能源互联网能量管理与运行控制-孙宏斌
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学术报告1《能源互联网》收获与体会报告人孙宏斌（清华大学电机系）此次孙宏斌教授的报告主题是能源互联网，孙教授从why（为什么）、what（是什么）、how（怎么做）三个层面对能源互联网进行阐述。
首先报告人提出为什么要提出能源互联网。
分析现状可知，现有能源系统面临三大重要挑战：1. 能源生产不可持续，需要提高可再生能源比例；2. 能源使用效率低，需要提高能源使用效率；3. 能源行业内向保守，需要实行能源体制革命。
然后报告人阐述了能源互联网有何特征。
从能源互联网的基本架构来看，分为物理互联和数据互联两个层面。
1. 物理互联层面是“能源系统的类互联网化”，利用互联网理念对现有能源系统进行改造，使能源系统具有类似于互联网的某些优点，主要表现为：多能源开放互联，电、热、冷、气、油、交通等多能源耦合互补；能量自由传输，表现为远距离、高效、大容量、双向、端对端、选择路径、无线传输等；开放对等接入，具有良好的可扩展性和即插即用性。
2. 数据互联层面是“互联网+”，为信息互联网在能源系统的应用和融入。
通过互联网技术将设备数据化，所有主体自由联接，形成能源互联网“操作系统”，主要体现为：能源物联，在不影响安全等前提下实现信息的最大化共享；能源管理，不同能源类型的分布式协同管理和源、网、荷、储的实时互动优化；能源互联网市场，为能源的自由交易和众筹金融提供平台，实现能源互联网各要素的共生共赢。
另外，能源互联网又具有开放、互联、以用户为中心、分布式、共享、对等等理念及特性。
开放：开放是能源互联网的核心理念，表现为：多类型能源的开放互联、各种设备与系统的开放对等接入、各种参与者和终端用户的开放参与、开放的能源市场和交易平台、开放的能源创新创业环境、开放的能源互联网生态圈、开放的数据与标准等。
互联：互联为能源的共享和交易提供平台，创造价值，包括：多种能源形式的互联、多类能源系统的互联、多异构设备的互联、各类参与者的互联等。
以用户为中心：以用户为中心是在商业模式成功的关键，满足用户不同品位的用能、生产和交易能源的需求。
５００_ｋＶ_主变压器Ｎ￣１_故障后断面功率越限控制时间研究
负荷转移后ꎬ 仍存在越限ꎬ 为控制越限ꎬ 采用拉限
电操作ꎮ 对调管设备的线路负荷转移 ( 线变组开
关、 涉及主变停送电的线路开关除外) 及拉限电
涉及的开关操作采用远方化操作方式ꎮ
０ ＭＷ
针对一、 二号供区制定地区转移方式、 开关操
作步骤、 拉限电开关及负荷数详细步骤ꎬ 根据上级
足要求ꎬ 必须进行改进ꎮ
２ １ 事故信息及预案可视化
限的要求时间ꎬ 很有可能发生连锁事故ꎮ 断面越限
不小的差距ꎬ 说明当前控制断面越限的手段不能满
１ ２ 断面越限控制时间长的原因分析
５００ ｋＶ 主变 Ｎ － １ 故障后ꎬ 将断面越限控制分
为两阶段ꎮ
第一阶段ꎬ 上级单位通知下级单位断面越限情
将两个供区分为两个界面显示ꎬ 同时在每一个
虑处置方案后ꎬ 应第一时间尽可能转移负荷ꎻ 如果
没有可以转移的负荷ꎬ 需要进行拉限电操作ꎮ 这都
需要上下级之间联系沟通ꎬ 也需要对具体转移或者
限制的负荷进行计算ꎬ 操作人员到现场需要时间ꎮ
图 １ 断面越限控制初期操作流程
第二阶段ꎬ 在负荷已经转移的情况下ꎬ 若相关
断面还在越限ꎬ 需要进行拉限电操作ꎮ 地调根据事
ｆａｕｌｔꎬ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｃｒｏｓｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎ ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｉｍｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｅ￣
ｐｌａｎ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ. Ｂｙ ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｐｒｅｐｌａｎ ｏｆ ５００ ｋＶ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒａｐｈｉｃａｌ ａｎｄ ｂａｔｃｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｎｅ
电力系统分析(孙宏斌)第一章电力系统概述(第一讲)
第一章电力系统概述(Introduction to Power Systems)(第一讲)1问题1、人类为何偏爱电能？2、什么是电力系统？如何组成？如何表示？3、电力系统运行有何特点和要求？4、互联电力系统是怎么回事？5、如何对电力大系统进行控制？6、电能是如何生产的？2一、人类为何偏爱电能？现代社会最重要能源，应用十分广泛。
美国1996年用电情况：2.68kW/人（装机容量）1.3kW/人（用电量）显著优点：洁净（从使用的角度看）：保护环境方便：输送、分配、使用（能量形式转化容易） 电气化：机械化、自动化，提高产品质量和劳动生产率节能：能耗小，能量转换效率高二、什么是电力系统？（I）系统定义：由分组成的具有又从属于一个更大的系统（《系统论》）什么是电力系统？（II）电力系统：完成电能费的统一整体。
通常由发电机、变压器、电力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系统。
世界上最大的人造机器：的20项发明之一，当今社会最庞大的工业之一，是国民经济的支柱产业（我国产）国防资源库、火电厂、输电线路、核电厂）（战争：石墨炸弹、恐怖袭击）三、电力系统如何组成？一次系统（高电压，本课程研究的内容）二次系统（低电压）：保证一次系统安全/可靠/经济运行的信息系统及其操作机构。
一次系统如何组成？发电机：电能生产，一次能源转换成二次能源(电能)，火/水/核/风/太阳/地热等电力网络分配，包括：输电网（输电系统）和配电网（配电系统）。
负荷（用户）：电能消费，将电能转换成其他形式能量，电动机/照明/电炉等美国电力一次系统物理基本结构8简单电力系统的三相电路图发电机升压变压器发电机N电力网络与INTERNET（C/S结构）（信息系统，非本课程重点内容）计算机或人四、复杂电力系统如何表示？单线图：杂，为突出重点，用单线代表三相，反映电力设备间电联系发电机升压变压器简单电力系统单线图五、如何构成更大的系统？电力系统发电厂动力部分热力网发电厂动力部分：锅炉、汽轮机、水库、水轮机、核反应堆等单线图常用符号（动力系统）14六、电力系统运行特点与要求有哪些？特点密切性短促性同时性电力系统与心血管系统七、现代互联电力系统联路线，交换功率，规模越来越大 输配系统直属电厂 地区发电厂 电力1819电力系统为何要互联？减少总装机容量减少备用容量小）提高供电可靠性、电能质量常时相互支援）；合理利用动力资源，可小火电、经济分配）互联带来了什么问题？超高压互联设备的系统规模大而复杂，故障可能危及整个互联系统，安全风险大。
国家电网公司毛伟明董事长、辛保安总经理赴全球能源互联网发展合作组织(集团公司)调研
2020年第4期总第395期与此同时，由于区域能源互联网具有能量利用率高、自给自足、可独立运行、多能互补、可对大电网进行吞吐等特点，应当视为大电网的重要补充鼓励发展[20]。
同时为了更好地服务用户、高效运营并减轻国家投资建设负担，应大力鼓励有实力的民间企业进入，大力鼓励产学研结合，通过实践摸索一条可行高效的模式进行推广。
参考文献[1]孙宏斌,郭庆来,潘昭光,王剑辉.能源互联网:驱动力、评述与展望[J].电网技术,2015,39(11):3005-3013.[2]国家可再生能源中心.中国可再生能源报告2015.北京：中国经济出版社.2015.[3]宋永华,孙静.未来欧洲的电网发展与电网技术[J].电力技术经济,2008(05):1-5+20.[4]李明.推动甘肃新能源可持续发展[N].甘肃日报,2016-04-01(003).[5]周光耀.“能源互联网”应以特高压发展为方向[N].文汇报,2014-01-12(006).[6]周安春.以全球能源互联网引领湖南电力可持续发展[N].国家电网报,2015-11-02(006).[7]王震.能源互联的甘肃实践[N].国家电网报,2016-03-21(002).[8]国家能源局甘肃能源监管办.甘肃富余新能源电力电量跨省跨区增量现货交易规则(试行).2017. 6.20[9]曾辉,孙峰,李铁,张强,唐俊刺,张涛.澳大利亚“9·28”大停电事故分析及对中国启示[J].电力系统自动化,2017,41(13):1-6.[10]刘纯,马烁,董存,黄越辉,王跃峰,张节潭,DuBois Andreas.欧洲3·20日食对含大规模光伏发电的电网运行影响及启示[J].电网技术,2015,39(07):1765-1772.[11]陈向宜,陈允平,李春艳,邓长虹.构建大电网安全防御体系——欧洲大停电事故的分析及思考[J].电力系统自动化,2007(01):4-8[12]杨海涛,吉平,苗淼,张桂红,姜宁,宋云亭.未来中国特高压电网结构形态与电源组成相互关系分析[J].电力系统自动化,2018,42(06):9-17.[13]黄武靖,张宁,董瑞彪,阴昌华,刘永笑,康重庆.构建区域能源互联网:理念与实践[J].全球能源互联网,2018,1(02):103-111.[14]关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见[J].城市燃气,2016(04):4-9.[15]张靖.能源互联网示范项目建设内容及政策解读[J].电气时代,2018(01):38-41.[16]谢光龙,贾梦雨,韩新阳,胡波,杨德昌.城市能源互联网的商业模式探讨[J].电力建设,2018,39(02):10-17.[17]马溪原,郭晓斌,董朝阳,雷金勇,魏文潇.能源互联网的形态与试点构想[J].南方电网技术,2016,10(08):2-10.[18]埃森哲.中国能源互联网商业生态展望[J].软件和集成电路,2017(12):70-78.[19]黄仁乐,蒲天骄,刘克文,杨占勇,陈乃仕.城市能源互联网功能体系及应用方案设计[J].电力系统自动化,2015,39(09):26-33+40.[20]衣立东.统筹兼顾推动电网与清洁能源协调可持续发展[J].电网与清洁能源,2010,26(07):12-14.作者简介王本胜(1969—)，男，高级工程师，从事电力系统及其自动化方向研究。
孙宏斌 能源互联网(中文简版)
2020年单位GDP碳排放 降40%
2030年二氧化碳排放达 到峰值
能源体制革命
能源革命和新一轮电改 互联网+行动计划 创新驱动发展战略 能源局：能源互联网行
动计划，开启5万亿产业
2
在智能电网基础上，
能源互联网还想互联什么？
3
• 设备利用率低：输电设备 <50%，配电网络<30%
• 能源系统内向保守，市场竞 争弱，参与者少，创新不足
• 电、热、冷、气等不同能源 系统相对封闭孤立
提高可再生能源比例
2020年，风电2亿kW， 光伏1亿kW
2030年，非化石能源消 费占20%
2050年，可再生能源发 电占80%
提高能源使用效率
能源互联网两层架构
互联网+
能源互联网操作系统
能源物联、能源管理、市场交易、互联网金融…
数据互联问题
@
居民
无线
EV
储电
蓄冷/热
工商业
集线器 路由器
燃气公司
直流传输
电网公司 热力公司
超导（光纤）
存储
燃气发电
垃圾/沼
冷热联供
气发电
能源系统的类互联网化联网理念和技术融入能源网
能源
热力公司
光伏 VPP
风力
互联网+（数据互联） 能源互联网的智慧操作系统：能源物联部分
数据采集下沉：实现不同位置、不同设备、不同信息的实时广域 感知和互联，在已有专网传输的基础上，新增开放传输系统，在 不影响安全等前提下实现信息的最大化共享，实现能源数据化和 透明化
互联网+
能源互联网的智慧操作系统：能源管理部分
电力系统智能终端信息安全防护技术研究框架
电力系统智能终端信息安全防护技术研究框架近年来，我国的电力系统有了很大进展，随着“三型两网”在电力物联网发展目标的提出，电力系统智能终端广泛互联、泛在接入，终端易成为攻击电网的主要目标和跳板。
在此背景下，围绕电力系统智能终端安全互联和现场移动作业需求，对电力系统智能终端安全防护挑战及防护技术框架进行了阐述。
构建了覆盖芯片层、终端层、交互层的电力系统智能终端防护框架，对芯片电路级可证明安全防护和内核故障自修复、融合可信计算和业务安全的异构终端主动免疫、面向不确定攻击特征的终端威胁精确感知与阻断、终端互联计算环境下电力系统智能终端安全接入和业务隔离等关键技术进行了详细展望。
标签：电力系统;智能终端;安全挑战与风险;安全防护引言人们的生活条件越来越好，空调、冰箱、电饭煲、电脑等家用高耗能电器的普遍使用也给电力系统带来巨大的压力，尤其是在天热的时候，几乎是人人开空调，电力系统处于非常紧张的状态，时刻都有电力瘫痪的可能，传统的电力系统已经没有足够强大的实力来应对这来势汹汹的电力网了，电力系统自动化虽然是将电力输送设定在一个固定的轨道里，但是对突发情况的应激能力还比较欠缺，一旦有某段电力输送脱离轨道，整个电力系统便会受到严重影响。
这就需要我们为电力系统配备智能技术，以用来应对突发状况，使得电力系统自动化调节能力更强。
智能技术使得电力系统自动化的应用更加得心应手，电力系统也将在智能技术的参与下更加安全、稳定的运行。
1电力系统自动化的概述电力作为我们日常生活不可缺少的一部分，一直以来都受到人们的重视，就现阶段我国电力系统分布来说，分布的区域较为广阔，整个电力系统主要是由变电站、发电站、输电配电网络以及用户所组成的，这些方面的相互结合形成了一种进行统一调配的大系统。
而我们所提到的电力系统自动化所涉及到的范围是较为广泛的，整个电力系统自动化的那个中不仅包含了系统以及元件之间的自动化安全保护，同时还包含了在实际进行生产过程当中的检测以及控制，在此基础上根据实际情况对网络技术进行合理的应用，保证自动传输等工作的质量。
我国“互联网+”智慧能源：多重内涵与发展推进
我国“互联网+”智慧能源：多重内涵与发展推进余晓钟罗霞摘要：大力发展“互联网+”智慧能源，对贯彻落实《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》和新型基础设施建设计划，实现能源产业体系现代化，推动能源及经济高质量发展意义重大。
就我国“互联网+”智慧能源多重内涵予以研究，并针对其现状、机遇与挑战提出发展方向和推进策略。
研究认为，“互联网+”智慧能源是全球能源创新发展的新共识、实现能源综合转型的新方式、保障能源安全的新路径。
我国“互联网+”智慧能源发展仍处于初级阶段，机遇与挑战并存。
在紧跟世界数字经济步伐，契合我国能源需求和供给现状的两大发展方向下，凝聚各方共识、强化政策导向、探索管理制度、稳固技术支撑是我国“互联网+”智慧能源纵深发展的四个有效推进策略。
“互联网+”；智慧能源；高质量发展关键词：作者简介：余晓钟，西南石油大学经济管理学院教授、博士生导师；罗霞，西南石油大学经济管理学院博士研究生。
中图分类号：F426文献标识码：A文章编号：1671-8402（2021）11-0091-11引言中共中央、国务院高度重视能源在国民经济发展、社会民生改善、生态环境保护中的有力保障作用。
2014年以来，习近平总书记就能源安全、转型与改革等作出了系列指示，为我国能源发展指明了方向。
在2016年《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》（以下简称《指导意见》）和2020年“两新一重”建设中进一步强调将互联网、大数据、人工智能等先进技术和基金项目：国家社会科学基金项目“‘一带一路’背景下中国与中亚能源合作模式创新研究”（18XGJ001）；四川石油天然气发展研究中心项目“‘一带一路’国际能源合作可持续发展研究”（SKA20-01）；西南石油大学人文专项基金项目“‘双碳’目标背景下国际能源共生合作研究”（2021RW034）。
91理念同能源产业深度融合，促进其转型升级，形成全新的能源技术、设施、模式、业态，为贯彻我国能源安全新战略和能源高质量发展奠定基础。
智能电网培训PPT课件
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精选版
概念
智能电网还没有统一定义，概念本身在不断丰 富之中。个人认为，智能电网概念以目标需求 为指向，其笼统和不明确的特点反倒成了优点， 使现代电网所涉及的种类繁多且不断发展的技 术得到了一个统一、全面和高层次的表述，因 此是有生命力的。
一场革命，就像IT、纳米技术、互联网以及电 网最初产生一样。已有很多新装置、技术在电 网得到利用，但未系统组织。就像PC在被互联 网连在一起之前，并没有发挥出其潜力一样。 当这些智能装置和技术被有机集成到一个体系 中协同工作时，就将发挥其最大价值，
9
精选版
smart grid的7个目标 (U.S. DOE)
✓ 1. 用户能主动参与电网运行 ✓ 2. 适应所有形式的发电和储能接入 ✓ 3. 适应新设备、新服务和市场的引入 ✓ 4. 提供适应满足21世纪经济发展需求的电能质量 ✓ 5. 改善资产利用和运行效率 ✓ 6. 通过自动的预防控制、紧急控制和恢复控制抵御系统故障扰动 ✓ 7. 对于各种灾害事故系统能持续运行
较低
资加权平均百分比
发展趋势
中等
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精选版
2、分布式能源技术
（5）负荷参与
渗透率/成熟度 发展趋势
较低
较低
– 可中断电价、直接负荷控制和在激励
措施下消费者自行控制的负荷部分百
分比（占夏季峰荷）
（6）微电网供应的负荷
渗透率/成熟度 初生期
发展趋势 较低
– 在运行中的微电网数量
– 微电网容量（单位：MW）
较低
发展趋势 较高
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精选版
2、分布式能源技术
（8）电动汽车和即插式混合动力汽车的 市场渗透率
– 上路的轻型汽车（包括电动汽车和即插式混 合动力汽车）的总数和百分比渗透率/成熟度 发展趋势
国家科学技术进步奖(创新团队)推荐书
国家科学技术进步奖（创新团队）推荐书(2017年度)基本情况序号：编号：国家科学技术奖励工作办公室制团队简介上世纪80年代末，我国著名电力专家高景德先生组织卢强、韩英铎、倪维斗、张伯明等人组建了我国电力行业的第一个国家重点实验室——电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，并以此为基础，紧紧围绕我国国家能源战略重大需求和能源-电力领域的重大科学问题,协同攻关，逐步形成了清华大学电力传输及调控创新研究团队。
经过近30年的锤炼，团队成长为一支敢于攻坚、勇于开拓的优秀科研队伍，培养了中科院院士1人，瑞典皇家科学院外籍院士1人，IEEE Fellow 6人，IET Fellow 8人，何梁何利奖获得者1人，973首席科学家5人（含国家重点研发计划），长江学者4人，中组部万人计划2人，杰青6人，优青3人，教育部新(跨)世纪人才8人。
团队两次入选教育部创新团队(2006、2010)，2013年入选国家基金委创新群体，2016年获滚动支持。
该团队以“面向国家重大需求，引领国际学术前沿”为宗旨，坚持协同创新与集体攻关，坚持“顶天”与“立地”并重，在我国电力系统从弱小到强大，从落后到领先的历史性跨越历程中发挥了重大支撑作用。
过去30年，我国电力系统发展速度之快在世界电力发展史上绝无仅有，而期间我国电力系统从未发生重大安全稳定事故，从而打破了复杂电网大停电事故不可避免的神话，有力地保障了国民经济快速增长和社会持续发展。
团队对此做出了突出的贡献。
近十年来，团队承担了多项973、863、国家支撑计划、重大基金等国家重大科研项目，包括基金委在电气工程领域支持的3个重大项目中的 2 项、科技部在电气工程领域支持的9项973计划中的3 项，获得国家级科技奖励10项，省部级奖励72项，国家教学成果特等奖1项，一等奖1项，二等奖2项，国家级教学名师1名，全国优秀博士论文3篇，MIT评选35岁以下杰出青年科学家1名，何梁何利科技进步奖1项。
能源互联网的能量管理与运行控制孙宏斌ppt课件
关键技术1：多能流状态感知与在线建模
• 信息-物理系统网络接口的确定与建模 • 基于运行评估需求，建立信息系统等值模型
信息网
• 燃料网稳态建模(气/油/煤…) 燃料汽车 • 交通网拓扑建模
• 燃料网暂态建模仿真
• 基于交通数据的驾驶行为分析
负荷
燃料网
交通网
组成 元素
燃烧锅炉
状态估计 多能流计算
热网管道10开断时分开分析和联合 分析电网和热网能流区别
电网 潮流 计算
耦合 元件 约束
热网 热流 计算
热源计算
水力计 算
水力计 算
供水热 力计算
回水热 力计算负荷计算电热合网精络品课模件型和多能流计算
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已有研究3
电热耦合网络相互影响机理和安全评估
ShixiaF65 G
F65-1
F65-2
F65-4
20
10
0
-10
-20 0
5
10
15
20
25
Time
热负荷精供品给课件组成(夏)
25
20
15
10
5
热电联合优化消纳的可再生能源
冷热电独立优化消纳的可再生能源
冷热电联合优化消纳的可再生能源
0
0
5
10
15
20
25
可再生能源Time消纳(冬)
16
P/k W Q/kWh P/k W
已有研究2
电热耦合网络综合建模和多能流计算
YF13-11
F1-10
F24-7 F24-9
F24-8
YF13-13
YF13-12
F1-13
YF13-14
计及电动汽车充电预测的实时充电优化方法
DOI :10.7500/AEPS20130506019计及电动汽车充电预测的实时充电优化方法李正烁1,2,郭庆来1,2,孙宏斌1,2,辛蜀骏1,2(1.清华大学电机工程与应用电子技术系,北京市100084;2.电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,清华大学,北京市100084)摘要:电动汽车大规模接入电网后,如何优化实时充电功率,避免自由充电带来的晚高峰,实现填谷充电成为重要问题㊂文中首先回顾了常规实时充电优化方法和电动汽车充电预测技术㊂基于电动汽车尤其是汽车集群充电行为的可预测性,在常规充电优化方法中加入了未入网汽车的充电预测模型,提出计及汽车充电预测的实时充电优化模型,并通过滚动优化求解得到入网汽车的实时优化充电功率㊂通过分析和仿真,在不同预测精度下,所提方法都非常接近理论上的最优填谷,并且电动汽车入网充电时间越分散,所提方法对常规方法的改善越明显㊂关键词:电动汽车;实时充电优化;汽车充电预测;滚动优化;智能电网收稿日期:2013-05-06;修回日期:2013-10-21㊂国家重点基础研究发展计划(973计划)(2013CB228202);国家杰出青年科学基金资助项目(51025725);清华大学自主科研计划㊂0 引言作为清洁能源汽车的代表,电动汽车近年得到了快速发展[1-2]㊂电动汽车数量达到一定规模后,如果任由其无序充电将对电网产生负面影响,引发电能质量下降[3-5]㊁网损增加[6-8],甚至危及电网稳定性[9]㊂因此,电动汽车智能充电(也称协调充电)问题得到关注,一种典型思路是将充电负荷转移到常规负荷的低谷时段,在满足汽车充电需求的同时,减弱其充电影响㊂研究表明,智能充电不仅能有效减少无序充电造成的电能质量下降和网损,而且能使电网总负荷曲线实现削峰填谷,增加电网运行效益[10-19]㊂电力系统调度分为日前 滚动 实时3个时间窗口,目前电动汽车智能充电优化研究主要侧重于日前离线和实时在线优化两方面㊂日前优化时,汽车入网时间和充电需求难以确知,需进行日前预测,常用做法是利用交通数据库分析它们的概率分布函数并获取特征参数[17,20-21],在此基础上优化汽车未来几个小时的充电功率㊂而目前的实时充电优化常采用 滚动式 优化方法,它和日前优化区别在于:第一,电网每个时刻仅考虑当前入网汽车信息,采集㊁刷新接入时间㊁当前电量㊁车主提供的充电需求和预计离开时间,故优化所需信息是确定的;第二,优化后对入网汽车只设定当前时刻充电功率,而非未来一段时间内的充电功率[11,14,19]㊂为便于后文论述,本文将目前常见的实时充电优化方法称为常规方法㊂这类研究仅考虑入网(已接入电网)汽车信息,不考虑未入网汽车(尚在行驶中,未来可能接入电网)㊂因此虽然方法可行,但由于优化已知信息局限于入网汽车集合,有时优化效果并不够好[14]㊂随着信息通信技术(ICT )在电动汽车上的应用和汽车充电数据的不断积累[22-23],已有人研究如何结合汽车充电行为的历史规律和汽车当前运行状态,预测未来一段时间电动汽车入网时段㊁充电需求[24-29]㊂研究表明,虽然单辆电动汽车充电行为规律性较弱,预测较难,但对于由多辆汽车组成的汽车集群,各个时段的电量需求㊁可用充电功率的规律性较强,容易取得较高的预测精度㊂基于此,本文在当前常规实时充电优化研究的基础上,考虑了将入网汽车信息,提出了计及汽车充电预测的实时充电优化方法:每个时刻,电网根据电动汽车未来充电行为的预测信息形成充电预测模型,并将预测模型纳入实时滚动优化模型中,求解已入网汽车当前时刻的优化充电功率㊂与已有研究相比,本文贡献如下㊂1)考虑到电动汽车预测在未来将越来越可靠,提出了一种新的实时充电优化方法,以引入将入网汽车预测模型的方式来利用预测信息,尝试回答未来预测信息如何有效应用的问题㊂2)所提方法中,由入网汽车的确定信息构建的充电约束和未入网汽车的预测模型处理为两个分离的约束集合,从而使得无论后者预测精度如何,入网汽车都能满足自身的充电约束,保证实时充电方案16 第38卷 第9期2014年5月10日Vol.38 No.9Ma y 10,2014的可行性㊂3)由于预测精度对优化效果也将有直接影响,本文基于滚动优化,通过实时反馈电网当前峰谷水平㊁入网汽车充电状态和新的预测模型,重新优化当前时刻入网汽车充电功率,避免误差持续累积㊁放大㊂针对不同的预测精度进行了对比仿真分析,尤其是验证了较差预测误差下所提方法的效果㊂1 实时充电优化模型和预测方法简介为便于后文说明和对比,本节简介常规实时充电优化方法的数学模型和汽车充电行为预测方法㊂1.1 常规实时充电优化方法(简称RT 方法)电动汽车在夜间和白天的停车时间进行充电㊂夜间充电通常指的是晚上18:00左右到次日08:00点左右,这段期间,由于居民用电习惯,负荷仍然存在峰谷特性㊂由于车主充电习惯,不受控下电动汽车充电负荷将叠加在晚高峰上,造成更大的负荷高峰,需要通过实时充电优化,避免晚高峰,并进行填谷㊂本文采用夜间充电为例加以介绍,但相应控制目标和相应方法也可应用到白天 日间充电 上㊂考虑面向夜间充电(如晚上20:00到次日09:00)的实时充电优化问题㊂在时段[1,T ]内(时段间隔为Δt )配电网有N 辆电动汽车在不同时刻接入充电,电网实时优化汽车充电功率实现填谷:任一调度时刻t ,电网将入网汽车作为优化对象,根据剩余充电需求,建立滚动时间窗内的填谷充电优化模型;求出最优解后,向入网汽车下发当前时刻优化值作为实时充电功率的设定值㊂建模时,设第n 辆电动汽车入网和离开时刻为t in n 和t outn ,额定充电功率为r maxn ,入网前的净充电需求为R n (净充电需求可由汽车的目标荷电状态,初始荷电状态,电池容量,充电效率以及优化的时间步长确定[14]),时刻t的RT 模型可表达为[14]:minr n ,n ɪN at ðτɪT t(U ðn ɪN atrn(τ)+D 0(τ))(1)s.t.0ɤr n (τ)ɤr -n (τ) τɪT t ,n ɪN a t ðτɪT tr n (τ)Δt =R tn n ɪN a{t (2)式中:N a t 为时刻t 入网充电汽车集合,即N a t =n ɪN |t in n ɤt <t out n ,R tn >{}0;T t 为时刻t 的优化时间窗,它从当前时刻延伸到N a t 中汽车的最迟离开时刻;τ为T t 中任一时刻;U (x )是一个严格凸函数(如0.5x 2),严格凸性可保证充电以填谷为目标[14];r n (τ)为N a t 中的汽车n 在时刻τ的充电功率;r n 为由r n (τ)组成的向量;r -n (τ)是其充电功率上限;R tn为汽车n 在时刻t 的剩余净充电需求,由充电设施测量确定;D 0(τ)是配电网在时刻τ的常规负荷功率㊂根据各汽车的入网和离开时间,优化中的r -n (t )可由下式确定[14]:r -n(τ)ʒ=r max n τɪt in n ,t out[]nɘT t 0 τɪT t \t in n ,t out[]{n(3) 在每个时刻,RT 模型中的接入汽车集合㊁优化时间窗㊁各汽车的电量信息和优化充电功率都将重新采集㊁刷新,以使实时充电优化结果能满足入网汽车的实际充电需求[11,14]㊂1.2 汽车充电行为预测方法伴随ICT 技术的应用和车网通信技术的推进[22],已有不少研究者基于汽车充电行为的历史数据,并结合当前汽车的状态,预测汽车未来充电行为,如充电时间㊁充电地点㊁充电需求等[23]㊂目前常见3种预测方法㊂第1种预测方法是分析电动汽车的交通行为特点,建立汽车集群充电行为的动态微分方程,预测汽车充电负荷[24-25];第2种方法是利用已有的交通行为数据库,如全国居民出行的调查(NHTS ),通过蒙特卡洛仿真车主的交通和充电习惯,建立随机概率模型(如非时齐semi -Markov 模型)预测汽车在未来时段的充电时间㊁地点㊁负荷需求[26-27];第3种方法则是结合汽车的历史充电行为数据(可借助ICT 技术采集得到),通过回归分析方法预测未来单辆电动汽车或者集群的充电时段,能量需求等信息[28-29]㊂在文献[28]中,采用第3种方法预测单车和汽车集群的充电行为㊂对于单辆汽车,根据文献[30],首先通过广义线性模型(GLM )方法预测汽车的入网时间段[t in n ,t out n],再在此基础上预测单车的充电需求;而对于汽车集群,因各时刻入网充电汽车数量㊁充电需求㊁充电需求分布㊁最大充电功率(时刻t 集群充电需求等于在该时刻离开的各汽车的充电需求之和;时刻t 集群充电需求分布等于此时刻入网汽车的充电需求之和;时刻t 的集群最大充电功率等于该时刻各电动汽车功率上限之和[28])等信息的周期规律比较明显,可直接采用线性回归模型进行预测㊂由于电动汽车集群中汽车个体较多,汽车个体充电规律的不均匀性彼此抵消,集群的规律性可能会更加明显,在电动汽车大规模普及的情况下相对单车预测可能有更高的精度㊂综上可知,通过交通行为建模或基于历史数据的回归分析等办法,有多种方法可对单车或者汽车集群的充电行为进行有效的预测㊂基于此,本文未将研究重点放在如何预测充电负荷,而是将单车或者集群的充电预测信息作为建模时的已知输入,重262014,38(9)点研究在预测信息可用的情况下,如何在实时充电优化中利用好这些信息,以取得比常规方法更好的效果㊂2 基于模型预测的实时充电优化方法本节根据单车或者集群的预测信息,在现有RT 方法的基础上,分别建立基于单车或者集群模型预测的实时充电优化方法(简称为MPRT 方法)㊂2.1 基于单车模型预测的MPRT 方法(MPRT -1方法)设任一调度时刻t ,电网除考虑已入网汽车模型(如约束式(2)),还预测出未来T p t 时段内将入网的各辆电动汽车的接入电网时间段[t ^in n ,t ^out n],充电需求R ^n ,则可利用这些信息构建各车的充电预测模型,并结合约束式(2),得到MPRT -1优化模型如下㊂minr n ,n ɪN a t ɣN ptðτɪT t æèççU ðn ɪN a t r n (τ)+ðn ɪN p tr n (τ)+D 0(τöø÷÷)(4)s.t. 式(2)0ɤr n (τ)ɤ췍r ^n (τ) τɪT t ,n ɪN pt ðτɪT t /{t }r n (τ)Δt =R ^n n ɪN p{t (5)式中:N p t 为将在T p t 时段内入网的汽车集合,即N p t ={n ɪN |t <t ^in n ɤt +T p t };T t 为时刻t 的优化时间窗,但从当前时刻延伸到N a t 和N p t 中所有汽车的最迟离开时刻;췍r ^n (τ)为N p t 中的汽车n 在时刻τ的预测充电功率上限,由式(6)确定;其余变量意义同前㊂췍r ^n (τ)ʒ=r max n τɪt ^in n ,t ^out[]nɘT t 0 τɪT t \t ^in n ,t ^out[]{n(6)该模型中,约束式(2)描述了已入网汽车的功率和电量约束,约束式(5)描述了N p t 中各单辆汽车的预测模型㊂由式(6)可知汽车未接入电网时췍r ^n (τ)=0,汽车不充电,而入网后췍r ^n (τ)为额定充电功率;此外约束式(5)还考虑了N p t 中各汽车的充电需求㊂值得注意,由于入网汽车的确定信息构建的充电约束和未入网汽车的预测模型处理为两个分离的约束式(2),式(5),所以无论后者预测精度如何,入网汽车都能满足式(2)中的充电约束,保证实时充电方案的可行性㊂MPRT -1方法中,每个时刻首先确定已入网的汽车集合N a t ,并刷新电量数据;再根据预测的时段长度T p t 确定将要入网的汽车集合N p t 和预测信息;再由以上信息,确定优化时间窗T t ,建立优化模型;采用集中式或者分布式优化求解该模型,向入网汽车下发当前时刻的优化值作为实时充电功率设定值,结束该时刻优化计算㊂计算步骤如图所示㊂图1 MPRT -1方法计算流程Fi g .1 Flow chart of MPRT -1method2.2 基于集群模型预测的MPRT 方法(MPRT -2)设任一调度时刻t ,如果电网预测出未来T p t 时段内将入网汽车集群各个时刻的充电需求R ^p (t )㊁充电需求分布R ^pD (t )㊁最大充电功率췍r ^p (t )等信息,则可利用这些信息构建集群预测模型[28],并结合约束式(2),得到MPRT -2优化模型如下㊂min r p ,r n ,n ɪN a t ðτɪT t æèççU ðn ɪN a t r n (τ)+r p (τ)+D 0(τöø÷÷)(7)s.t. 式(2)0ɤr p (τ)ɤ1-α(τ())췍r ^p (τ) τɪT t ðττᶄ=t +1r p (τᶄ)Δt ȡðττᶄ=t +1R ^p (τᶄ) τɪT tðττᶄ=t +1r p (τᶄ)Δt -ðττᶄ=t +1R ^p (τᶄ)ɤR ^p D (t ) τɪT ìîíïïïïïït (8)式中:T t 表示时刻t 的优化时间窗,时间窗最末时刻T t =max {T p t ,t outn |n ɪN a t };r p (τ)表示优化中时刻τ集群充电功率;r p 为由r p (τ)组成的向量;α(τ)是反映已充电量对集群可用充电功率影响的因子;其余变量定义如前㊂约束式(8)采用了文献[28]中的集群预测模型,约束集第1个约束表示每个时刻集群的充电功率不能大于充电功率上限的预测值,引入因子α(τ)是由于集群实际可用充电功率上限将随集群已充电量的增加而减少,α(τ)的计算可参考文献[28];约束36 ㊃智能电网能量管理与运行控制㊃ 李正烁,等 计及电动汽车充电预测的实时充电优化方法式(8)第2个约束表示集群充电量应不小于该时刻集群的充电需求;第3个约束表示集群充电量不应大于该时刻集群能吸收的最大电量㊂与MPRT-1方法相比,N p t中各辆汽车的预测模型在这里由一个集群预测模型代表㊂从预测的角度看,集群充电行为的规律性更加明显,预测较为容易,有助于电网进行实时充电优化;从计算角度看,若N p t集合元素较多,MPRT-2方法的优化规模和计算量将比MPRT-1方法明显减少,并容易利用已有的分布式优化方法(如RTODC方法[14])进行求解㊂另一方面,由于约束式(2)和式(8)仍然是分离的,MPRT-2方法仍能保证入网汽车实时充电方案的可行性㊂MPRT-2方法的计算步骤如图2所示㊂由于MPRT-1和MPRT-2方法思想类似,下文中统称为MPRT方法,分析其与目前常见的RT方法的异同㊂图2MPRT-2方法计算流程Fi g.2Flow chart of MPRT-2method3MPRT和RT方法的理论分析将RT和MPRT方法特点总结如表1所示㊂表1模型特点比较Table1Com p arison between models of RT and MPRT 比较项目RT MPRT面向问题实时充电优化实时充电优化输入已入网汽车已入网和将入网汽车信息已入网汽车的确定信息已入网汽车的确定信息和未来将入网汽车的预测信息优化时间窗从当前时刻延伸到入网汽车最迟离开时刻从当前时刻延伸到已经和将入网汽车的最迟离开时刻或者设定的预测时间截止时刻计算周期每个时刻每个时刻输出入网充电汽车当前时刻优化充电功率入网充电汽车当前时刻优化充电功率由上表可见,MPRT方法与目前RT方法的区别就在于优化中利用了将入网汽车的预测信息㊂换言之,如果每个时刻无预测,即T p t=0,N p t=∅,那么MPRT退化为现有RT方法;否则,引入预测信息将导致新的优化结果㊂例如,对于 理想 预测,即每个时刻T p t足够长,N p t=N/N a t,且入网汽车的预测信息无误差,那么由第2节中两个MPRT优化模型的目标函数和约束式,每个时刻MPRT方法的模型将计及所有汽车的准确充电信息进行优化,易知此时优化充电结果将是填谷的理论最优解,而目前的RT方法则很难获得这一结果[14]㊂而实际中,T p t 通常为有限时段,且∅⊆N p t⊆N/N a t,如果未接入的电动汽车的预测精度较高,MPRT方法仍能比目前RT方法更合理地优化入网汽车的充电功率㊂图3用一个直观的例子说明了利用预测信息有助于电网更合理地安排汽车实时充电功率㊂图中A和B代表了在t1和t2时刻入网的两组电动汽车的充电需求㊂(a) RT + 4(b) MPRT"+ 41212图3RT和MPRT方法优化结果对比Fi g.3Com p arison between results of RT and MPRT 图3中假设各时刻优化时间窗都足够长㊂在图3(a)中,电网采用RT方法进行实时充电优化,由于电网在t2时刻之前并不知道有新汽车接入,所以每个时刻都预留部分A去填充t2之后的负荷低谷,这使得t1到t2时段内的总负荷曲线较低;而在t2时刻,新一组汽车入网,此时汽车总充电需求突增,电网将之填充在t2时刻之后的常规负荷低谷处,使得总负荷曲线较之前明显增高,整个时段内呈阶梯状,并没有实现理想的填谷㊂而在图3(b)中,电网采用MPRT方法进行实时充电优化,由于利用了预测信息,电网可预见在t2时刻将有充电需求为B的新汽车入网,故尽可能将充电需求A填充在t2时刻之前的负荷低谷处,避免了RT方法中不合理的做法,最终取得更好的填谷效果㊂462014,38(9)4 算例验证为验证本文方法的有效性,分别对电动汽车入网充电时间的3种分散程度(分别用Case _1,Case _2,Case _3代表)进行仿真㊂汽车入网充电时间在Case _1中相对集中,而在Case _3中相对分散㊂3种算例的仿真参数如表2所示[14]㊂在理想预测和有预测误差的情况下,分别仿真RT ,MPRT -1和MPRT -2方法的电动汽车实时充电功率,并和理论上的最优填谷曲线进行对比㊂参考文献[29],对单车和集群的预测,分别考虑3种精度(分别用A1,B1,C1以及A2,B2,C2表示),如表3和表4所示㊂表2 算例参数列表Table 2 Simulation case data参数设定值说明仿真时间段2011年2月13日20:00到次日09:00,时间步长是15min常规负荷南加州Edison 公司目标函数U (x )0.5x 2汽车渗透率每100户居民20辆电动汽车汽车最大充电功率 3.3kW 汽车充电需求10kW ㊃h 汽车结束充电时间次日09:00汽车接入充电时间Case _1:20:00到次日01:00均匀分布Case _2:20:00到次日03:00点均匀分布Case _3:20:00到次日05:00点均匀分布预测时间长度从当前时刻到次日09:00表3 单车预测精度设定Table 3 Sin g le EV p rediction accurac y settin g预测精度误差设定A1t in n 预测误差在ʃ30min ;t out n 预测误差在ʃ30min ;R n 预测误差ʃ15%B1t in n 预测误差在ʃ45min ;t out n 预测误差在ʃ45min ;R n 预测误差ʃ25%C1t in n 预测误差在ʃ60min ;t out n 预测误差在ʃ60min ;R n 预测误差ʃ35%表4 集群预测精度设定Table 4 EV fleet p rediction accurac y settin g预测精度误差设定A2췍r ^p (t )预测误差在ʃ3%;R ^p (t )预测误差在ʃ10%;R ^p D (t )预测误差在ʃ5%B2췍r ^p (t )预测误差在ʃ5%;R ^p (t )预测误差在ʃ15%;R ^p D (t )预测误差在ʃ8%C2췍r ^p (t )预测误差在ʃ8%;R ^p (t )预测误差在ʃ18%;R^pD (t)预测误差在ʃ11%4.1 理想预测下的结果对比理想预测下,比较3种算例的RT 和MPRT 方法的实时充电优化结果,现有方法和MPRT 结果与基准曲线对比如图4所示㊂负荷为标幺值;充电结束时间0:㊂1.0B 8B 8B 8(a)Case_1(b)Case_2(c)Case_30.40.50.60.70.80.91.1 >B8U RT UMPRT-1UMPRT-2图4 理想预测下的结果对比Fi g .4 Com p arison for cases under ideal p rediction图4中分别对比了从Case _1到Case _3的RT 和MPRT 方法的填谷效果㊂图中,RT ,MPRT 以及理想曲线在所有汽车结束充电(09:00)之后将和常规负荷曲线重合㊂通过和理论最优解对比,可知无论是MPRT -1还是MPRT -2方法,由于合理利用了对未来入网汽车的预测,图中都和理论上的最优填谷曲线重合,实现了最优充电㊂而对于RT 方法,随着汽车入网时间分散程度增加,图中总负荷曲线阶梯现象明显,甚至严重偏离最优解(如图4(c ))㊂这是因为电网缺乏汽车充电行为的预测信息,在夜间充电早期预留了大部分充电需求,致使夜间充电后期充电需求过大,从而造成阶梯状明显的总负荷曲线,无法实现理想的 填谷 ㊂但是在理想预测或者很高预测精度下,MPRT 方法通过对未来的预测,可更加合理地安排每个时刻的充电功率,使得填谷曲线相当接近理论最优解,保证填谷效果㊂进一步的比较和说明参考附录A ㊂56 ㊃智能电网能量管理与运行控制㊃ 李正烁,等 计及电动汽车充电预测的实时充电优化方法为突出显示避免晚高峰的效果,Case _3下RT ,MPRT -2方法和汽车自由充电(一接入电网就以最大功率进行充电)两种模式下系统负荷曲线对比如图5所示㊂充电结束时间:㊂B 8>B8U)@ U RT U 7* *U MPRT-2图5 Case _3下与自由充电结果对比Fi g .5 Com p arison with free char g in g results for Case _34.2 存在预测误差下的结果对比通常理想预测难以实现,因而有必要研究不同预测精度对MPRT 方法优化结果的影响㊂表5和表6给出了在不同预测精度下,RT ,MPRT -1,MPRT -2方法和最优填谷曲线偏差的二范数㊂表5 不同预测精度下RT 和MPRT -1结果与最优填谷曲线的偏差Table 5 Com p arison between RT and MPRT -1withvarious p rediction p recisions算例MPRT -1方法偏差A1B1C1RT 方法偏差Case _10.0060.0070.0100.077Case _20.0090.0150.0230.208Case _30.0190.0300.0410.643表6 不同预测精度下RT 和MPRT -2结果与最优填谷曲线的偏差Table 6 Com p arison between RT and MPRT -2withvarious p rediction p recisions算例MPRT -2方法偏差A2B2C2RT 方法偏差Case _10.0030.0060.0070.077Case _20.0080.0130.0140.208Case _30.0180.0340.0430.643对于上表,可见无论是MPRT -1还是MPRT -2方法,不同预测精度下的结果均优于现有RT方法㊂在最差预测精度下,MPRT 方法所得结果和最优填谷曲线的偏差约是RT 方法的10%,特别对于汽车接入时间较分散的Case _3,即使有预测误差的MPRT 方法也远优于现有的RT 方法㊂图6进一步给出对于Case _3,C1和C2预测下的MPRT 方法,RT 方法得到的总负荷曲线,并将之与理想的填谷曲线对比,分析预测误差的影响㊂图中充电结束时间09:00㊂(a) 1 C1 1C2(b)B 8B 8>B8U)@ U RT U MPRT-2图6 有误差预测下的结果对比Fi g .6 Com p arison for cases with p rediction errors由图可见,无论对哪种MPRT 方法,预测误差的影响都主要发生在夜间充电早期,它使总负荷曲线在最优充电曲线附近发生波动㊂这是因为在夜间充电早期,大部分汽车并未入网,相应信息由带误差的充电预测获得㊂如果某时刻过高估计了未来的充电需求,电网将安排更多入网汽车在该时刻充电,故总充电功率将比最优曲线略高;反之,总充电功率将比最优曲线略低,所以曲线将出现波动,而不再如理想预测时那样能与和理论最优解重合㊂但即使在最差预测精度下,图中的曲线波动也是比较小的㊂在夜间充电后期,大部分汽车已经接入,优化信息确定,预测误差的影响将大为减少㊂总之,由仿真可见,一般情况下,预测误差对MPRT 方法影响有限,所得总负荷曲线仍然很接近理想的填谷曲线,可比现有方法更好地减少电网开机成本,提高效益㊂5 结语本文在目前只考虑入网汽车信息的实时充电优化方法中,引入未入网汽车在时间维度的预测信息来构建预测模型,以改善常规方法的优化效果,尝试回答了未来愈加准确的电动汽车预测信息如何有效应用于实时充电优化中的问题㊂所提方法中,将入网汽车的确定信息构建的充电约束和未入网汽车的预测模型处理为两个分离的约束集合,保证任意预测精度下实时充电方案的可行性㊂再加之 滚动优化 的机制,通过实时反馈电网当前峰谷水平㊁入网汽车充电状态和新的预测模型,重新优化当前时刻入网汽车充电功率,避免误差66 2014,38(9)持续累积㊁放大,使得所提方法,使得所提方法(无论是基于单车还是集群的预测模型)能够在不同的预测精度下都可比现有常规方法取得更好的填谷效果,而且电动汽车充电时间越分散,效果提升越明显㊂特别地,较差预测信息下的良好仿真效果表明,所提方法对电动汽车预测精度有一定的鲁棒性,即使在电动汽车发展初期预测效果较差的情况下,也有积极价值㊂由仿真可知,预测精度越高,本文方法效果越好,因而未来有必要进一步研究汽车集群或者单车充电行为的预测方法,提高预测精度,例如通过信息通信技术和智能交通系统㊂此外,由于本文重点说明所提方法效果,故对模型中用户㊁电池和电动车性能等因素有所简化㊂未来研究中可通过在约束式(2)中加入相应的约束对这些因素加以考虑㊂在本文研究基础上,未来还有必要进一步结合电力网络约束,研究将入网汽车的空间分布预测对于实时充电优化的影响㊂附录见本刊网络版(htt p://www.ae p s-info. com/ae p s/ch/index.as p x)㊂参考文献[1]CLAAS B,MARKER S,BICKERT S,et al.Inte g ration of p lu g-in h y brid and electric vehicles:ex p erience from German y [C]//IEEE Power and Ener gy Societ y General Meetin g,Jul y 25-29,2010,Minnea p olis,MN,USA:3p.[2]SONG Y,YANG X,LU Z.Inte g ration of p lu g-in h y brid and electric vehicles:ex p erience from China[C]//IEEE Power and Ener gy Societ y General Meetin g,Jul y25-29,2010, Minnea p olis,MN,USA:6p.[3]ETEZADI-AMOLI M,CHOMA K,STEFANI J.Ra p id-char g e electric-vehicle stations[J].IEEE Trans on Power Deliver y, 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综合能源多能互补关键技术研究现状及发展趋势
综合能源多能互补关键技术研究现状及发展趋势作者：王文坦周全侯强戴安周静王哲来源：《长江技术经济》2024年第02期摘要：综合能源多能互补系统通过整合多种可利用能源，实现多种形式能量流的协调优化和高效互补，是新型能源体系的重要组成部分，对于提高可再生能源消纳比例和能源综合利用效率具有重要意义。
简述了综合能源多能互补系统的发展背景，重点从多能互补系统分析规划技术、协调优化控制技术、储能技术和能量管理技术等方面梳理了多能互补系统关键技术的研究现状，对我国多能互补系统的应用案例进行了分析，对多能互补系统技术的研究和发展趋势进行了展望。
关键词：综合能源系统；多能互补；多能流；协调控制；能量管理中图分类号：TM61；TK01 文献标志码：A0 引言党的二十大报告提出，要深入推进能源革命，加快规划建设新型能源体系。
新型能源体系是以清洁、低碳、可再生能源为基础，利用先进技术和系统来实现能源的高效利用和可持续发展的能源体系。
作为新型能源体系的重要组成部分，综合能源系统是一种新型能源供应和管理系统，具有源网荷储一体化、多能互补、供需协调等特点[1]，可以通过整合区域内不同形式的可利用能源，实现多种形式能量的协调优化和高效互补，提升可再生能源开发消纳水平和非化石能源消费比重，满足区域内终端用户对电、热、冷、气等多方面的能量需求，提高能源综合利用效率。
相较于单一的传统能源生产和应用模式，综合能源系统的关键特征在于多能互补，通过有机整合不同供能主体和不同能源形式，连通原本相互独立的能源孤岛，利用多主体、多能流之间的互补效应，平抑供需关系变化以及随机性能源接入带来的冲击，实现能源的削峰填谷和高效利用[2]。
2020年，国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、财政部共同发布《关于扩大战略性新兴产业投资，培育壮大新增长点增长极的指导意见》[3]，将综合能源系统的规划建设列为战略性新兴产业之一。
发展多能互补的综合能源系统是国家能源体系转型升级的战略需求。
能源行业智能化管理与运营效率方案
能源行业智能化管理与运营效率方案在当今全球能源需求持续增长、环境保护压力日益增大的背景下，能源行业正面临着前所未有的挑战和机遇。
为了实现可持续发展、提高能源供应的可靠性和稳定性，以及提升运营效率，智能化管理已成为能源行业的必然选择。
能源行业的智能化管理，是指利用先进的信息技术、数据分析和自动化控制手段，对能源的生产、传输、分配和消费等各个环节进行实时监测、优化和控制。
通过智能化管理，能源企业能够更加精准地掌握能源的流动和使用情况，及时发现问题并采取措施加以解决，从而提高能源的利用效率，降低运营成本，减少环境污染。
一、智能化管理在能源生产环节的应用在能源生产领域，智能化管理主要体现在对能源生产设备的实时监测和优化控制上。
例如，在火力发电中，通过安装传感器和智能监控系统，可以实时监测锅炉、汽轮机等设备的运行参数，如温度、压力、流量等，并根据这些参数对设备的运行状态进行评估和预测。
利用大数据分析和机器学习算法，可以对设备的运行数据进行深入挖掘，找出潜在的故障隐患，并提前制定维修计划，避免设备突发故障造成的生产中断和经济损失。
在风力发电和太阳能发电中，智能化管理的应用则更加广泛。
由于风能和太阳能的不稳定性，需要通过智能预测技术对风能和太阳能的资源进行准确预测，以便合理安排发电计划。
同时，利用智能控制系统对风力发电机组和太阳能光伏板进行优化控制，提高发电效率。
例如，根据风速和风向的变化，实时调整风力发电机组的叶片角度和转速；根据光照强度和温度的变化，实时调整太阳能光伏板的角度和输出功率等。
二、智能化管理在能源传输环节的应用能源传输环节是能源从生产地到消费地的重要环节，包括电力传输、油气管道运输等。
在这个环节中，智能化管理主要体现在对传输线路和设备的实时监测、故障诊断和优化调度上。
对于电力传输，通过智能传感器和监控系统，可以实时监测输电线路的电压、电流、功率等参数，以及杆塔、绝缘子等设备的运行状态。
利用数据分析和人工智能技术，可以对监测数据进行实时分析，及时发现线路的故障隐患，如绝缘子老化、线路短路等，并自动发出报警信号，通知运维人员进行处理。
华北电力大学 - 电气与电子工程 - 专家介绍
专家介绍1. 毕天姝，华北电力大学电气与电子工程学院教授，博士生导师，新能源电力系统国家重点实验室常务副主任，大学第四届学位评定委员会委员；兼任IEEE 高级会员，CIGRE B5.48工作组召集人、B5.40, B5.43工作组成员，Institute for Critical Infrastructures (CRIS)执行委员会委员，IET Renewable Power Generation Journal、International Journal on Power System Optimization、《电力系统保护与控制》、《电力系统及其自动化学报》编委会委员。
毕天姝教授长期从事电力系统保护与控制、广域同步相量测量技术及应用，故障诊断等方面的研究。
2005年入选教育部新世纪优秀人才，2012年获国家自然科学基金首届优秀青年科学基金资助，是国家“十三五”能源领域战略研究专家组成员。
近5年，主持国家973课题1项、863重大项目课题1项、自然科学基金重大国际合作项目1项等；作为项目组核心成员参加了国家自然科学基金重点项目、教育部长江学者及创新团队计划、高等学科创新引智计划（“111”计划）项目等；主持或参加横向项目20余项。
获省部级科技进步二等奖4项，三等奖2项。
授权国家发明专利9项；在国内外权威学术期刊与国际会议上发表SCI、EI收录学术论文80余篇，并且1篇论文获“第六届（2008年）中国科协期刊优秀学术论文二等奖”，1篇论文获首届《中国电机工程学报》百篇杰出学术论文称号。
2. 王飞，男，汉族，1973年8月出生，河北保定人，华北电力大学电力系统及其自动化专业工学博士（导师：杨奇逊、米增强教授），清华大学电机系博士后（合作导师：孙宏斌教授），华北电力大学电力工程系副教授，IEEE会员、中国电机工程学会会员，《中国电机工程学报》、《电力系统自动化》、《电工技术学报》、《太阳能学报》、《IET Generation, Transmission & Distribution》、《IET Renewable Power Generation》、《Energies》等国内、国际重要学术期刊特约审稿人，曾担任多个国际学术会议技术委员会成员与分会主席，主要从事光伏发电功率预测、电压无功协调优化、负荷预测与特性分析、智能电网能量管理与运行控制等方面的研究与教学工作。
能源互联网供能质量综合评估
能源互联网供能质量综合评估付学谦;孙宏斌;郭庆来;张秀容【摘要】由于现有算法的限制和约束,面向电力系统的电能质量评估方法不适用于含多种分布式能源的能源互联网.为了得到能源互联网综合质量情况,需要提出面向多种分布式能源的综合评估方法.基于国家电能质量、室内空气质量和污染物排放标准,提出了将动态权重函数、二维惩罚函数、突变决策理论和自组织特征映射网络用于能源互联网供能质量综合评估的应用思路.最后,采用2个算例验证了所提方法的有效性,并得到了能源互联网供能质量的综合指标数值和等级评估结果.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2016(036)010【总页数】7页(P1-7)【关键词】能源互联网;供能质量;二维惩罚函数;动态权重函数;突变隶属函数;自组织特征映射网络;综合评估【作者】付学谦;孙宏斌;郭庆来;张秀容【作者单位】清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,北京100084;清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,北京100084;清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,北京100084;北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TM730 引言2010年，山东大学于慎航等使用能源互联网的概念，定义了融合大量分布式可再生能源发电装置和分布式储能装置的配电网［1］。
但其提出的互联网概念，仍然局限于电能这一单一能源，具有一定的局限性。
中国电力科学研究院周海明等提出了能源互联网是多能源供给系统［2］，可以向用户供电、供热和供冷等。
即广义的能源互联网，可以包括热能、动能和化学能等其他形式的能源，融合了电力传输网、电气化交通网和天然气网等［3］。
电网的发展和互联网的发展是相互学习的过程，相比传统电网，能源互联网在拓扑结构上与互联网更加相似［4］。
文献［5］以北京延庆作为示范区，从能源生产、配送、消费、管理和运营4个方面设计了能源互联网的功能体系。
清华大学获国家技术发明奖项目一览表180225
清华大学获国家技术发明奖项目一览表180225清华大学获国家技术发明奖项目一览表20180225清华大学获国家技术发明奖项目一览表(1980-2017年) 序号项目名称奖励名称等级主要完成者完成单位/年度完成人所在单位国家技术发明奖二等金峰(1)，安雪晖(2)，周虎(3)，水利水电2017 工程系(1) 刘宁(4) 共6人共3个单位2. 电力线路行波保护关键技术及国家技术发明奖二等董新洲(1)，施慎行(2)，王宾(3) 电机系(1)2017 装置共4个单位共6人2017 3. 大型互联电网阻尼特性在线分国家技术发明奖二等闵勇，陆超，陈磊，韩英铎，徐电机系1. 堆石混凝土坝析与控制技术及应用飞4. 高性能锂离子电池用石墨和石国家技术发明奖二等康飞宇(1)，李宝华(3)，黄正宏深圳研究2017 墨烯材料材(4)，贺艳兵(5)，吕伟(6) 共6生院(1)，料学院人共3个单位 5. 滤波器专用项目 6. 广域宽带协同通信技术与应用国家技术发明奖二等曹必松(1)，魏斌(2)，郭旭波(3)，物理系(1)2017 共2个单位李宏成(5)，李博(6) 共6人2016 国家技术发明奖二等陆建华(1)，陶晓明(3)，冯伟(5) 电子系共6人共3个单位7. 支持服务创新的可扩展路国家技术发明奖二等徐恪(1)，尹霞(2)，吴建平(5)，计算机系2016 交换关键技术、系统及产业赵有健(6) 共6人共3化应用个单位8. 燃煤烟气选择性催化脱硝关国家技术发明奖二等李俊华(1)，郝吉明(2)共6人环境学院2015 键技术研发及应用共5个单位9. 面向社区共享的高可用云存国家技术发明奖二等郑纬民，武永卫，舒继武，余计算机系2015 储系统宏亮，陈康，姜进磊10. 高能效动态可重构计算及其国家技术发明奖二等魏少军(1)，刘雷波(2)，尹首一微电子所2015 系统芯片关键技术(5)共6人共4个单位计算机系2015 11. 机载系统综合化的关键技术国家技术发明奖二等朱纪洪(1)，刘凯(6)共6人及装置专用项目共4个单位钱可元(2)，韩彦军(3)，电子系2014 12. 调控光线行为的三维自光国家技术发明奖二等罗毅(1)，学曲面构建及其在半导体照明中的应用李洪涛(5)共6人共2个单位环境学院2014 共3个单位土木系2014 13. 有机废物生物强化腐殖化及国家技术发明奖二等岳东北(2)，聂永丰(5) 共6人腐植酸高效提取循环利用技术14. 非水反应高聚物注浆防渗加国家技术发明奖二等魏亚(5) 共6人序号项目名称奖励名称等级主要完成者完成单位/年度完成人所在单位共4个单位固成套技术及装备2013 15. 大型结构与土体接触面力学国家技术发明奖一等张建民，张嘎，胡黎明，侯文水利系试验系统研制及应用峻，冯大阔，张雷2013 16. 基于行驶环境感知与控制协国家技术发明奖二等李克强，王建强，罗禹贡，李汽车系同的汽车智能安全新技术及升波，郑四发，杨殿阁应用17. 下一代互联网4over6过渡技国家技术发明奖二等吴建平(1)，崔勇(2)，李星(3)，计算机系2013 术及其应用徐明伟(4) 共6人共3个单位建筑学院2013 18. 基于吸收式换热的集中供热国家技术发明奖二等付林(1)，李岩(5) 共6人技术国家技术发明奖二等高钟毓(1)，韩丰田(2)，吴爱萍(3)，李冬梅(4)，齐京(6) 共6人20. 立体视频重建与显示技术及国家技术发明奖一等戴琼海(1)，季向阳(2)，刘烨斌装置(3)，曹汛(4) 共6人19. 航海陀螺仪及其制造技术21. 大跨建筑钢-混凝土组合结构国家技术发明奖一等聂建国(1)，樊健生(2)，陶慕轩新技术及其应用(3)，温凌燕(5)，卜凡民(6) 共6人22. 微结构化工传质设备及其工国家技术发明奖二等骆广生(1)，吕阳成(2)，王玉军业应用共4个单位精仪系2013 共2个单位自动化系2012 共3个单位土木系2012 共2个单位化工系2012 (3)，王凯(4)，徐建鸿(5) 共6共2个单人位2012 23. 交流电机系统的多回路分析国家技术发明奖二等王祥珩，王维俭，王善铭，桂电机系技术及应用林，孙宇光，毕大强2012 24. 面向海量用户的新型视频分国家技术发明奖二等尹浩(1)，邱锋(2)，林闯(3) 共信研院发网络6人共3个单位2012 25. 先进空间光学姿态敏感器技国家技术发明奖二等尤政，邢飞，张高飞，陈非凡，精仪系术丁天怀电子系2012 共3个单位化学系2011 共3个单位精仪系2011 共3个单位计算机系2011 孙长征(2)，熊兵(3) 共26. 高速分布反馈半导体激光器国家技术发明奖二等罗毅(1)，及其与电吸收调制器单片集6人成光源，段炼，27. 有机发光显示材料、器件与国家技术发明奖一等邱勇工艺集成技术和应用王立铎，张德强共6人，王晓峰共628. 基于微纳米技术的新型超级国家技术发明奖二等尤政电容器及其实现人，刘永进，29. 特征敏感的三维模型几何处国家技术发明奖二等胡事民序号项目名称奖励名称等级主要完成者完成单位/年度完成人所在单位理技术及应用张国鑫共6人共3个单位，殷柳国，詹航院2011 30. ****LDPC编码技术与应用国家技术发明奖二等陆建华亚锋，裴玉奎共6人共3个单位2010 31. 大型装备缺陷辐射检测技术国家技术发明奖一等康克军，林郁正，刘以农，胡工物系海峰，李元景，程建平32. 城市客车多能源一体化混合国家技术发明奖二等欧阳明高，陈全世，卢青春，汽车系2010 动力系统及其系列化车型应张俊智，李建秋，高大威用双折射和光国家技术发明奖二等张书练，刘维新，宗晓斌，张精仪系2010 33. 光学元件内应力、学波片相位延迟测量的新原毅，金国藩理和仪器2010 34. 运动汽车噪声综合识别及控国家技术发明奖二等连小珉，郑四发，杨殿阁，罗汽车系制技术禹贡，李克强，王建强高储国家技术发明奖二等唐国翌共6人深圳研究2010 35. 耐高温相变材料微胶囊、热量储热调温纤维及其制备生院技术共4个单位，张永红共6人医学院2010 36. 小动物多模态光学分子影像国家技术发明奖二等白净成像方法与系统共2个单位膜组件及其国家技术发明奖二等陈翠仙，李继定，蒋维钧，张化工系37. 渗透汽化透水膜、2009 应用技术立平，秦培勇38. 微波通信用高温超导接收前国家技术发明奖二等曹必松，张晓平，魏斌，郭旭物理系2009 端波，郜龙马，朱美红建筑学院2009 39. 适用于西部干燥地区的间接国家技术发明奖二等江亿，于向阳，谢晓云蒸发冷水机40. 三维协调的新一代电网能量国家技术发明奖二等张伯明，孙宏斌，吴文传，郭电机系2008 管理系统关键技术及应用庆来，汤磊，王鹏材料系2008 41. 纳米晶磷酸钙胶原基骨修复国家技术发明奖二等崔福斋冯庆玲材料李恒德俞兴蔡强共2个单共6人位42. 基于网络融合的流媒体服务国家技术发明奖二等戴琼海，陈峰，刘烨斌，杨敬自动化系2008 新技术钰，徐文立，尔桂花43. 高效利用反应热副产工业蒸国家技术发明奖二等宋耀祖(2) 张冠忠(6) 共6人航院(2)共2008 汽的热法磷酸生产技术4个单位44. 血管抑制剂抗肿瘤新药的药国家技术发明奖二等付彦(5)共6人物设计、千克级制备技术及临床应用45. 防止配电网雷击断线用穿刺国家技术发明奖二等何金良(5) 共6人型防弧金具、箝位绝缘子和带间隙避雷器46. 专用项目国家技术发明奖二等彭应宁共4人生物系(5)2008 共5个单位电机系(4)2008 共4个单位电子系2007 共2个单位共3个单47. 中高频声表面波关键材料及国家技术发明奖二等潘峰曾飞李冬梅材料系2007 应用研究共6人序号项目名称奖励名称等级主要完成者完成单位/年度完成人所在单位位48. 正交偏振激光器及基于其振国家技术发明奖二等张书练李岩金国藩韩艳梅精仪系荡特性的精密测量仪器化空气处理装置及其系统统及其应用郭继华拴强谢晓云明杨福源共6人共3个单位2007 49. 溶液式带有全热回收的模块国家技术发明奖二等江亿李震陈晓阳刘晓华刘建筑学院2007 50. 车用柴油发动机新型电控系国家技术发明奖二等欧阳明高李建秋周汽车系2007 51. 系统化生物芯片和相关仪器国家技术发明奖二等程京邢婉丽黄国医学院2007 设备的研制及应用亮共6人共2个单位52. 激光合成波长纳米位移测量国家技术发明奖二等李达成共6人方法及应用53. 基于行波原理的电力线路在国家技术发明奖二等董新洲共6人线故障测距技术54. 虫类药超微粉碎技国家技术发明奖二等盖国胜共6人术及应用精仪系2007 共2个单位电机系2007 共4个单位材料系2007 共2个单位55. 时域同步正交频分复用数字国家技术发明奖二等杨知行杨林龚克潘长勇电子系传输技术(TDS-OFDM 材料其关键技术研究58. 陶瓷胶态成型新工艺董弘吴佑寿2005 2005 2004 马振伟桂治轮宋宇宁魏强国家技术发明奖二等黄勇杨金龙谢志鹏马利国材料系马天周龙捷59. 基于索普卡网络结国家技术发明奖二等张尧学⑴周悦芝⑵彭玉坤⑸计算机系2004 构的索普卡电脑王勇⑹共6人共2个单位60. 先进制造中空间几何尺寸测国家技术发明奖二等殷纯永(精仪系)⑵郭继华(物精仪系/物2004 量的现场校准方法和装置理系)⑸共6人理系⑵共2个单位61. 高放废液全分离流程萃取设国家技术发明奖二等于文东周嘉贞刘秉仁备(核用离心萃取器)研究全数字电子衡器的研究与产吴秋林段五华宋崇立(4)王晓红(6)共6人62. 石英数字式力传感器及系列国家技术发明奖二等冯冠平(1)朱惠忠(2)董永贵核研院精仪系(1) 2003 共2个单200356. 高性能低温烧结软磁铁氧体国家技术发明奖二等周济王晓慧岳振星李龙土材料系57. 基于MEMS的载体测控系统及国家技术发明奖二等周兆英朱荣熊沈蜀王晓浩精仪系2005 序号项目名称奖励名称等级主要完成者完成单位/年度完成人所在单位业化63. 生物塑料PHBHHx 的研制与开国家技术发明奖二等陈国强陈金春吴琼发系列SDH专用芯片与系统65. 钴-60数字辐射照相集装箱检测系统66. 清华系列绿色制冷剂曹竹安胡平张增民晓懿国家技术发明奖二等安继刚周立业邬海峰吴志芳向新程王立强国家技术发明奖二等朱明善史琳韩礼钟赵晓宇叶茂段远源67. 遥感卫星中频通用接收解调国家技术发明奖二等杨知行郭兴波潘长勇系统68. 复合斜孔塔板69. 面向ISDN的并行多功能单板智能交换器70. 微小型泵及其制造测试技术研究71. 从高放废液中去除锕系元素的中国TRPO流程72. 程控/手动单模可调谐外腔半导体激光器73. YHG系列水平轴转刷曝气机74. 高灵敏度、高温全息云纹光栅75. 多重优化分配泵浦掺饵光纤放大器系列76. /S 比特误码测试系统77. 高性能铁电压电陶瓷材料组成及低烧技术78. 非接触式激光调频光纤位移测量仪79. 电脑控制无位置传感器无刷直流电动机80. NGY-2型纳米级润滑膜厚度测量仪81. 单片机智能模块式变电站监国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖党小川阳辉吴佑寿位生物系/化2002 工系2002 2000 2000 2000 1999 64. 统计预测时钟恢复技术及其国家技术发明奖二等曾烈光王瀚晟金德鹏秦电子系核研院热能系电子系三等段占庭彭建军周荣琪刘化工系瑞禧三等刘斌(1)李海萍(3)马瑛君(4) 计算机系1999 叶航军(5)崔勃(6)共6人四等周兆英杨岳叶雄英李勇熊沈蜀王晓浩二等朱永贝睿宋崇立焦荣洲核研院王建晨粱俊福刘秉仁三等张汉一潘仲琦周炳琨电子系杨今强毕可奎三等钱易陈吕军沈英鹏环境系胡纪萃汪诚文三等戴福隆谢惠民石玲卿新林力学系邹大庆王国韬三等彭江得刘小明唐平生姜新电子系范崇澄周炳琨三等杨知行阳辉柴燕杰姚彦电子系二等桂治轮李龙土张孝文王雨材料系孙红飞高素华三等田芊章恩耀徐左郑刚精仪系李达成梁晋文三等李树青吴伯新陈计算机系1996 永康方棣棠共6人三等温诗铸黄平雒建斌邹茜精仪系孟永钢四等黄慎仪胡家为齐联徐祖能清华大学1996 1996 1996 1997 1996 1997 1997 1998 1998 1998 共3个单位精仪系1999序号项目名称奖励名称等级主要完成者完成单位/年度完成人所在单位控系统82. 内弯弧形筋片扁环填料83. 光/热效应型光盘读、写、擦除技术及系统84. 制造陶瓷核燃料UO2微球的全胶凝工艺85. 激光扇面法直接实时测量侧滑角的方法和系统86. 双一次风通道通用煤粉主燃烧器87. 阳极氧化制造可膨胀石墨技术88. 镜板平面度测量仪89. 温度补偿型光频分复用鉴频器90. 运动姿态测量方法及装置91. 旋涡内分离循环流化床锅炉92. 新型反射式声显微镜93. 高双折射光纤拍长测试装置94. 高能等离子喷涂厚陶瓷涂层技术95. 具有交互和自学功能的脱机手写汉字识别系统和方法96. 磁盘盘片平面度测量仪97. 并联柴油发电机组的电压、转速和均分功率的最优控制系统98. SCD-2双差动声光频移二维国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖马建成张文奎清紫光集团1996 四等费维扬温哓明房诗宏张宝化工系二等徐端颐潘龙法周精仪系1995 兆英陆达裴京共2个单位共6人三等徐志昌张萍唐亚平张富宏核研院1995 三等李达成孙培懋季精仪系(2)1995 仰东\’ 张中华\’ 郭继光\’ 马等彬\’ 四等傅维镳何裕昆周明力学系1995 德唐林韩洪樵共2个单位共6人三等刘秀瀛沈万慈康飞材料系1993 宇刘英杰李友国共2个单位共6人四等刘兴占梁晋文何真周炳琨三等殷纯永宋云峰梁晋文郭继精仪系华沙淑华三等曹柏林(1)吴学安(5)共6人热能系1992 共2个单位三等陈戈林胡思正罗淑云李德电子系杰申忠明张克潜三等廖延彪陈国霖吴庚生王杰共6人共6人电子系共2个单位共2个单位四等曹芒李达成王佳赵洋张恩精仪系耀四等王仲鸿吴壬华韩英铎王敏刘文华四等沈熊于和生王宗森力学系1992 电机系1992 1992 1992 三等张冠忠赵文华贺勇力学系1992 四等夏莹吴志彪王世琴计算机系1992 1992 1992 精仪系1993 1993 四等张汉一柴燕杰谢世钟孙波电子系序号项目名称奖励名称等级主要完成者完成单位/年度完成人所在单位激光多普勒测速仪99. 计算机磁盘精密带式振动研抛机100. 大速差同向或旋转射流火焰稳定方法及通用煤粉燃烧器101. 减小抖动正码速调整技术及其新型复接设备102. 超大规模集成电路高温快速热处理技术与设备103. 反应堆控制棒步进式水力驱动系统104. 语音输入电话自动查号系统国家发明奖国家发明奖国家发明奖二等钱佩信侯东彦陈必贤林惠旺马滕阁李志坚二等吴元强王大中胡月东董铎三等胡起秀方棣棠蔡莲计算机系1990 红吴文虎共5人105. 二异辛基硫醚萃取金、银的工艺106. 切削过程声发射刀具监视(控)装置与方法107. 测量高温下材料力学性能的光学装置108. 火焰稳定船式直流煤粉燃烧器109. 用于云纹干涉法的闪耀衍射光栅及其试件栅的制备工艺110. 高耐磨性、高韧性复合Si3N4陶瓷刀具111. 一种微机化现场动平衡仪112. 具有新型选择性吸收涂层与连集管的玻璃真空管太阳能集热管113. 同位素数字直读式厚度计114. 超声多普勒牲畜妊娠检诊仪115. 新型中碳和中高碳空冷贝氏体钢116. 塔型立构件在萘氧化制苯酐国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖三等王泽民四等沈以鸿(2)共2人核能所共2个单位二等方鸿生郑燕康陈秀机械系1987 云赵如发共6人共5个单位二等金涌俞芷青张礼化工系1987 1988 电机系(2)1988 国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖四等傅承诵戴福隆共3力学系1989 人衷待群江作昭刘兆男4人三等殷志强吴家庆史月艳王凤春共2个单位仪系共2个单位电子系1988 二等苗赫濯马德金罗振壁材料系/精1988 三等韦文林严普强共精仪系(1)1988 国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖四等席德立华亭亭廖史书唐晋赵义云丛进阳四等张伯鹏罗振壁徐家球郑力汤晓薇四等金观昌章伟宝共3力学系1990 人二等徐旭常王云山金茂庐共2个单位热能系1989 精仪系1990 共2个单位化工系1990 核能所1990 微电子所1990 国家发明奖国家发明奖国家发明奖四等王先逵段广洪雷源忠精仪系郑维智罗以松朱企业二等傅维镳韩洪樵共8力学系1990 人二等曾烈光冯重熙电子系1990 共5个单位1991 序号项目名称奖励名称等级主要完成者完成单位/年度完成人所在单位硫化床反应器中的应用117. 模型法码速调整数字复接技术及其复接器118. 双床沸腾炉119. 造型材料发气性测试方法及仪器120. 低温烧结PZT陶瓷及独石压电陶瓷变压器121. 两自度肌肉电控制前臂假肢122. 自存贮液晶大表格汉字、字符显示装置123. 引射式平焰烧嘴124. 硫化床燃烧脱硫剂125. 旋启式水阻可控缓闭止回阀126. 三自度支撑系统扇叶动平衡机127. 铁红金圈结晶釉国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖国家发明奖共5人二等曾列光冯重熙三等张绪袆(1)胡震岗(5)共5人三等余笃武于震宗共2个单位电子系1987 热能系(2)1987 共2个单位机械系1987 1987 三等李龙土邓维体张孝文化工系刘玉顺孙红飞三等张济川黄靖远林喜精仪系1987 荣严普强付春林。
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智能家庭
智能园区 可再生能源基地 13
关键技术5：基于自律协同架构的EMS家族
N-EMS
G-EMS
W-EMS
P-EMS
S-EMS
D-EMS
C-EMS μ-EMS
CHP-EMS ST-EMS
F-EMS
B-EMS
H-EMS
14
目录
背景与挑战 研究内容 已有研究
15
已有研究1
含风光储冷热电联供家庭/微网能量管理建模和优化研究
• 安全评估指标体系
不同网络安全控制协调策略 •
• 考虑互动负荷 • 安全分析高效求解算法
热力网 交通网
信息网
燃料网 电力网
物理信息系统联合安全评估
基于稀疏技术的高效算法 • 物理信息系统故障建模 •
物理信息系统故障影响评估 •
关键技术3：能源互联网优化调度与协调控制
• 综合能源网络最优潮流 计算（燃料-热力-电力）
电制氢
储气
电力 如何EMS推广到多能流耦合网络？
锅炉
热力
循环泵
热泵
储电
储热
挑战2——终端用户广泛参与
区域
区域
光面伏向海量用户能量管理谁来做？在哪做？
电站
智能 家庭
智能 楼宇
风电场
核电厂
智能 工厂
…… 火电厂
5
挑战3——自由多边的互联网架构
提供类似Internet的体验 大一统的集中式能量管理架构能难源以路为由继器？
• 不同系统的协调优化控 制方法和策略
燃料网 信息网
热力网
• 电热耦合联合优化调度 • 计及负荷响应特性的电
热联合优化运行 • 计及供热系统热惯性的
风电消纳优化控制
• 考虑带宽约束的网络 拓扑优化
• 信息可靠性的改善
电力网
• 加油站/加气站/充电站 的混合选址
• 智能交通系统
交通网
• 计及电网-交通信息的充 电导航
40
CCHP产 生 余 热 量
余热锅炉补燃产生热量
供热分配到的余热量
30
供冷分配到的余热量
补燃热量用于供热
补燃热量用于制冷
20
10
0
-10
-20 0
5
10
15
Hale Waihona Puke 2025Time热负荷供给组成(夏)
25
20
15
10
5
热电联合优化消纳的可再生能源
冷热电独立优化消纳的可再生能源
冷热电联合优化消纳的可再生能源
G YintianF01
F24-4 F24-5
F24-3 F24-6
F1-3
F1-2
F1-5 F1-4
F1-1
G BinheF1
YF13-17
YF13-16
YF13-15
YF13-20
YF13-19
YF13-18
YF13-22
电力网
可控 负荷
热电耦合
• 考虑分布式发电的电网建模 • 微电网内部和对外等值模型 • 考虑出力不确定性的潮流计算 10
关键技术2：能源互联网在线安全评估
能源互联网在线安全评估
能源互联网安全控制策略
• 安全评估框架和预想故障集选取 • 耦合系统相互影响机理分析
综合能源网`络灵敏度分析 • 安全控制模型及求解算法 •
F24-6
YF13-4
YF13-6
YF13-7
YF13-8
YF13-9
YF13 -10
YF13-11
F1-10
F24-7 F24-9
F24-8
YF13-13
YF13-12
F1-13
YF13-14
F65-6
F65-7
F65-8
F1-6
F01-1
F65-9 F65-10
F16-4 F16-3
F01-2
F16-1
分布式发电 自由接入 信息对等
6
三大挑战
挑战1-不同形式能源互联 挑战2-终端用户广泛参与 挑战3-自由多边的互联网架构
7
目录
背景与挑战 研究内容 已有成果
8
能源互联网EMS共性结构
其他EMS家族成员 互动
EMS
EMS家族成员
调度计划
安全评估
协调控制
感知
建模
所管辖能源互联网 9
关键技术1：多能流状态感知与在线建模
0
0
5
10
15
20
25
可再生能源Time 消纳(冬)
16
P/k W Q/kWh P/k W
已有研究2
电热耦合网络综合建模和多能流计算
热电耦合(CHP)
电力网络 供热网络
电热耦合网络
功率(MW) 流量(m/s)
热网管道10断开:电网线路功率
4
0.6
分开分析
联合分析
3
0.4
0.2
2
热网管道10断开:热网流量
• 计及未来负荷的充电优化 • 风电-电动汽车互补优化 • 充电站选址与优化
• 面向减小不确定性的不同形式的可再生能源联合并网发电
• 含负荷参与的电力系统多时间尺度优化调度方法
• 面向高效利用可再生能源的电力市场机制设计
12
关键技术4：基于云端的多终端用户综合 能量管理服务(service)
云端能量管理服务
已有研究3
电热耦合网络相互影响机理和安全评估
ShixiaF65 G
F65-1
F65-2
F65-4
F65-3
F65-5
F1-9 F1-8
F1-7
F1-12 F1-11
GangxiaF24 G F24-1
YayuanF13
G YF13-1
YF13-2
YF13-5
YF13-3
F24-3 F24-5
F24-2 F24-4
能源互联网的能量管理与运行控制
张伯明课题组
目录
背景与挑战 研究内容 已有成果
2
能源互联网
能源
电、热/冷、天 然气、风…
互联
Internet 架构与体验
网
终端用户 广泛参与
不同形式 能源互联
能源的转换
能量的管理
燃气 电力 热力
不同空间 能源互联
能源的传输
3
挑战1——不同形式能源互联
燃气
燃气轮机
热电联产
• 信息-物理系统网络接口的确定与建模 • 基于运行评估需求，建立信息系统等值模型
信息网
• 燃料网稳态建模(气/油/煤…) • 燃料网暂态建模仿真
燃料汽车 • 交通网拓扑建模
• 基于交通数据的驾驶行为分析
负荷
燃料网
交通网
组成 元素
燃烧锅炉
状态估计 多能流计算
电动汽车
热源
热力网
• 热力管网(准)稳态建模 • 建筑物热动态建模和分析 • 热力系统热惯性建模和化简
PCC 电储能装置 光伏发电 风力发电
冷系统
冷储能装置
电冷转换设备
天然气 CCHP冷热电联供
电系统 用户1
电热转换设备 热储能装置
……
用户2 ……
热系统
含风光储冷热电联供家庭/微网架构
40 冷负荷
CCHP冷 出 力
30
冷储能蓄冷
冷储能放冷
电冷转换
20
10
0
-10
-20 0
5
10
15
20
25
Time
冷负荷供给组成(夏)
分开分析 联合分析
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
1
2
3
4
5
6
7
8
电网线路编号
1
0
-1
-2
0
5
10
15
20
25
30
热网管道编号
热网管道10开断时分开分析和联合 分析电网和热网能流区别
电网 潮流 计算
耦合 元件 约束
热网 热流 计算
热源计算
水力计 算
水力计 算
供水热 力计算
回水热 力计算
负荷计算
电热耦合网络模型和多能流计算 17