團(tuán)隊(duì)介紹

周長城，南網(wǎng)科研院配電技術(shù)研究所，工程師，中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)分布式發(fā)電及智能配電專業(yè)委員會(huì)學(xué)組成員。研究方向?yàn)榫C合能源技術(shù)和配電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)。作為項(xiàng)目骨干參與了《工業(yè)園區(qū)多元用戶互動(dòng)的配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》等國家級科技項(xiàng)目，《面向多能互補(bǔ)的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的計(jì)算分析與規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究》、《分散式風(fēng)力發(fā)電高比例接入配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究》等南方電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目等，參與了多項(xiàng)配網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行控制相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和南網(wǎng)企標(biāo)的編制工作。

郭祚剛，博士，南網(wǎng)科研院配電技術(shù)研究所，高級工程師，任中電聯(lián)綜合能源服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化工作組委員，研究領(lǐng)域?yàn)榫C合能源技術(shù)研發(fā)。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人參與了南方電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目《面向多能互補(bǔ)的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的計(jì)算分析與規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究》，作為項(xiàng)目聯(lián)系人參與了南方電網(wǎng)公司配用電重大專項(xiàng)《綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)與運(yùn)營機(jī)制研究》。

馬溪原，博士，高級工程師，主要從事多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)、新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)的研究，任全國太陽能光熱發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、能源行業(yè)風(fēng)電標(biāo)委會(huì)風(fēng)電場并網(wǎng)管理分技術(shù)委員會(huì)委員。參與了《工業(yè)園區(qū)多元用戶互動(dòng)的配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》等多項(xiàng)綜合能源相關(guān)國家級和公司級重大課題研究。

胡洋，工程師，主要從事微電網(wǎng)、新能源并網(wǎng)相關(guān)技術(shù)研究。作為技術(shù)骨干參與了南方電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目《面向多能互補(bǔ)的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的計(jì)算分析與規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究》。

導(dǎo)語

本文面向工程實(shí)際提出了一種用戶級綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，以實(shí)現(xiàn)新建用戶級綜合能源系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備容量的合理配置。

該方法以系統(tǒng)全規(guī)劃周期建設(shè)和運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，以設(shè)備最大利用小時(shí)數(shù)反映負(fù)荷及分布式電源運(yùn)行水平，避免了模型對負(fù)荷及分布式電源功率預(yù)測精度的依賴性；同時(shí)，根據(jù)用戶對不同形態(tài)、不同壓力及溫度的熱負(fù)荷需求，對相關(guān)設(shè)備的型號和容量進(jìn)行了細(xì)化建模，可以更精準(zhǔn)地滿足用戶用能需求。

醫(yī)院和工業(yè)園區(qū)的2種用戶級綜合能源系統(tǒng)仿真算例驗(yàn)證了所述方法的有效性。此外，相關(guān)能源價(jià)格和可選設(shè)備容量等關(guān)鍵因素的靈敏度分析表明了所述方法對未來多變政策環(huán)境和技術(shù)發(fā)展的適應(yīng)性。

項(xiàng)目研究背景

隨著分布式能源技術(shù)的不斷進(jìn)步，冷、熱、電、氣等多類型能源在生產(chǎn)、需求側(cè)的耦合程度不斷加深，用戶級綜合能源系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)、梯級利用的有效方式。

本文依托2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目《工業(yè)園區(qū)多元用戶互動(dòng)的配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》和2018年南方電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目《面向多能互補(bǔ)的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的計(jì)算分析與規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究》有關(guān)成果，為新建的用戶級綜合能源系統(tǒng)提供了一種切實(shí)可用的設(shè)備容量配置方法，在保證用戶正常生產(chǎn)生活的前提下，提升用能經(jīng)濟(jì)性。

論文所解決的問題及意義

現(xiàn)有相關(guān)研究存在不足之處，一是對負(fù)荷預(yù)測、分布式電源功率預(yù)測準(zhǔn)確性依賴程度高；二是部分研究在規(guī)劃時(shí)未考慮設(shè)備可選容量的離散化特征；三是對不同品質(zhì)的熱負(fù)荷細(xì)化區(qū)分程度不足。

針對上述問題，本文提出了面向工程實(shí)際的用戶級綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，為新建用戶級綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃提供了切實(shí)可行的技術(shù)手段。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

首先，建立了用戶級綜合能源系統(tǒng)的整體模型和關(guān)鍵設(shè)備模型，描述了各類能源在長期運(yùn)行中的轉(zhuǎn)換與流動(dòng)關(guān)系。

其次，提出了包含前期資料收集、負(fù)荷預(yù)測、天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)容量預(yù)配置、設(shè)備選型與容量配置四個(gè)主要步驟的規(guī)劃流程，并建立了用戶級綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃模型，模型以全規(guī)劃周期建設(shè)和運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，考慮了功率約束、能量約束、設(shè)備運(yùn)行約束和用戶場地約束等條件，并通過Matlab 調(diào)用YALMIP工具包和CPLEX求解器進(jìn)行求解。

圖1 用戶級綜合能源系統(tǒng)能流示意圖

最后，分別以醫(yī)院、工業(yè)園區(qū)的用戶級綜合能源系統(tǒng)為典型算例，驗(yàn)證了所述方法在不同用能類型和用能特性場景下的有效性，并對設(shè)備年最大利用小時(shí)數(shù)、用戶電負(fù)荷占比、天然氣價(jià)格等關(guān)鍵因素進(jìn)行了靈敏度分析。

結(jié)論

本文提出了一種基于最大利用小時(shí)數(shù)的用戶級綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，面向工程實(shí)際建立了以系統(tǒng)全規(guī)劃周期建設(shè)運(yùn)行成本最低為目標(biāo)的MILP 模型。通過算例分析，計(jì)算出了設(shè)備最佳選型方案，驗(yàn)證了模型的合理性。

關(guān)鍵參數(shù)的靈敏度分析結(jié)果表明設(shè)備的年最大利用小時(shí)數(shù)應(yīng)與對應(yīng)類型的用戶負(fù)荷最大利用小時(shí)數(shù)相匹配，且相同條件下，CCHP因其高能量利用效率相比于其他單一能量供應(yīng)設(shè)備具有經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢；天然氣價(jià)格變化會(huì)大大影響系統(tǒng)的建設(shè)運(yùn)行成本，當(dāng)天然氣價(jià)格突破臨界值時(shí)，用戶將不再選擇CCHP作為主要供能設(shè)備。

引用本文

周長城, 馬溪原, 郭祚剛, 胡洋. 面向工程應(yīng)用的用戶級綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(13): 2843-2854. Zhou Changcheng, Ma Xiyuan, Guo Zuogang, Hu Yang. User-Level Integrated Energy System Planning for Engineering Applications. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(13): 2843-2854.