多元主体博弈下的用户侧综合能源优化理论与方法研究

Integrated energy system is regarded as a new generation of energy supply system, which can realize the green and sustainable energy supply to the whole society. Most of the energy conversion, consumption, utilization, storage and access take place in the Customer Side of the Integrated Energy System (CSoIES). There are various game bodies, a lot of uncertainties and various coupled points of multiple energies such as electricity, heating, cooling, and natural gas in CSoIES. All these factors interacting with each other makes the CSoIES as the key point of the whole integrated energy system, and brings a lot of challenges in the this area. This project mainly focuses on the basic theoretic studies of CSoIES’s modelling, mechanism analysis, optimization, control, etc. And five scientific issues faced by CSoIES will be deeply analyzed: 1)Research on the spatial-temporal coupling mechanism of CSoIES with multiple game roles; 2)Research on the evaluation method of credible regulative capacity in various components in the CSoIES; 3)Research on the combined optimization and regulation method to the multi-energy in the CSoIES with multiple game roles; 4)Research on the business model and its analysis theory for the CSoIES with multiple game roles; 5)Research on the method to build the testbed of CSoIES with multiple game roles. Through this research project, effective solutions to the key challenges faced by CSoIES will be provided, and the research outputs of this project will provide the theoretical support and technical reserve to the further development of CSoIES.

构建新一代综合能源系统是实现人类社会能源绿色和可持续供应的关键，而用户侧是电/气/冷/热各类能源消费、转化、使用和获取的主要场所，因此是实施社会综合能源优化的关键。用户侧综合能源系统具有的多元主体博弈特征和大量不确定因素，与各类能源的复杂时空特性交织耦合，使得用户侧综合能源优化面临诸多挑战。本项目将针对用户侧综合能源优化的基础理论、分析方法和相关技术开展研究，重点解决如下五个关键科学问题：1)多主体博弈环境下的用户侧多能源时空耦合机理揭示；2)用户侧源/储/荷/转环节各调控手段的可信调控容量估算方法；3)多主体博弈下的多能源联合优化及综合调控理论与方法；4)用户侧综合能源系统多主体博弈的市场互动机制与决策理论；5)用户侧综合能源优化仿真用例构建理论与方法。通过本项目研究，希望突破制约用户侧综合能源优化应用的关键理论与技术瓶颈，为我国实施用户侧综合能源优化提供理论支持和技术储备。

本项目重点围绕用户侧综合能源系统的多能源耦合机理、可信调控容量估算、多能源联合优化及综合调控、商业及服务模式、仿真用例构建等方面，开展了深入研究。项目构建了多类型分布式电源、电/热/气/氢用能设备及耦合单元、储能单元、负荷侧楼宇与电动汽车等负荷单元的通用模型，形成了基于动态能量集线器的统一建模框架和仿真方法；提出了综合能源系统综合效用多属性评价方法，多能源耦合机理分析模型等实用化分析手段，建立了源-网-荷灵活资源的可调控潜力量化计算模型；提出了随机环境下多能流联合优化调控方法体系，包括多能源联合预测、状态感知与运行优化、多时间尺度运行调控以及安全防控策略；建立了多主体博弈运行与决策机制；形成了具有通用性、可扩展性的仿真用例系统。本项目先后培养博士研究生5人，硕士研究生20人；发表高水平学术论文77篇；申请发明专利31项，授权8项。.研究团队与我国多个电力和能源企业开展了深入合作，成果已在我国数百个实际工程中获成功应用，促进了企业在综合能源系统规划运行，风险防控等领域的技术进步和工程应用水平。合作成果先后获9项省部级等各类科技奖励，创造了显著的社会与经济效益。.研究团队与国外知名科研机构及高校，开展了深入交流与合作，共同创办了国际学术期刊IET Energy Systems Integration，已成功被EI和SCI收录；在综合能源领域，合作组织了10余个的期刊专辑和多个国际会议，扩大了我国在该领域的国际影响力。.项目研究团队成员中，多人入选国家百千万人才工程、政府特殊津贴、国家优青基金等人才奖励计划，研究团队入选了2个省部级创新人才团队，2人晋升教授，项目研究有力地促进了综合能源系统领域的人才培养和队伍建设；此外，项目在科技创新、学生培养、队伍建设、基地建设、国际合作等方面，促进了天津大学电气工程学科的学科建设和学科水平的提升。.综上，尽管受到突如其来的新冠疫情的影响，本项目仍按预期研究计划开展了研究工作，取得了预期成效，达到了预期目标。