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摘要：在“第三次工业革命”的推动下，现代能源系统已发展为以电力系统为核心，同时融合了天然气、热力、交通等多系统的能源互联网。多种能源网络的相互作用和影响，使得系统调度运行的难度加大。另一方面，随着电力市场政策的推进，需求侧响应得以更积极灵活地参与到调度运行中来，并为系统经济、安全、稳定运行提供新的调控手段。基于以上背景，本文从考虑需求响应的能源互联网优化运行研究，仅供参考。
关键词：需求响应;能源互联网;运行;优化
1 引言
能源互联网中多能融合特点加深，为系统的建模分析带来新的挑战。而电力市场机制的建立和现代通信技术的发展，也为需求侧资源参与到能源互联网运行提供了政策支持和物理条件。如何面向能源互联网背景，分析新环境下需求响应的数学模型和作用机理，建立相应的优化控制模型，对于提升发、输、用各侧的多向互动具有重要作用。此外，如何量化并降低风电波动等随机因素对系统运行的影响，并考虑不同能源系统解耦自治决策这一现实需求，也是值得研究的问题。
2 能源互联网中的需求响应
随着多种能源的深度耦合，能源互联网背景下系统将存在多能互补、协同共济的特点，传统电力需求响应也将逐步发展为适用于综合能源系统的综合需求响应。近年来，国内外学者也对此类新兴的需求响应进行了初步探讨。在能源互联网运行环境下，系统新增的能源转化设备有利于能量在不同能源系统的梯级利用和相互转换。冷热电联产可通过改变自身出力特性，调整电、气、冷、热间的转化关系，实现广义上的需求响应。电转气装置将系统中的多余电能（如弃风、弃水、弃光）转化为天然气储存，同样可作为能源需求调整的手段，其在系统削峰填谷、风电消纳、选址定容中的作用已得到有效验证。此外，包括蓄电池、储气罐、热泵等在内的储存设备可在系统负荷低谷时将富余能源进行储存，以缓解峰时用能紧张情况，对能源互联网的运行经济性、调度灵活性和安全可靠性均有裨益，丰富了能量跨时间尺度消纳的手段。尽管储能单元的引入可为系统运行提供缓冲，但就目前而言，如何提升储能设备的转化效率、节约建设投资和运营成本、延长设备使用周期仍是值得关注的问题。
3 能源互联网优化运行策略
3.1 促进保障能源安全供应，夯实城市高质量发展基础
从基础设施看，城市能源互联网采用成熟可靠、技术先进、自动化程度高的配电设备，建成坚强合理、灵活可靠、标准统一的城市配电网结构，并通过多能源品种互济提高城市能源资源供给的稳定性。从运行优化上看，城市能源互联网通过源网荷储灵活互动提高了城市能源安全可靠性、减少故障区域停电时间。离网型微电网和并网型微电网两个微电网示范工程为未来城市主动配电网中大量分布式电源广泛接入提供了坚实的技术支撑。实际运营效果表明，相关技术提升了供电保障能力，解决了长期以来夏季用电高峰期供电能力不足的难题。
3.2 能源站协同规划
新型城镇能源系统“源荷”种类多样、耦合形式复杂，在进行能源系统规划时需要针对电力、天然气及供热（冷）系统的“源—网—荷—储”进行精准建模。在目前的研究工作中缺少能够有效反映能源特性的模型。对于新型城镇能源站建模的研究，可采用在线性化处理上具有优势的标准化矩阵建模理论，研究区域能源站节点—支路—端口特性，构建能量平衡模型。考虑风电、光伏、分布式电储能、电蓄热、变配电站、三联供及地源热泵等多种分布式能量单元，通过对能源站各耦合环节能量交互方式的分析，建立能源设备详细模型，研究多能互补能源站供用能拓扑结构优化与关键组件优化配置方法。在求解方法方面，随着对综合能源系统模型的精准建模，规划模型往往是非线性模型，不仅求解难度加大，同时也增加了求解时长。可以通过例如拓扑图理论、矩阵变换等将规划模型由非线性松弛为线性模型，从而加快模型求解效率。同时也可以对智能算法进行改进，提出新的高效求解算法。
3.3 可持续发展下的城市能源互联网
相比于传统能源系统的使用，能源互联网在工业发展中的应用更适应可持续发展战略。（1）为海水淡化设备提供高压蒸汽制备淡水。高压蒸汽系统输出的蒸汽比原系统所采用的余热蒸汽温度高、压力大，因此海水淡化设备的制水量相比原系统大大提高。（2）能够将制备的高压蒸汽输送给工业园区，为工业园区的生产提供便捷条件。从改进系统可以看出，由于能源互联网在工业生产中投入，二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物的排放为零。能源互联网系统对清洁能源的利用，不仅避免了对化石能源的依赖，减少了污染物和衍生物的排放，而且增加了能源的使用率，提高了生产效率、生活的质量。
3.4 需求侧响应领域
首先，能源互联网接入设备能够自动并且精准识别参与响应的负荷容量;其次，能源互联网接入设备的可控性使得其参与需求侧响应的速度非常快;再次，能源互聯网接入设备的计算能力使得需求侧响应可以由设备自动完成，无须人员干预;最后，能源互联网接入设备由于其需求侧响应的自动性和快速性，将大大影响到需求侧响应的理论，为自动需求响应奠定基础。
3.5 多能流系统建模和状态感知
目前，在电、气、冷、热等各自传统领域，其相应的建模方法较为成熟完善。电力网络模型主要遵循电磁学定律，用电网潮流模型来描述，并有整套的网络分析方法。天然气网络模型主要遵循流体力学定律。供热（冷）网络模型遵循流体力学定律和热力学定律，用热力和水力两个主要模型进行描述。状态感知分析在电力系统领域较为成熟，而由于能源特性不同，各能流呈现出不同的运行特性，无法直接将电力系统中的相关状态感知分析方法套用在燃气、供热（冷）系统中。为实现多能流系统的运行优化调度，需要从基础模型出发，分析电、气、热（冷）等多种异质能源流、物质流、信息流特征，分析电量、热量和质量输运、储存和转换过程的共性规律，建立多能流系统中能量/工质在输—储—转换过程的本构关系，形成多能流系统驱动势、流、阻/容抗之间的“广义欧姆定律”，并考虑系统运行方式，挖掘多能流系统的能量耦合特性，分析不同能流之间的相互耦合和转换关系，建立能量转换器耦合矩阵，形成能源流、物质流与信息流之间的动态耦合机制。基于异常数据辨识方法和数据校正方法，结合多能流系统分布式状态估计算法，对多时间尺度耦合模型进行自适应更新。
4 结束语
能源互联网接入设备为未来能源互联网下用户设备的即插即用提供了技术方案，也为市场环境下的综合能源管理与多种交易模式提出了新的见解。未来发展能源互联网接入设备将面临诸多挑战，其概念和技术特征也需进一步完善和丰富，对于关键技术的攻克将为能源互联网接入设备的实现奠定坚实的基础。期待本文抛砖引玉，引起业内相关专家学者兴趣，共同为未来广泛能源互联网下终端用户各类设备的高效便捷入网做出更加深入的研究。
参考文献：
[1] 甄晓晨，陈子来，李佳琪，刘景青，耿璇.面向能源互联网的可再生能源发电管理模式及关键技术分析[J].河北电力技术，2018，37（03）：19-22.
[2] 李媛，冯昌森，文福拴，王珂，黄裕春.含电动汽车和电转气的园区能源互联网能源定价与管理[J].电力系统自动化，2018，42（16）：1-10+192-196.
[3] 王培懿. 能源互联网安全稳定控制研究[D].重庆理工大学，2018.
[4] 石文浩. 软件定义架构下支持能量交换的通信协议设计与实现[D].北京邮电大学，2018.
关键词：需求响应;能源互联网;运行;优化
1 引言
能源互联网中多能融合特点加深，为系统的建模分析带来新的挑战。而电力市场机制的建立和现代通信技术的发展，也为需求侧资源参与到能源互联网运行提供了政策支持和物理条件。如何面向能源互联网背景，分析新环境下需求响应的数学模型和作用机理，建立相应的优化控制模型，对于提升发、输、用各侧的多向互动具有重要作用。此外，如何量化并降低风电波动等随机因素对系统运行的影响，并考虑不同能源系统解耦自治决策这一现实需求，也是值得研究的问题。
2 能源互联网中的需求响应
随着多种能源的深度耦合，能源互联网背景下系统将存在多能互补、协同共济的特点，传统电力需求响应也将逐步发展为适用于综合能源系统的综合需求响应。近年来，国内外学者也对此类新兴的需求响应进行了初步探讨。在能源互联网运行环境下，系统新增的能源转化设备有利于能量在不同能源系统的梯级利用和相互转换。冷热电联产可通过改变自身出力特性，调整电、气、冷、热间的转化关系，实现广义上的需求响应。电转气装置将系统中的多余电能（如弃风、弃水、弃光）转化为天然气储存，同样可作为能源需求调整的手段，其在系统削峰填谷、风电消纳、选址定容中的作用已得到有效验证。此外，包括蓄电池、储气罐、热泵等在内的储存设备可在系统负荷低谷时将富余能源进行储存，以缓解峰时用能紧张情况，对能源互联网的运行经济性、调度灵活性和安全可靠性均有裨益，丰富了能量跨时间尺度消纳的手段。尽管储能单元的引入可为系统运行提供缓冲，但就目前而言，如何提升储能设备的转化效率、节约建设投资和运营成本、延长设备使用周期仍是值得关注的问题。
3 能源互联网优化运行策略
3.1 促进保障能源安全供应，夯实城市高质量发展基础
从基础设施看，城市能源互联网采用成熟可靠、技术先进、自动化程度高的配电设备，建成坚强合理、灵活可靠、标准统一的城市配电网结构，并通过多能源品种互济提高城市能源资源供给的稳定性。从运行优化上看，城市能源互联网通过源网荷储灵活互动提高了城市能源安全可靠性、减少故障区域停电时间。离网型微电网和并网型微电网两个微电网示范工程为未来城市主动配电网中大量分布式电源广泛接入提供了坚实的技术支撑。实际运营效果表明，相关技术提升了供电保障能力，解决了长期以来夏季用电高峰期供电能力不足的难题。
3.2 能源站协同规划
新型城镇能源系统“源荷”种类多样、耦合形式复杂，在进行能源系统规划时需要针对电力、天然气及供热（冷）系统的“源—网—荷—储”进行精准建模。在目前的研究工作中缺少能够有效反映能源特性的模型。对于新型城镇能源站建模的研究，可采用在线性化处理上具有优势的标准化矩阵建模理论，研究区域能源站节点—支路—端口特性，构建能量平衡模型。考虑风电、光伏、分布式电储能、电蓄热、变配电站、三联供及地源热泵等多种分布式能量单元，通过对能源站各耦合环节能量交互方式的分析，建立能源设备详细模型，研究多能互补能源站供用能拓扑结构优化与关键组件优化配置方法。在求解方法方面，随着对综合能源系统模型的精准建模，规划模型往往是非线性模型，不仅求解难度加大，同时也增加了求解时长。可以通过例如拓扑图理论、矩阵变换等将规划模型由非线性松弛为线性模型，从而加快模型求解效率。同时也可以对智能算法进行改进，提出新的高效求解算法。
3.3 可持续发展下的城市能源互联网
相比于传统能源系统的使用，能源互联网在工业发展中的应用更适应可持续发展战略。（1）为海水淡化设备提供高压蒸汽制备淡水。高压蒸汽系统输出的蒸汽比原系统所采用的余热蒸汽温度高、压力大，因此海水淡化设备的制水量相比原系统大大提高。（2）能够将制备的高压蒸汽输送给工业园区，为工业园区的生产提供便捷条件。从改进系统可以看出，由于能源互联网在工业生产中投入，二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物的排放为零。能源互联网系统对清洁能源的利用，不仅避免了对化石能源的依赖，减少了污染物和衍生物的排放，而且增加了能源的使用率，提高了生产效率、生活的质量。
3.4 需求侧响应领域
首先，能源互联网接入设备能够自动并且精准识别参与响应的负荷容量;其次，能源互联网接入设备的可控性使得其参与需求侧响应的速度非常快;再次，能源互聯网接入设备的计算能力使得需求侧响应可以由设备自动完成，无须人员干预;最后，能源互联网接入设备由于其需求侧响应的自动性和快速性，将大大影响到需求侧响应的理论，为自动需求响应奠定基础。
3.5 多能流系统建模和状态感知
目前，在电、气、冷、热等各自传统领域，其相应的建模方法较为成熟完善。电力网络模型主要遵循电磁学定律，用电网潮流模型来描述，并有整套的网络分析方法。天然气网络模型主要遵循流体力学定律。供热（冷）网络模型遵循流体力学定律和热力学定律，用热力和水力两个主要模型进行描述。状态感知分析在电力系统领域较为成熟，而由于能源特性不同，各能流呈现出不同的运行特性，无法直接将电力系统中的相关状态感知分析方法套用在燃气、供热（冷）系统中。为实现多能流系统的运行优化调度，需要从基础模型出发，分析电、气、热（冷）等多种异质能源流、物质流、信息流特征，分析电量、热量和质量输运、储存和转换过程的共性规律，建立多能流系统中能量/工质在输—储—转换过程的本构关系，形成多能流系统驱动势、流、阻/容抗之间的“广义欧姆定律”，并考虑系统运行方式，挖掘多能流系统的能量耦合特性，分析不同能流之间的相互耦合和转换关系，建立能量转换器耦合矩阵，形成能源流、物质流与信息流之间的动态耦合机制。基于异常数据辨识方法和数据校正方法，结合多能流系统分布式状态估计算法，对多时间尺度耦合模型进行自适应更新。
4 结束语
能源互联网接入设备为未来能源互联网下用户设备的即插即用提供了技术方案，也为市场环境下的综合能源管理与多种交易模式提出了新的见解。未来发展能源互联网接入设备将面临诸多挑战，其概念和技术特征也需进一步完善和丰富，对于关键技术的攻克将为能源互联网接入设备的实现奠定坚实的基础。期待本文抛砖引玉，引起业内相关专家学者兴趣，共同为未来广泛能源互联网下终端用户各类设备的高效便捷入网做出更加深入的研究。
参考文献：
[1] 甄晓晨，陈子来，李佳琪，刘景青，耿璇.面向能源互联网的可再生能源发电管理模式及关键技术分析[J].河北电力技术，2018，37（03）：19-22.
[2] 李媛，冯昌森，文福拴，王珂，黄裕春.含电动汽车和电转气的园区能源互联网能源定价与管理[J].电力系统自动化，2018，42（16）：1-10+192-196.
[3] 王培懿. 能源互联网安全稳定控制研究[D].重庆理工大学，2018.
[4] 石文浩. 软件定义架构下支持能量交换的通信协议设计与实现[D].北京邮电大学，2018.