耦合系统

《多能智慧耦合系统》报告于2022年09月发布。随着可再生能源（如光伏和风能）的发展，考虑到可再生能源自然是间歇性和随机的，大规模采用可再生能源将对能源供应安全带来技术挑战，而多能源耦合系统可能会缓解这一挑战。多能源耦合系统可以增加整个能源系统的灵活性，平衡可再生能源的波动。此外，多能量耦合系统还可以提高能量利用效率。 该报告阐述了多能源耦合系统和服务的概念、在碳中和背景下面临的机遇和挑战；介绍了多能源智能耦合能源系统的关键技术；分析了多能源智能耦合能源系统国际标准的发展现状、多能源智能耦联能源系统的标准化需求及发展前景。

为推进太阳能、氢能等清洁可再生能源的利用，并使之更好地与虚拟电厂技术融合，针对光伏电站与电解水制氢的耦合系统，进行了规模化聚合资源运行模式构建和计及资源初始投资的相关经济性分析。同时，结合对光伏电站实际工程项目年出力数据的分析，探讨了该类耦合资源作为虚拟电厂资源时，在实现支撑新型电力系统、促进新能源消纳的同时，可以维持并不断优化自身经济性，并指出了其中值得重点关注的运行模式优化要素、设备功能特点和市场条件，供相关研究参考。

针对气电综合能源系统低碳调度问题，气网混氢、碳捕集、电转气均是有效的技术手段，同时碳交易机制也是控制碳排放的有效经济手段。因此，本文构建了含富液罐和贫液罐的碳捕集电厂模型，结合电转甲烷技术模型，灵活回收利用系统中的CO2；同时，构建了气网混氢技术模型提高能效，并考虑气网混氢时节点热值变化约束，以奖励式碳交易成本和运行成本之和为目标函数；最后基于改进的比利时20节点天然气系统和IEEE 39节点电力系统模型开展算例测试，结果显示综合考虑碳捕集、气网混氢和奖励式碳交易机制能提高系统低碳经济调度水平，同时调节碳价和奖励系数能灵活调节系统碳排放水平。

电动汽车(electric vehicle, EV)的大规模发展，使得交通网转变为电动汽车和燃油车(gasoline vehicle, GV)随机混合出行的复杂网络；配电网也转变为供需双侧不确定、“源-网-站-储”高效互动的低碳型电网。在新型交通-配电网耦合系统下，亟需研究交通和配电网的联合规划方法，以满足EV时空充电需求，保障交通和配电网的安全可靠运行。为此，基于EV和GV的实时能耗特性差异，建立了混合交通流分配模型，以充分反映GV对EV出行和充电行为的影响，进而建立了混合交通流下的交通网多阶段规划模型。此外，考虑储能型柔性开关(energy storage integrated soft open points, E-SOP)的运行特性，协同“源-网-站-储”，建立了E-SOP影响的配电网多阶段规划模型。结合交通-配电网物理和“流量-功率”耦合约束，实现了交通-配电网的联合规划。根据Sioux Falls交通网和IEEE 69节点配电网组成的耦合系统算例测试，验证了所提联合规划模型比独立规划的总成本减少了7.21%，并且E-SOP的接入能减少系统无功出力和电压波动。

针对新能源大规模接入给配电网安全运行带来的影响，开展了含混合储能的分布式电氢耦合系统与配电网间的多时间尺度交互策略研究。首先，提出分布式电氢耦合系统与配电网之间的平衡服务机制、需求响应机制等多元交互机制；其次，基于博弈理论，制定了电氢耦合系统与配电网之间的中长期与短期交互策略；最后，以某一典型区域的配电网与分布式电氢耦合系统为例进行仿真分析。算例结果表明：氢储能因其跨周期特性在中长期交互中具有优势；电化学储能响应迅速更适合短期交互；相较于单一形式储能系统，电氢混合储能系统能够有效降低峰谷差，提高系统收益，更契合现有配电网体系。 In response to the impact of the widespread integration of new energy sources on the secure operation of distribution networks, a study is undertaken to explore a multi-time scale interactive strategy for distributed electrohydrogen coupled systems, incorporating hybrid energy storage and distribution networks. Firstly, interactive mechanisms including the balancing service mechanism and demand response mechanism between distributed electro-hydrogen coupled systems and distribution networks are proposed. Secondly, based on game theory, medium-to-long-term and short-term interactive strategies are formulated for electro-hydrogen coupled systems and distribution networks. Finally, a simulation analysis is executed utilizing the distribution networks and distributed electro-hydrogen coupled system in a representative region as an illustrative example. The outcomes of the case study underscore that hydrogen storage exhibits an advantage in medium-to-long-term interactions due to its crossperiod characteristics. Electrochemical storage, distinguished by its rapid response, proves more suitable for shortterm interactions. In comparison to singular energy storage systems, a hybrid electro-hydrogen storage system can effe

大型电站煤粉锅炉是一个多变量多目标的复杂耦合系统，其燃烧状态、解耦控制、协调优化是制约锅炉总体性能提升的技术瓶颈。但传统技术难以准确反映锅炉燃烧过程动态特性，炉整场温度分布无法连续实时获取，控制系统控制变量单一且时间带后，燃烧优化主要依赖试验结果与人员经验，锅炉不能连续稳定保持良好的运行状态，同时在锅炉效率提高与NOx生成量降低之间无法合理兼顾。项目提出了基于数据驱动与专家知识融合的锅炉燃烧整体优化方案，建立了锅炉智能控制模式和性能协调提升策略，开发了锅炉智能优化控制系统和炉膜三维温度场实时监测系统，搭建了可实现智能运算的DCS扩展控制平台，有效解决了锅炉多目标寻优、炉内三维温度测量、DCS扩展智能控制等一系列技术难题。

本项目以电力市场环境下乌江流域水电经济运行为研究对象，以“产－学－研－用－管”相结合的攻关方式，对基于多维数据融合的电力市场环境下水电经济运行关键技术进行了深入研究，基于多维数据融合的全景式电力市场信息耦合网络构建。提出了面向多平台海量数据的感知清洗技术及面向多模块共性需求的多维校验技术，构建了面向水电调度决策的全景式信息网络。数据驱动的复杂市场环境预测与调度形势综合研判。提出了基于市场供需平衡理论的乌江流域水电市场份额预测模型，构建了分布式水文模型与水库调度模型自适应耦合的径流预报模型，提出了基于数据驱动的乌江流域梯级水电耦合系统推演方法。滚动修正模式下多目标协同耦合的梯级水库中长期调度计划编制。构建了基于调度操作者经验预置弃水概率的滚动修正模式下多目标协同耦合的梯级水库中长期调度模型；研发了基于灰色关联度和贝叶斯模型平均法的梯级水库水电站分期调度规则提取技术。短期与实时精细化发电调度技术。系统分析了乌江梯级水电站送电电网负荷特性及负荷需求，提出了基于数据挖掘技术的梯级水力过程精准模拟方法，构建了基于机组组合理论的多阶段短期负荷优化分配模型。梯级水库群精细化调度平台研发。依托乌江公司已有流域水调自动化系统和计算机监控系统，并集成以上技术成果，建立了基础信息实时同步管理系统、长短期预报调度系统和弃水预警系统。 本项目考虑了预报来水的不确定性造成弃水的风险，能够有效地降低水库发生弃水的概率，最大化乌江流域水库群的发电效益；基于滚动修正模式下多目标协同的耦合梯级水库中长期调度计划编制技术，为水库优化调度决策及月度发电计划编制提供了较好的支持；提出了乌江流域梯级水电站短期精细化发电计划编制方法，支撑了乌江梯级水电站生产运行；通过乌江流域梯级电站实时负荷适应性调整策略，实现了电网波动负荷在各梯级电站、各机组间的自动分配，保证了水电站机组运行的安全性。以上技术不仅成功应用于乌江流域各梯级电站，还可针对其它流域的特点，推广到其它流域梯级水库中进行应用。

项目属于生物质能、节能减排领域，经中国电机工程学会组织鉴定，总体居国际领先水平。生物质秸秆在东北地区资源丰富，但利用率仅三分之二，近年来多次出现因秸秆露天焚烧导致的重度空气污染。发电是秸秆综合利用的重要途径之一。直燃发电均需新建机组，投资成本高，发电效率低，烟气排放指标偏高且受热面积灰腐蚀严重；而耦合发电可最大限度利用在役机组，投资少，高效环保。但耦合发电整体来说尚处于起步阶段，在系统安全、受热面腐蚀、耦合系统控制等方面需要开展技术攻关。本项目围绕生物质秸秆与大容量燃煤机组耦合发电的关键技术开展研究，打通整个工艺，并开展工程示范，力争为东北地区生物质秸秆消纳开辟新路线。 本项目依托660MW燃煤机组高效环保平台，实现了生物质秸秆循环流化床微正压气化耦合发电技术工程示范。提高了生物质秸秆发电效率，降低投资成本，实现了安全、环保、稳定运行。为燃煤机组CO2减排和生物质消纳开辟了新路线，引领了生物质发电行业科技进步，为生物质秸秆规模化开发利用提供了强有力的技术支撑。项目在大唐长山热电厂1号660MW机组进行工程示范应用。在机组30%-100%BMCR工况下，系统可实现20MW满出力耦合发电，燃烧状态稳定，系统简单，建设工期短（8个月），投资低（5000元/kW），为燃煤机组高效环保平台减少CO2排放及消纳生物质起到示范作用，本技术可广泛应用于燃煤机组，市场推广前景广阔。

日益频繁的极端天气给电热耦合系统造成的影响愈发严重。韧性是衡量系统抵御极端事件、减少故障影响并快速恢复的核心指标。为提升电热耦合系统抵御极端灾害的能力，提出一种考虑热惯性的热电联产虚拟电厂(combined heat and power-virtual power plant，CHP-VPP)两阶段三层韧性提升策略。第一阶段以联络开关成本最小为目标，基于最小生成树理论对系统进行重构；第二阶段以运行成本最小为目标，基于分布鲁棒优化理论制定最恶劣的故障场景下的最优决策。采用列与约束生成算法进行迭代求解。基于IEEE 33节点电力系统+6节点供热系统构建CHP-VPP测试系统，仿真结果表明，所提出的方法可有效提升CHP-VPP应对极端灾害的韧性。

当前我国能源发展处于从总量扩张向提质增效转变的关键阶段，优化能源结构、提升能源利用效率是能源行业当前的主要任务。综合供能系统是充分整合区域内多种能源，实现多种能源转化高度耦合的新型供能系统，也是助推国家“碳达峰、碳中和”战略目标的重要途径。当前综合供能系统普遍存在负荷预测准确度低、系统集成和运行策略不合理、系统运行效率低等问题。为解决上述问题，项目开展了综合供能系统负荷预测及集成优化关键技术研究，形成了多维度变量负荷时空预测、多业态耦合负荷精准高效预测、多目标耦合系统集成及运行优化等关键成果，填补了行业在该领域的技术空白，并成功实现成果推广应用。