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摘要：随着社会的发展和经济水平的提高。为了充分消纳清洁能源、提高能源利用效率，综合能源系统的概念应运而生，相较于传统的能源单级利用形式，综合能源系统对电力、冷热和天然气等多种形式能源进行多级利用，通过多能互补提高综合能源利用效率。但是综合能源系统由于系统间耦合紧密，能源流动变化复杂，在优化运行方面相较于传统电网有较大差别。
关键词：综合能源系统；优化运行；研究现状；展望
引言
能源是社会和经济发展的动力和基础。由于传统化石能源日益枯竭，提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的综合利用成为解决社会经济发展过程中的能源需求增长与能源紧缺之间矛盾的必然选择。近年来，许多国家将综合能源系统(integratedenergysystem，IES)作为未来的发展战略。
1综合能源系统优化运行研究现状
现阶段，随着电网清洁化以及智能化的高速发展，配电网逐渐呈现分布式电源以及微电网的发展趋势，对于不同的类型的规划方式也具有一定的差异。而基于规划对象分析，重点分析在区域中综合能源系统的合理优化，以及配电网的扩展分析。在整体上来说，一些学者在研究中综合分析了分布式电源模式，通过对控制电源调节有载调压变压器以及分接头、调节无功补偿等方式进行管理。规划配电网系统。一些学者通过三角模糊数分析存在的不确定特征，构架建立网架规的方式，通过模糊期望的优化模型对线路新建成本与电网运行损耗费用进行了分析。多数的学者在研究中主要对分布式的电源以及微电网配电网规划、综合能源系统进行了优化分析。在配电网中含有RIES的时候，要基于内部为基础，重点分析RIES运行产生的各种影响，进而实现不同能源之间以及供需之间的协调互补，进而减少电网规划总成本，提升系统能源的利用效率，提升新能源的消纳率。
2综合能源系统研究方向展望
2.1综合能源系统建模理论
计及复杂约束的综合能源系统建模理论的研究刚刚起步，还有大量问题值得深入研究，如：如何对各能源的产生、传输、转化、储存和消费等环节进行统筹协调，建立含终端能源枢纽和外部能源供应网架的综合能源系统模型；如何基于凸优化技术，对原复杂非线性的气网模型进行严格凸化松弛，构建考虑气网稳态、动态特性的综合能源系统综合模型。
2.2目标函数
IES中的不确定因素影响着IES运行的经济性，如当风电出力高于预期或者低于预期时，短时间内能量平衡被破坏，机组需要调整有功功率来维持电功率平衡。由于热电联产机组存在电热耦合，这样的调整又会导致热功率发生变化，导致锅炉或者储热设备需要做出相应的调整，来维持热量的平衡，这样的调整操作会增加设备的维护成本。进一步的，当IES的调节能力不足时，会导致系统失负荷，或者产生弃风弃光，因而产生相应的惩罚费用。考虑以上风险成本的IES优化调度目标函数主要分为4部分：用能预期费用、设备调整费用、失负荷惩罚费用、弃风弃光惩罚费用。
2.3规划思路
随着在地理上形成的区域综合能源系统（RIES）不断增加，在其转向能源互联网的建设中，要对现有的配电网络系统进行规划分析，提出严格的要求，充分利用RIES可以进行多能互补的优势特征，探究分析RIES规划方式，可以保障其满足负荷增长以及促进资源的优化方式。而基于能源生产为关键、探究转换、存储、使用等不同系统，通过分析不同能源设备与需求响应负荷中与RIES的关系，探究在RIES系统中，相关能量系统之间的合理转换。根据具体的能源产生模式、转换类型、存储模式与使用角度系统分析，构建含光伏电源(PV)、风电机组(WT)、电动汽车(EV)、电转气(P2G)、热电联产(CHP)、燃气锅炉(GB)、储气(GS)、吸收式制冷(AR)、电制冷(ER)等相关能源设备，重点分析在电力需求响应负荷中存在的RIES模型系统，了解位于RIES系统相关能量的转换关系语态整。
在多代理系统的支持之下，通过主管层、区域层以及设备层构建一个三层交互结构，进而实现对配电网以及不同能源设备的有效信息传递，构建三层交互结构模式，构建RIES优化运行模式，通过双层优化模型，基于RIES网架规划为基础，进行研究，基于规划总成本以等作为主要目标合理规划配电网。通过在下层中，根据区域能源利用状况，基于效率、新能源消纳率等为基础，探究在不同领域与场景中RIES优化运行仿真系统，构建上下层模型。
2.4多能耦合机组模型
研究的多能耦合机组主要是由热电联产机组、电锅炉以及燃气锅炉构成。其中，热电联产机组消耗天然气并转化产生热能和电能；电锅炉消耗电能并转化产生热能；燃气锅炉消耗天然气并转化产生热能。目前多数研究均将此类机组数学模型抽象为能量效率转换模型，对多能流间的耦合转换提供了较好的数学表达形式，也便于求解。
2.5综合能源系统的风险调度
风险调度旨在降低高危场景风险水平，保障电力系统的安全可靠运行。目前，国际上对综合能源系统的风险评估和风险调度理论方法研究仍处于起步阶段，相关的研究领域还有以下工作值得开展：①如何综合考虑电力‒天然气‒热网能量流的损失，对综合能源系统进行整体的风险分析，构建合理的风险评估指标；②如何面对多重不确定性因素，制定鲁棒的综合能源系统日前风险调度策略，提升风险预控手段的安全性；③如何制定快速有效的事后校正策略，降低高危风险场景的运行风险。
2.6基于多代理系统的分层交互结构
①主管层，主管层属于一种上层代理，主要的责任就是表示配电网。在工作中其主要工作内容就是制定区域激励信号、传递信号。根据不同区域中红不同的RIES，进行自治优化，确定具体的电量需求与新能源的新数量，在综合具体节点中电流需求数值合理配置电网扩展规划，在规划中要实现总成本最小化，也可以保障系统的安全性、可靠性。②区域层，这是中间层。其主要的责任就是代表RIES，在运行中要接受并且响应来自上层配电网中发送的相关激励信号，对区域中不同设备进行分析，了解其特征与负荷响应参数。根据状况执行内部的多能互补，提升能源利用质量与效果，实现新能源消纳率的醉话，进而保障其满足实际需求，在根本上保障供需平衡。③设备层，属于最下层。主要涵盖了在RIES中的设备，通过执行RIES控制指令信息，根据设备运行状况及时传递相关参数信息，进行新能源参数、防电功率等信息的传递，实现优化目标，满足设备运行中的实际响应需求。
2.7运行决策规划
此类平台主要用于优化IES的运行和调度，其对系统进行短期内的运行仿真，系统模型规模大于系统仿真分析所应用的系统规模。COMPOSE、eTransport、DER-CAM、HOMER、CloudIEPS可以提供该功能。该平台针对已经建成的能源系统，将能源系统的运行维护成本考虑在内，更加精确地为能源系统提供最佳的运行策略。COMPOSE以小时作为计量步长对系统进行决策优化，在能源需求、运行/维护成本、机组容量、能源市场的确定性预测约束下，通过最小化每年热、冷生产的经济成本确定电厂的最佳运行策略。
结语
综合能源系统能提高能源利用效率和可再生能源的消纳能力，但是其高度耦合的特性给综合能源系统的调度运行带来了困难。结合国内外最新的研究进展，介绍了综合能源系统的基本组成，分析了电力、天然气、热力网络潮流的建模方法，分类总结了考虑不同因素的优化运行方法，分析了现有方法的优缺点和难点。最后指出了未来综合能源系统研究可从建模理论、优化方法和风险调度等方面开展工作。
参考文献
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