综合能源系统

把碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局，以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键，构建以新能源为主体的新型电力系统，是新时期党和国家赋予能源领域的重要使命。建设多能互补综合能源系统，就是以“横向多能互补、纵向源网荷储协调”的核心思想和综合化的发展理念、智能化的发展手段、准中心化的发展模式，保障以新能源为主体的新型电力系统高质量构建，推动我国能源系统清洁化转型的同时兼顾能源供应的可靠性和经济性，最终实现全社会、全产业链的经济脱碳与安全脱碳。

为了促进多能耦合互补和实现可再生能源就地消纳，综合能源系统已成为多领域的研究热点。考虑到能源设备及网络的多样性、复杂性以及多种能源时间尺度的差异性，根据能量平衡原理，对系统内具有可调特性的源、网、荷进行储能化建模，并构成虚拟储能系统参与到综合能源系统的优化调度中。为了准确把握虚拟储能的研究重点，首先介绍了虚拟储能的定义、逻辑架构和技术内涵；其次针对综合能源系统源、网、荷端设备或网络，总结和归纳了4种虚拟储能建模方法和特性指标；然后重点分析了虚拟储能在4种典型场景的具体应用；最后展望了虚拟储能未来的发展方向。

在“双碳”目标下，大力发展风、光等新能源是我们明确的方向。当前，电力供给侧和需求侧体现出“双随机”特征，给电力保供工作、系统经济高效运行等带来了严峻挑战：一方面，波动性和间歇性较强的风、光发电在电源结构中的比例持续增长，供给侧随机性日益凸显；另一方面，终端电气化水平提升与新型负荷不断涌现，例如电动汽车、数据中心、负荷聚合商、综合能源系统等新业态用户的出现，导致需求侧的随机性越发显著。

在国标委、国家电网公司的指导和支持下向IEC TC8提出、并发布了该国际标准。该标准适用于规范分布式电源接入配电网的规划、设计、运行和并网等需求，包括一般需求、并网方案、开关选择、正常运行范围、抗扰动能力、有功无功响应、电能质量、接口保护、监测控制和通信等。该标准是首个分布式电源并网相关的IEC国际标准，充分反映世界范围内分布式电源技术进步和各国对分布式电源的并网技术需求，标准的编制和发布受到IEC TC8电能供应与系统技术委员会和IEC管理层的高度肯定，并获IEC卓越贡献奖。该标准的发布主要意义在于：以此标准为基础，构建了国际电工委员会分布式电源并网标准体系，解决IEC相关标准不一致的难题；该标准反映了分布式电源并网的最新技术发展和并网准则，将极大提升我国分布式电源并网技术水平，促进分布式电源产品的国际贸易；成立了IEC JWG10分布式能源与电网互联技术标准联合工作组，为推进我国综合能源系统后续 标准国际化工作打下了良好基础。标准编制工作组解决分布式电源类型多、技术发展快、标准复杂度高、不同国家和团体标准规定和诉求异同等诸多难点，主要创新点如下：提出了以响应时间为主要参数的分布式电源中低压动态无功支撑能力的技术要求，解决了分布式电源无功特性各异与配电网无功电压调整需求的矛盾；首次提出了接入中压配电网的分布式电源高电压穿越的技术要求，解决了配电网的过电压导致分布式电源频繁脱网的难题；提出了考虑多类型分布式电源不同频率、容量和互联电压等级的分布式电源并网规则，增大分布式电源可用容量提供了信息和数据保障。该标准发布后，欧盟和意大利、法国等采用该标准并进行了相应标准的修订，主要技术规定与本标准一致。美国IEEE 1547分布式电源互联技术标准与本标准的差异主要是：本标准对分布式电源并网容量和频率适应性规定较IEEE1547适应性更好；本标准对一定容量的分布式电源并网无功支撑进行了规定；本标准对高低电压穿越能力进行了规定；本标准依托IEC电能质量系列标准基础上，对电能质量进行了全面规定；受本标准工作组范围限制，只对通信接口和接口安全性提出了技术要求，未涉及信息模型。截止到2018年底，本标准的制定带来的直接经济效益1.8亿元，间接经济效益55亿元。相应节约42.6万吨标准煤，减少污染排放35.36万吨碳粉尘、129.6万吨CO2。

综合能源仿真与测试平台是中国电力科学研究院有限公司开发的面向综合能源系统仿真与硬件测试服务的平台系统，该平台面向园区、工业企业、建筑楼宇等用能场景，提供集物理模拟、数字仿真、实物验证于一体的在线闭环仿真能力。为综合能源系统的规划设计、优化运行、智慧运维、辅助服务、技术装备研发等提供全过程仿真能力支撑。适用于新建或改造综合能源服务项目详细设计，以及科技项目研究，有力支撑综合能源服务。

园区是我国产业聚集、工业化、城市化的重要载体，其绿色低碳发展是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的重要抓手。2021年，国务院发布《2030年前碳达峰行动方案的通知》，强调要“打造一批达到国际先进水平的节能低碳园区”，“建设绿色工厂和绿色工业园区”，“推进产业园区循环化发展”等。

随着人工智能技术特别是强化学习在能源优化调度领域的深入研究，将系统状态表示为向量用于学习的模式，其训练效率与信息利用率较低。针对这一问题，提出了一种融合图神经网络模型与强化学习的综合能源系统优化调度方法。首先，将电-热-气综合能源系统建模为图结构数据，充分利用系统的拓扑信息。其次，提出了基于图神经网络架构的强化学习模型，使其可以充分利用图结构信息实现更快的训练速度，获得更大的探索空间。最后，将表示系统状态的图结构信息送入该模型进行训练，算例仿真验证了该方法的训练效率与探索能力。

随着我国经济社会持续发展，能源生产和消费模式发生重大转变，能源产业肩负着提高能源效率、保障能源安全和推动环境保护等新使命。在此背景下，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院和江苏省电力试验研究院有限公司实施“综合能源关键技术与实践案例”专题资源开发，联合组编《综合能源系统关键技术与典型案例》一书，推动实现社会能源可持续发展，为实现“碳达峰、碳中和”目标添砖加瓦。 本书从综合能源发展的背景出发，介绍了综合能源系统的基本概念和内涵，梳理了综合能源应用场景、技术体系、商业模式及相关政策与体制机制，总结综合能源的典型案例与实践经验，展望综合能源未来发展趋势。 引领示范作用——本书为“碳中和倒计时丛书”系列丛书之一，紧扣双碳主题，聚焦综合能源体系的发展，有助于推动社会能源可持续发展。 模式升级创新——本书在近几年实践经验的基础上，收集调研各地综合能源的典型案例、政策机制、运营成效，重新梳理综合能源的概念、理论基础、技术体系、系统框架和未来发展趋势。 广泛征集调研——编写组从多个渠道进行调研、收集资料，在此基础上进行了提炼和总结，以期读者能借助此书对综合能源有全面系统的了解，并同时能够从书中列举的案例与实践经验中得到参考与借鉴。 注：25册（含）起订，免邮寄费。

针对综合能源系统（integrated energy system，IES）中各主体间交互关系复杂、利益冲突显著的问题，提出了基于主从博弈的电热氢综合能源系统优化调度模型。首先，在分析氢能“产消一体化”传输特性的基础上，构建计及氢能全过程充分利用的能源生产商（energy producer，EP）模型；其次，分析EP、负荷聚合商（load aggregator，LA）及能源销售商（energy system operator，ESO）之间的价格信息交互关系，考虑负荷聚合商在需求响应机制下的资源整合效用，建立IES中各利益主体的收益模型；最后，引入“主从博弈”思想，建立以ESO为主导者，采用遗传算法和二次规划相结合的方法，对以EP和LA为跟随者的一主多从Stackelberg博弈模型进行求解。以中国北部某地区的园区IES为例，验证了该模型在促进各主体间利益均衡及共同获利方面的有效性。