电-热-冷-气-储网络的多源协同能量管理与运行优化

Multi-energy network whereby electricity, heating, cooling, gas and storage optimally interact with each other at various levels is the core framework and physical carrier of Energy Internet, wherein tight interactions have always taken place and are increasing due to its complex nonlinear stochastic characteristics and many degrees of uncertainty. In this outlook, a key aspect to evolve toward a more stable and economical energy network is system-level optimal planning, energy management and dispatching, which further points out the emergency as well as importance of related theories, approaches and techniques to be solved. This project is designed to investigate key scientific issues of multi-energy network that can take place at both operational and planning stage. A multi-scenario and multi-energy flow model, with the combination of theoretical analysis, simulation, optimization and experimental verification, is introduced both spatially and temporally to provide a holistic network topology and method of multi-energy coupling and feedback mechanism, as well as the dynamic interactions and energy scheduling between different subsystems. On this basis, the time-coordinated optimal planning and operation strategy for multi-energy network tightly integrated in regional integrated energy system can be verified through the experimental platform, providing theoretical guidance and technical support for RD&Ds of Energy Internet.

电-热-冷-气-储网络是能源互联网的核心架构和物理载体，该网络呈现出复杂的非线性随机特性和多种形态的不确定性，其稳定、经济运行依赖于系统级的优化设计、能量管理和控制调度，相关理论、方法和技术亟待突破。本项目围绕电-热-冷-气-储网络规划和运行过程中的关键科学问题展开研究。通过理论分析、仿真优化与实验测试相结合，建立多场景、多能流的集成仿真与优化时空模型，对网络各环节间的多源耦合与反馈机制进行剖析，揭示特性各异网络之间的互动协调规律与能量调控机理。在此基础上，形成综合考虑“源-网-荷-储”时序互补特性的规划设计理论和最优运行策略，并通过实验平台进行测试和验证，为能源互联网的开发和实践提供理论指导与技术支持。

能源互联网的核心架构是智能化的电-热-冷-气-储综合能源网络，该网络呈现出复杂的非线性随机特性和多种形态的不确定性，其稳定、经济运行依赖于系统级的优化设计、能量管理和协调调度。这项技术的开发关键在于深入研究网络中多能流的互联耦合机制，深度挖掘特性各异网络之间的协同规律。在此基础上，对网络进行科学合理地设计与规划，充分考虑负荷、分布式产能与储能装置之间的时序互补特性，结合供应侧仿真和需求侧管理等技术集成实现多种能源和终端负荷的灵活供需。这些研究对实现能源互联网的多源协作和多网联合意义重大。然而，国内外在该领域的研究和开发刚刚起步，相关规划设计理论、协同优化方法、管理调度策略等亟待突破。..本项目以此为背景，针对电-热-冷-气-储综合能源网络规划和运行过程中的关键科学问题开展了系统性研究。依托gPROMS、GAMS、NetLogo等模拟平台，通过集成建模、仿真优化、实验测试等方法对网络各环节间的耦合与反馈机制进行了剖析，结合不同应用场景建立了多层次、强耦合的多网集成仿真时空模型，对各关键参数对网络性能的影响进行了敏感性分析，揭示了网络各层级间多能流的互动协调规律，挖掘网络的规划、运行和演化机理。在此基础上，提出了考虑“源-网-荷-储”时序互补特性的多目标综合能量管理与调度方法，形成了多场景普适的网络集成建模与运行优化策略，并结合示范项目测试平台对模型及算法进行了验证，为能源互联网的开发与实践提供了理论指导与技术支持。..本项目在国内外学术期刊正式发表论文23篇，其中SCI检索论文18篇（包括JCR一区期刊13篇及二区期刊2篇）。发表会议论文18篇，申请发明专利7项（获授权3项），获得软件著作权1项，获得省部级以上科研奖励8项。项目负责人组织国际学术会议1次，受邀在国内外学术会议上做特邀报告6次。依托本项目培养博士研究生3人（毕业2人）、硕士研究生9人。项目成果转化应用4项，研究成果获得国内外同行的好评。