1、工业园区多元用户互动的配用电系统关键技术研究与示范（课题4）基于多能协同的源-网-荷-储智能调度方法与系统245 汇报提纲13627研究目标l 建立综合能源系统运行模型、提出模型驱动和数据驱动相结合的综合能源系统态势感知和风险评估方法、提出基于递阶模型预测控制架构的综合能源系统优化调度方法、提出基于分布式资源协同的“虚拟电厂”调度策略满足示范园区综合供能的安全、高效、可靠的运行需求，支撑多元用户互动削峰，并与电网良性互动l 研发综合能量管理系统园区“虚拟电厂”上级电网3245 汇报提纲13627研究内容 4.1 综合能源系统态势感知和风险评估覆盖源/网/荷/储各环节的综合能源系统模型模型驱动和
2、数据驱动相结合的综合能源系统态势感知4.4 工业园区综合能量管理系统研发 4.2 综合能源系统优化调度4.3 “虚拟电厂”调度策略提供分析调度基础模型综合能源系统的多维风险评估方法和敏感度分析获得多能系统实际态势为供能可靠性提供基础兼顾安全和效率的实时校正计及预测误差的日内滚动计及风险约束的日前计划确保安全可靠满足用能需求实现用户互动园区二次调频园区调峰调度经济分配调频任务实现园区削峰目标研究内容n4.1模型驱动和数据驱动相结合的综合能源系统态势感知和风险评估方法u考虑冷/热/电/气多能流系统动态特性差异和相互耦合关系，建立覆盖源-网-荷-储各环节的综合能源系统运行模型；u考虑冷/热/电/气量
3、测精度差异和模型参数准确性的差异，研究模型驱动和数据驱动相结合的方法评估综合能源系统的运行态势和可行域分析方法；u考虑多能流动态时间常数差异及高比例可再生能源的不确定性，建立风险评估指标体系和风险模型，提出综合能源系统的多维风险评估方法。研究内容n4.2 基于递阶模型预测控制架构的综合能源系统优化调度方法u考虑工商业用户互动特性和多能互补弹性，研究计及多重随机场景的日前计划决策方法。u考虑多能流调度响应差异性和多元用户用能需求的多样性，研究计及预测误差的日内鲁棒滚动调度方法。u考虑多能流安全需求差异性和综合供能可靠性，研究兼顾安全和效率的实时校正方法。研究内容n4.3 基于分布式资源协同的“虚
4、拟电厂”调度策略u应用高阶、群组等复杂分布式一致性算法实现底层资源的有效整合，实现各智能体间的协调互动；u形成多能源综合配用电系统的分层分布调度结构，在不同层之间建立非合作博弈、合作博弈和考虑底层与配网层的双层博弈模型；u计及园区内源/网/荷/储的可调控容量及调节速率差异性，研究有效协同分布式资源的虚拟电厂调度策略，响应上级电网的辅助服务需求。研究内容n4.4 综合能量管理系统研发u研究基于信息服务总线的开放式系统架构，以及覆盖源-网-荷-储全过程的冷/热/电/气多能信息的元数据管理和一体化建模方法，研发支撑多能协同与多元用户灵活互动的综合能量管理系统支撑平台；u在支撑平台的基础上，研发面向工
5、业园区的多能流态势感知、风险评估、日前计划、日内滚动、实时校正、虚拟电厂调峰等高级应用功能模块。研究内容园区能量管理系统智能调度日前小时级分钟级日前计划日内滚动实时校正供气天然气电热冷储热储冷储电储气供电电分布式储电电制冷热制冷锅炉分布式储热激励信号可调能力通信电加热气企业2电动汽车家庭光伏商业负荷调度指令运行信息代理终端多能协同自趋优控制企业1供热清洁能源中枢（CHP+锅炉）态势感知+风险评估虚拟电厂010203040501 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223电热冷气拟解决的主要技术难点n拟突破计及多能协同互补与多元用户灵活互动的工业园区
6、综合能量管理关键技术，主要包括：n综合能源系统多能流运行模型、态势感知和风险评估方法n计及工商业等多元用户灵活互动的多能协同智能调度n“虚拟电厂”技术难点：多能流时间尺度差异和多元用户互动245 汇报提纲13627技术路线 模型驱动数据驱动态势感知综合能量管理技术支持平台实现高级应用 扩展IEC61970/61968标准冷/热/电/气一体化建模多元数据统一管理兼顾安全和效率的实时校正计及预测误差的日内鲁棒滚动递阶模型预测控制架构计及多重随机场景的日前计划决策风险评估u采用模型驱动和数据驱动相结合的技术，实现系统的运行态势、可行域、多维风险评估u采用递阶模型预测控制技术，实现日前随机计划、日内鲁
7、棒滚动调度、实时校正u采用虚拟电厂调度策略技术，实现调频、调峰辅助服务。u研发多能协同与多元用户互动的支撑平台，集成综合能量管理高级应用 园区调度基础支撑虚拟电厂 系统实现协调多智能体的一致性算法提供调峰、调频辅助服务，实现对电网友好技术路线n4.1基于模型驱动和数据驱动的态势感知技术u利用基于随机矩阵理论的数据驱动方法，构建系统运行状态实时监测指标u利用静态安全域的模型驱动方法，实现工业园区可行域辨识u结合模型驱动和数据驱动方法，实现园区综合能源系统的运行态势感知监测系统数据采集平台随机矩阵理论静态安全域模型数据驱动方法接口模型驱动方法接口系统运行高维统计指标构建观测数据矩阵数据入口理论基础
8、 结果输出数据接口研究内容构建注入功率空间下的系统可行域筛选工业园区薄弱母线系统态势感知运行状态估计安全状态评估节点负荷裕度估计异常事件发现技术路线n4.1 综合能源系统多维风险评估技术u不同风险（不确定性）源：可再生能源、负荷、网络故障等u不同风险类型：供电、供热、供冷、供气风险， 从外部电网获取电功率越限（削峰未达标）的风险 建立风险模型建立风险评估指标体系输入数据 结果输出研究内容研究风险指标计算方法给出系统运行风险网络拓扑发电数据负荷数据理论基础不确定性理论随机潮流分析各种要素的敏感度111 EGHnnnEiEiGiGiHiHiiiiRRRRp Ep Ep EE概率成本技术路线n4.2
9、 基于递阶模型预测控制架构的综合能源系统优化调度方法u协调不同调节速率资源u逐级消除预测误差和扰动的影响u实现园区和分布式代理终端（用户）的互动24小时（15分钟*96）日前计划日前计划4小时（15分钟*16）日内滚动日内滚动15分钟（5分钟*3）实时校正实时校正机组启停机组启停需求侧响应计划需求侧响应计划购电购电/气计划气计划 CHP出力出力多类型储能充放多类型储能充放调节容量调度策略实时量测调控指令调峰需求CHP出力出力电储能电储能光伏光伏实时量测校正指令技术路线n4.2 基于递阶模型预测控制架构的综合能源系统优化调度方法日前计划： 考虑风险约束的日前计划工商业负荷互动、冷热电多能互补 输
10、入：冷/热/电/气日前负荷预测+光伏出力日前预测+用户可调控能力+各设备的模型和参数+电、热、气价格（含激励价格）+态势感知结果+风险评估结果输出：未来一天的购电、购气计划，CHP/天然气锅炉的启停计划，响应较慢的工商业用户调度计划优化目标：最大化日总收益，具体为（卖电收益+卖热收益+卖气收益）-（CHP发电/供热运行成本和启停成本+天然气锅炉运行成本和启停成本+其他电热耦合设备运行成本和启停成本+购电成本+购气成本+储能运行成本+弃光成本+负荷调度成本）约束条件：发电负荷平衡约束供热负荷平衡约束供气负荷平衡约束机组有功及供热的上下限约束热电联产机组的热电耦合约束热电联产机组爬坡速率约束 天然
11、气锅炉供热约束 电制热/电制冷/溴化锂制冷等设备耦合约束 储能模型（电、热、冷） 负荷可调控能力模型 网电峰值约束 风险随机约束技术路线n4.2 基于递阶模型预测控制架构的综合能源系统优化调度方法日内滚动：考虑预测误差的鲁棒滚动调度多能流控制响应差异、用户用能需求多样性输入：冷/热/电/气超短期负荷预测（区间模型）+光伏出力超短期预测（区间模型）+各设备的模型和参数+电、气价格+态势感知结果输出：CHP的启停调整、出力计划，天然气锅炉出力计划，以及响应较快的工商业用户调度计划，其他结果不作为直接控制的依据（比如储能充放等，使用实时校正结果，但可以下发滚动的策略，如果调度或者通信出现故障，以原来
12、的策略为准）优化目标：最大化未来4小时的收益（卖电收益+卖热收益+卖气收益）-（CHP发电/供热运行成本+天然气锅炉运行成本+其他电热耦合设备运行成本+购电成本+购气成本+储能运行成本+弃光成本）约束条件：电网潮流约束（使用网络约束）热网水力/热力约束（使用网络约束）气网水力约束（如果需要考虑的话）机组有功及供热的上下限约束热电联产机组的热电耦合约束热电联产机组爬坡速率约束天然气锅炉约束 电制热/电制冷/溴化锂制冷等设备约束 储能模型（电、热、冷） 负荷可调控能力模型 网电峰值约束 不确定性模型（鲁棒模型）技术路线n4.2 基于递阶模型预测控制架构的综合能源系统优化调度方法实时校正：兼顾安全和
13、效率的实时校正多能流安全需求差异、综合供能可靠性输入：冷/热/电/气超超短期负荷预测+光伏出力超超短期预测+各设备的模型和参数+电、气价格+态势感知结果（当前储能等态势）输出：CHP出力调整、储能充放等优化目标：最大化未来15分钟收益（卖电收益+卖热收益+卖气收益）-（CHP发电/供热运行成本+天然气锅炉运行成本+其他电热耦合设备运行成本+购电成本+购气成本+储能运行成本+弃光成本）+偏离滚动计划的惩罚项约束条件：电网潮流约束（线性化约束）热网水力/热力约束（线性化约束）气网水力约束（如果需要考虑的话）机组有功及供热的上下限约束热电联产机组的热电耦合约束热电联产机组爬坡速率约束天然气锅炉约束
14、电制热/电制冷/溴化锂制冷等设备约束（如果有的话） 储能模型（电、热、冷） 网电峰值约束技术路线n4.3 基于分布式资源协同的“虚拟电厂”调度策略u应用高阶、群组等复杂分布式一致性算法实现底层资源的有效整合；在不同层之间建立非合作博弈、合作博弈和考虑底层与配网层的双层博弈模型。u虚拟电厂：将辅助服务需求整合到园区智能调度中，包括将参与辅助服务的收益或无法执行的惩罚加入到目标中，将总调频需求和峰值约束加入到约束中，分解到日前、滚动、实时及控制中落实。博弈模型底层资源的有效整合 研究结果研究内容虚拟电厂调度策略支撑上级电网调峰、调频等辅助服务理论基础复杂分布式一致性算法博弈理论技术路线n4.4 综
15、合能量管理系统研发u基于信息服务总线的开放式系统架构,扩展IEC61970/61968标准的CIM模型服务层业务层数据中心高级应用功能实时数据处理元数据管理一体化建模平台层消息总线实时数据库分布式协调服务总线服务容器服务治理服务安全展示层业务服务数据服务人机界面WEB门户移动终端分布式采集报警处理系统控制日前计划日前计划日内滚动日内滚动实时校正实时校正态势感知态势感知风险评估风险评估虚拟电厂虚拟电厂电压控制电压控制短期负荷预测短期负荷预测超短期负荷预测超短期负荷预测短期光伏预测短期光伏预测超短期光伏预测超短期光伏预测创新点n提出基于递阶模型预测控制的综合能源系统智能调度策略n利用不同能量形式动
16、态过程的差异与分布式资源协调控制提供灵活可调能力，应对高比例可再生能源的快速波动，通过多能存储、转换与协调保证冷/热电负荷曲线在时间维度的合理分布，实现削峰填谷与效益优化，并通过园区内多能流的源-网-荷-储协同调度为上级电网提供辅助服务能力，实现电网友好供气天然气电热冷储热储冷储电储气供电电分布式储电电制冷热制冷锅炉分布式储热电加热气企业2电动汽车家庭光伏商业负荷代理终端多能协同自趋优控制企业1供热清洁能源中枢（CHP+锅炉）245 汇报提纲13627预期成果提交研究报告1份：基于多能协同的源-网-荷-储智能调度方法与系统研究报告技术专家1人，培养博士研究生1名，硕士研究生2名发表或录用国内核
17、心或国内外SCI/EI检索论文6篇申请发明专利6项（其中授权3项，申请3项），软件著作权2项1、研究报告3、人才培养4、知识产权提出基于多能协同的源-网-荷-储智能调度关键技术，包括态势感知、风险评估、优化调度和“虚拟电厂”策略的模型、公式、算法流程以及算例验证研发综合能量管理系统1套2、方法及系统主要指标n综合能量管理系统支撑平台n可支持超过1000个分布式电源接入n可支持并发服务请求数量30n冷/热/电/气多能流日前计划（96点）的单次计算耗时1分钟n冷/热/电/气多能流日内滚动调度（16点）的单次计算耗时30秒n测试方法采用第三方测试和专家咨询评价结合的方法245 汇报提纲13627组织
18、架构（课题）课题4管理委员会广州供电局有限公司北京清大高科系统控制有限公司上海交通大学东方电子股份有限公司广州发展集团股份有限公司课题负责人（熊文）统筹课题4研究的进度，协调各单位风险评估、优化调度、虚拟电厂调峰等理论研究和模块研发态势感知理论研究和模块研发；一致性算法与合作博弈理论研究综合能量管理系统支撑平台的研发提供运行数据和应用场景分工（课题内）n交付内容广州供电局4份年度报告；综合能量管理系统总体设计(2016)；中期检查报告(2018)；模块的联调测试报告(2019)；基于多能协同的源-网-荷-储智能调度方法与系统研究报告(2020)；结题报告(2020)。北京清大高科系统控制有限公
19、司综合能源系统运行模型(2016)；多维风险评估指标体系、风险模型和评估方法(2017)；综合能源系统优化调度方法(2018)；风险评估、优化调度（日前计划、日内滚动、实时校正）、虚拟电厂模块(2018,2019)；“虚拟电厂”调度策略(2019);专利（授权2，申请2），软著1，论文2。上海交通大学模型驱动和数据驱动相结合的综合能源系统态势感知方法(2017)；态势感知模块(2018)；专利（申请1），论文3，硕士2，博士1。东方电子股份有限公司综合能量管理系统支撑平台样机1套(2017)；专利（授权1），软著1，论文1。广州发展集团股份有限公司分工（课题间）n与项目内其他课题的协同机制课题
20、1：综合能源配用电系统的一体化规划设计与系统课题4：基于多能协同的源-网-荷-储智能调度方法与系统课题2：多参与主体的工业园区互动机制及关键技术激励机制课题3：保障综合供能可靠性的多能协调控制技术与综合控制系统交互机制课题5：综合能源与智能配用电系统示范工程示范落地17源-网-荷-储的容量、结构、参数等245 汇报提纲13627时间进度安排201620182017应用模块研发2019综合能量管理系统支撑平台开发理论研究模块联调试运行总体设计现场调试202019清大高科：4.1风险评估、4.2优化调度、4.3虚拟电厂上海交大：4.1态势感知、4.3一致性算法与合作博弈清大高科：4.4风险评估、日
21、前计划、日内滚动、实时校正、虚拟电厂调峰等模块上海交大：4.4态势感知模块东方电子全部单位全部单位时间进度安排时间工作任务负责单位交付成果成果形式形象进度2016年7月-2016年12月综合能量管理系统总体设计课题全部单位综合能量管理系统设计方案，包括软件系统架构、模块组成、接口方案、协议类型、硬件需求、数据需求等，提交方案设计报告综合能量管理系统总体；设计方案1份；年度报告1份2016年7月-2016年12月研究综合能源系统运行模型清大高科建立综合能源系统运行模型，包括CCHP、光伏、储能、热泵、溴化锂制冷、燃气锅炉、配电网、供热网络等运行模型，提交相关研究报告2017年1月-2017年12
22、月研究综合能源系统态势感知和风险评估方法上海交通大学、清大高科提出模型驱动和数据驱动相结合的综合能源系统态势感知方法，建立多维风险评估指标体系、风险模型和评估方法，成果包括模型、公式、算法流程以及算例验证，提交相关研究报告录用/发表论文1篇；年度报告1份；综合能量管理系统支撑平台样机1套2017年1月-2017年12月进行综合能量管理系统支撑平台开发东方电子完成综合能量管理系统支撑平台样机1套，可支持超过1000 个分布式电源接入，可支持并发服务请求数量30，满足项目考核指标、项目技术方案、示范工程建设的要求时间进度安排时间工作任务负责单位交付成果成果形式形象进度2018年1月-2018年6月
23、研究综合能源系统优化调度方法清大高科提出基于递阶模型预测控制架构的综合能源系统优化调度方法，分为日前计划、日内鲁棒滚动、实时校正三个时间尺度，给出不同时间尺度下的CCHP、燃气锅炉、热泵、储能、负荷等调度计划，成果包括调度架构、调度模型、公式、算法流程以及算例验证，提交相关研究报告录用/发表论文2篇；申请发明专利3项；年度报告1份；中期检查报告2018年1月-2018年12月研发综合能量管理系统的态势感知、风险评估、优化调度模块上海交大、清大高科完成综合能量管理系统的态势感知、风险评估、优化调度（日前计划、日内滚动、实时校正）模块研发，其中日前计划（96点）的单次计算耗时1分钟，日内滚动调度（
24、16点）的单次计算耗时30秒，满足项目考核指标、项目技术方案、示范工程建设的要求2018年1月-2018年12月进行综合能量管理系统分模块联调测试课题全部单位完成综合能量管理系统支撑平台和态势感知、风险评估、优化调度等模块的联调测试，满足项目考核指标、项目技术方案、示范工程建设的要求时间进度安排时间工作任务负责单位交付成果成果形式形象进度2019年1月-2019年2月研究“虚拟电厂”调度策略清大高科提出基于分布式资源协同的“虚拟电厂”调度策略，园区参与电网调峰策略，成果包括模型、公式、算法流程以及算例验证，提交相关研究报告录用/发表论文2篇；申请发明专利3项；申请软件著作权2项；年度报告1份2
25、019年1月-2019年4月研发“虚拟电厂”调度模块清大高科完成综合能量管理系统的“虚拟电厂”调度模块研发，满足项目考核指标、项目技术方案、示范工程建设的要求2019年1月-2019年6月综合能量管理系统现场调试课题全部单位完成综合能量管理系统现场调试，开始试运行2019年1月-2019年12月综合能量管理系统完善、消缺课题全部单位综合能量管理系统完善、消缺；提交消缺报告时间进度安排时间工作任务负责单位交付成果成果形式形象进度2020年1月-2020年6月进行研究成果总结，准备结题材料，完成项目验收课题全部单位撰写基于多能协同的源-网-荷-储智能调度方法与系统研究报告，应通过项目牵头单位组织的
26、专家评审；完成课题结题报告；通过第三方测试和现场验收，进行结题汇报录用/发表论文1篇；授权专利3项；基于多能协同的源-网-荷-储智能调度方法与系统研究报告1份；结题报告1份245 汇报提纲13627初步进展 已完成电-热耦合多能流预想故障分析风险评估技术 已完成电-热耦合多能流优化调度（日前计划）综合能源系统优化调度方法 已完成供热系统虚拟电厂建模“虚拟电厂”调度策略 已完成多家企业的资料收集、现场勘察、方案交流以及调研报告调研 已基本完成模型驱动和数据驱动方法的理论研究 利用仿真数据测试态势感知部分研究内容态势感知初步进展n基于模型驱动和数据驱动的态势感知技术异常事件发现薄弱节点负荷裕度初步
27、进展n电-热耦合多能流预想故障分析多能流多能流1多能流2多能流3多能流n预想故障1预想故障2预想故障3预想故障n当前状态估计结果N-1分析SCADA数据拓扑和参数正常警戒恢复极端紧急紧急编号扰动类型安全情况1电网负荷1开断管道1流量越界2电网负荷2开断管道1流量越界3电负荷增加1倍线路3潮流越界4热负荷增加1倍线路3潮流越界，管道1/3/4流量越界5热网管道1开断管道2、3流量越界6热网管道3开断管道1流量越界7热网管道4开断管道1流量越界8电网线路1开断待恢复状态9只有CHP1工作待恢复状态10只有CHP2工作待恢复状态运行状态分类预想故障分析算例和结果初步进展n电-热耦合多能流优化调度（日
28、前计划）优化调度模型优化调度模型迭代求解算法算例和结果潮流约束储能设备等式约束电压幅值约束电网传输容量约束510152000.511.5调 度 时 段 /h有功出力/MW（ a） CHP机 组 有 功 出 力 CHP1有 功 出 力CHP2有 功 出 力CHP3有 功 出 力510152000.511.52调 度 时 段 /h热出力/MW（ b） CHP机 组 热 出 力 CHP1热 出 力CHP2热 出 力CHP3热 出 力目标函数初步进展n供热系统虚拟电厂建模虚拟电厂调度架构供热系统对电网的调度模型发电（充放电）功率约束爬坡约束储能容量约束发电机和储能模型算例和结果初步进展n调研序号厂家名
29、称资料收集 现场勘察方案交流调研报告后续计划安排1万力轮胎完成完成完成完成2日立冷机完成完成未开始完成3日立压缩机完成完成未开始正在进行4万宝冰箱完成完成未开始正在进行5华夏学院未开始未开始未开始未开始9.12 开始调研6广州凯茵橡胶有限公司未开始未开始未开始未开始仲秋后开始调研7广州绿安康饲料科技有限公司未开始未开始未开始未开始仲秋后开始调研8广州万宝漆包线有限公司未开始未开始未开始未开始仲秋后开始调研9强盛水泥厂未开始未开始未开始未开始仲秋后开始调研10广州市万洲电气设备有限公司未开始未开始未开始未开始仲秋后开始调研11广州澳宏化学品有限公司未开始未开始未开始未开始仲秋后开始调研衷心感谢各位专家！43
