提升综合能源系统运行安全性的多维协同运行控制策略研究

Integrated energy system (IES) is of great significance on improving energy and infrastructure efficiencies, facilitating the penetration of renewable energy, enhancing resilience of energy infrastructure and deploying the clean energy strategy of China. However, the high dimension, multiple time scales, strong nonlinearity and randomness of IES also bring major challenges to the operation security. This project will investigate the multidimensional coordinated operations and control strategies to improve the operation security of IES. Aiming at bridging the gap between the IES modeling and security analysis, fine models on device level and general models of terminal units and energy network of IES will be constructed, and then an integrated modeling of IES will be implemented. With the aid of the obtained IES models, the coupling characteristics and interaction mechanisms of IES will be explored. Then, the indicators of operation security of IES will be proposed, and the models and methods of the operation security analysis for IES will be developed to cope with multiple operation scenarios. Furthermore, the multidimensional coordinated operation and control strategy for improving the operation security of IES will be proposed. It is expected that the achievements of this project will contribute to the security analysis and operation of IES in China.

综合能源系统对提高能源及资产利用效率、促进可再生能源规模化消纳、增强社会供能自愈能力、实现我国清洁能源战略具有重要意义。然而，其超高维、多时标、强非线性和强随机性特点也为系统安全运行带来巨大挑战。本课题将深入研究提升综合能源系统运行安全性的多维协同运行控制策略。首先针对综合能源系统建模这一共性问题，开展综合能源系统设备级精细化建模、终端综合能源单元和供能网络的通用化建模、以及综合能源系统的一体化建模，实现综合能源系统的深度建模；然后，针对综合能源系统的交互耦合特点，深入剖析综合能源系统的耦合特性和交互机理；在此基础上，构建综合能源系统安全性指标体系，建立多适用场景的安全性分析模型，并提出实用的分析方法；最后，提出提升综合能源系统运行安全性的多维协同运行控制策略。期望本课题能尝试为我国综合能源系统的安全性分析和运行控制提供新的方法和技术。

随着综合能源系统的发展，不同能源网络的紧密耦合为多能源协同运行与控制带来了机会和挑战。项目围绕“提升综合能源系统运行安全性的多维协同运行控制策略”这一科学问题，开展综合能源系统通用建模、耦合特性与交互机理、安全性分析模型与方法及提高综合能源系统运行安全性的多维协同运行控制策略的研究，项目主要完成情况如下：.(1) 结合机理建模和等效建模，借助参数校正和系统辨识方法，构建了综合能源系统多环节设备的精细化模型；计及综合能源系统快慢动态特征并存的特点，构建了考虑多重耦合关系的综合能源系统供能网络通用建模，实现了综合能源系统一体化建模。.(2) 基于多能流方程和最大熵原理，借助灵敏度矩阵分析了多能源系统的能量流耦合关系，揭示了综合能源系统的多过程耦合机理；基于功率等效和能量等效原理，提出了综合能源系统互补特性分析方法，探究了多能源系统间的能源配比关系和累积效应，揭示了多能源间的互补替代机制。.(3) 提出了综合能源系统安全域的概念、构建方法及其在综合能源系统中的应用，构建了综合能源系统安全性指标体系；在此基础上，通过综合能源系统安全性分析模型定量评估了系统的安全运行状态，并通过极端场景下综合能源系统安全分析算例揭示了综合能源系统安全运行机理。.(4) 通过基于参数灵敏度的综合能源系统安全控制策略，挖掘了安全性风险所在能源子系统中的主导因素和耦合能源子系统中的隐性因素，提出了面向安全性提升的综合能源系统多能协同控制策略，在兼顾综合能源系统运行经济性的基础上，改善了综合能源系统的运行安全性。.本项目积极探索各能源系统交互影响背景下多能协同综合能源系统安全性分析及运行控制的相关问题，提出了提升综合能源系统运行安全性的多维协同运行控制策略，为综合能源系统的安全性分析和运行控制提供了理论支撑和决策依据。.