2023年 第45卷 第7期    刊出日期：2023-07-25

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综合能源系统

基于知识图谱的数据中心综合能源系统研究综述

王永真, 韩艺博, 韩恺, 韩俊涛, 宋阔, 张兰兰

2023, 45(7):  1-10.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.001

摘要 ( 138 )   HTML ( 12 )   PDF (3392KB) ( 272 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

作为数字经济时代的关键基础设施，数据中心的能耗和碳排放问题将日益突出。为全面揭示全球数据中心的研究进展，提出基于综合能源系统视角的知识图谱科学计量方法。该方法从研究趋势、理论方法及工程案例等多维度对数据中心综合能源系统的最新研究进行分析。首先，对全球数据中心能量研究领域科技论文的国际合作情况、分布特征及研究热点进行定性与定量分析。对采用能源梯级利用、多能互补以及源网荷储一体化的数据中心综合能源系统进行研究，并对其规划设计、运行评价、计算求解进行分析。分析发现，数据中心能源系统正不断走向包含经济和低碳的多维度全局优化。最后，鉴于传统数据中心综合能源系统评价指标——电能利用效率（PUE）的局限性，提出了新的评价指标及体系。

考虑需求响应的负荷密集区分布式综合能源系统优化调度研究

曹紫霖, 王文静, 赵薇, 康利改, 高晓峰, 杨炀, 王金柱

2023, 45(7):  11-21.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.002

摘要 ( 106 )   HTML ( 3 )   PDF (1369KB) ( 206 )  

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针对负荷密集区源荷侧协调平衡调度问题，建立了考虑需求响应的负荷密集区分布式综合能源系统，耦合了储能系统进行能量互补，构建了数学模型。提出基于经济性能、能耗性能、环境性能3方面的系统评价指标，建立了考虑系统经济、能耗、环境的多目标优化模型，利用层次分析法确定各指标间的权重关系，将综合性能作为整个系统的优化决策目标。建立了包含办公、酒店、住宅、商场4类建筑的负荷密集区建筑模型，分别对4类建筑进行逐月累计负荷模拟。此外，分析对比了考虑需求响应前后的负荷密集区容量配置及性能指标的优化情况。最后，对负荷密集区考虑需求响应前后的逐月建筑能力平衡调度进行分析。结果表明：无论是否考虑需求响应，负荷密集区整体设置一套供能系统时的系统性能指标均优于4类建筑分别单独设置供能系统并叠加的性能。

综合能源系统能量枢纽多样性建模和典型适用性研究

李宜哲, 王丹, 贾宏杰, 周天烁, 曹逸滔, 张帅, 刘佳委

2023, 45(7):  22-29.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.003

摘要 ( 97 )   HTML ( 2 )   PDF (1429KB) ( 162 )  

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在“双碳”背景下，综合能源系统（IES）的规划和运行对有效能利用率、能量不可用性、碳排放水平等多种评价指标提出新的要求。选择适当的分析要素并建立机理模型成为IES研究的一项重要任务。能量枢纽在IES中扮演着能量传输和转换的关键角色，决定着能量的转化和分配过程，并深刻地影响多维评价视角下的系统供能水平。因此，如何通过多样性的建模方法构建能量枢纽多要素模型成为IES分析的关键。梳理和分析了基于4种要素的能量枢纽建模方法，总结其内在机理以及匹配能源系统发展需求的适用性，为理论研究和实际应用提供参考依据。

工业共生体系下生物质资源化利用的物质能量流分析

吴彤, 王守鑫, 程星星, 刘坤坤

2023, 45(7):  30-39.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.004

摘要 ( 83 )   HTML ( 3 )   PDF (1837KB) ( 125 )  

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在全球化石能源日益紧张的背景下，以电力、生物燃料为代表的生物能源得到广泛生产。但由于原料收集困难以及经济可行性问题，难以提升产业规模。工业共生是实现资源有效利用的可持续发展模式。在工业共生视角下，以生物质热电联产（CHP）厂、生物乙醇厂、厌氧消化（AD）厂、生物油精炼厂、水泥厂为协同对象，对生物质资源化利用的4种协同模式进行了物质能量流分析，并在此基础上进行了能效和经济性分析结果表明，工业共生体系有利于提高生物质产业之间的资源再利用，减少废物浪费。在生物质秸秆供应量为13.73 t/h，生物乙醇产量为660 L/h，生物油产量为1.01 t/h，AD的沼气产量为275 m3/h，水泥产量67.68 t/h的前提下，通过废物和副产品的再利用，4种协同模式分别额外产生了0.36，2.93，3.47，6.54 MW·h的电力以及1 365.8，4 548.8，2 883.2和29 489.4 MJ的热力。4种协同模式运行下能量利用效率比各工厂单独运行时分别变化了-2.66%，11.96%，4.15%和9.40%。每年可分别节约原料收集和运输成本约45.4，369.2，437.2，824.0 万元。这项工作为生物质工业之间协同发展提供了详细的数据参考。

基于工业余热的高温空气源耦合热泵循环性能分析

孙健, 秦宇, 郝俊红, 杨勇平

2023, 45(7):  40-47.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.005

摘要 ( 94 )   HTML ( 3 )   PDF (1319KB) ( 313 )  

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工业余热的温度分布范围广，常规余热利用方式难以对中低温余热进行有效回收利用，热泵用于回收中低温工业余热具有效率高、能耗低、安全环保等优点。传统的吸收式热泵与压缩式热泵由于热力学循环、工作介质热力性以及压缩机耐温耐压程度的限制导致其只能在窄温域内工作，无法满足工业余热回收背景下的“高制热温度”“宽温域换热”需求。为解决上述问题，提出一种基于吸收-压缩式耦合循环的超高温空气源热泵机组，回收工业废蒸汽（120 ℃）和空气热量，制取160 ℃热水（蒸汽）。通过使用工程方程求解器软件（EES）对提出的新型耦合循环进行数学建模和仿真分析，结果表明：最优工况为制取热水温度130 ℃，室外环境温度30 ℃时热泵机组热泵性能系数（COP）达到最大值1.600。在制取热水温度160 ℃下，热泵机组COP最高达1.400。研究的结果拓宽了热泵的工作温度范围，提高了热泵的制热温度。研究结果对热泵用于工业余热回收领域具有一定参考价值，对于提高工业领域一次能源利用率具有重要的研究意义。

优化运行与控制

基于多STA-GLN集成模型的电力系统暂态稳定评估方法

杨波, 李成雲, 吕浩轩, 周博文, 李广地, 谷鹏

2023, 45(7):  48-60.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.006

摘要 ( 91 )   HTML ( 1 )   PDF (1882KB) ( 152 )  

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随着高比例可再生能源的不断接入和电力电子化程度的提高，电力系统结构日益复杂，导致电力系统稳定性受威胁。针对基于人工智能的暂态稳定评估（TSA）方法存在的拓扑适应能力差、失稳样本学习困难和模型训练耗时长等缺陷，提出了基于图形卷积和长短时记忆组合网络的空间和时间双注意力机制（STA-GLN）集成电力系统TSA方法。搭建了电力系统仿真模型，在全接线、N-1断线和N-2断线3种拓扑结构下设置不同线路故障，获取原始样本集，基于STA-GLN的TSA方法对系统拓扑变化表现出更强的适应性和评估准确性；构建了基于自适应增强（AdaBoost）算法和迁移学习的集成STA-GLN多任务TSA模型，解决了失稳误判问题并加快了模型的响应速度。最后通过新英格兰10机39节点系统仿真分析验证了该方法的有效性。

基于MADDPG算法的建筑群柔性负荷优化调控方法

包义辛, 徐椤赟, 杨强

2023, 45(7):  61-69.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.007

摘要 ( 106 )   HTML ( 1 )   PDF (1734KB) ( 161 )  

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随着电网调度环境和信息整理环境日趋复杂，电网调控的难度也随之增加。针对深度强化学习技术具有有效感知复杂系统运行状态、适应性强、可扩展性好等特点，提出了基于深度强化学习的配网优化调度方法。构建了考虑源-网-荷-储的模拟建筑体配网模型，从原理出发对多智能体深度确定性策略梯度（MADDPG）算法进行静态优化，将模型与真实数据导入适用于电网级目标的多智能体强化学习框架中，尝试用优化后的算法对配网系统进行电压调控。结果表明，所用算法基本消除了配网系统的违规峰值电压，降低了总体电压偏差；优化后的多目标导向算法在保持电压稳定的同时减小了负载-发电功率差，使负载功率损耗维持较低水平，表明基于深度强化学习的建筑群柔性负荷优化调控方法具有一定有效性。

考虑温湿指数与耦合特征的综合能源负荷短期预测

金立, 张力, 唐杨, 唐侨, 任炬光, 杨焜, 刘小兵

2023, 45(7):  70-77.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.008

摘要 ( 96 )   HTML ( 2 )   PDF (1280KB) ( 162 )  

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针对综合能源负荷易受气象因素影响及其异质能量耦合特性所导致的预测建模复杂、准确性不高等问题，提出了一种考虑温湿指数与耦合特征的负荷短期预测模型。首先，在深入挖掘多元负荷耦合特征的基础上，结合温湿指数构造计及多因素影响的输入变量；然后，利用核主成分分析（KPCA）法在确保信息有效的前提下完成对预测输入空间的降维处理，并基于门控循环单元（GRU）神经网络进行预测建模，进一步引入Attention机制实现重要特征的差异化提取；最后，选取某实际系统电、冷负荷数据进行仿真。仿真结果表明，基于KPCA-GRU-Attention模型的电、冷负荷短期预测结果的均方根误差和平均绝对百分误差分别为1 025 kW，2.7%和2 167 kW，2.9%，准确性得到了显著提升。所提方法能够在考虑多因素影响的基础上有效提高综合能源负荷的短期预测精度，实现了对用能需求的精准感知。

基于RSOC的风光氢能源系统功率分配策略研究

李菁, 窦真兰, 王加祥, 张春雁, 鲁涛, 倪耀兵

2023, 45(7):  78-86.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.009

摘要 ( 128 )   HTML ( 1 )   PDF (1415KB) ( 284 )  

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可逆固体氧化物电池（RSOC）作为新型氢能储技术在可再生综合能源系统中具有广泛的应用前景。然而，与低温氢储能技术以堆功率代表系统功率进行功率分配策略研究相比，RSOC电堆外围需配置高功耗辅助系统（BOP）来维持其高温运行，且系统功率调控速率受温度安全限制。因此，RSOC氢电转化系统的BOP功耗和功率调控速率约束对系统功率分配有着显著的影响。为此，建立了基于RSOC的风光氢综合能源系统模型，着重开发了考虑BOP功耗的RSOC氢电转化系统功率模型。同时，提出一种基于RSOC的风光氢综合能源系统功率分配优化方法，考虑RSOC功率调控速率、各系统容量等约束条件，建立以系统日运行成本最小化、风光消纳最大化为目标的功率分配优化策略，并通过多目标粒子群优化算法求解该问题。优化结果显示，该算法能够获得优越的功率分配策略，与一般的功率分配策略相比，优化后的功率分配策略能够获得更高的系统收益。此外，电网和蓄电池的参与增加了系统的功率调节的灵活性，降低了系统整体运行功率。

电力交易与管理

基于深度强化学习的区域综合能源定价策略研究

胡泽, 朱子晴, 卜思齐, 陈家荣, 魏翔

2023, 45(7):  87-96.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.010

摘要 ( 98 )   HTML ( 5 )   PDF (1378KB) ( 193 )  

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为整合多类能源交易并促进能源的有效利用，综合能源市场（IEM）正在逐步建立并取代传统能源市场。作为连接能源供给侧与需求侧的重要组成部分，区域综合能源市场（DIEM）中的能源交易与定价对综合能源系统运行有着直接影响与重要意义。提出了DIEM交易框架，并建立了综合能源服务商（IESP）与综合能源用户（IEC）的双层定价决策-需求响应问题。在双层决策问题中考虑了能源需求弹性，新能源出力不确定性与隐私保护，最终采用深度确定性策略梯度下降算法（DDPG）对IESP的优化定价问题进行求解，并在一个模拟算例当中将其与深度Q学习（DQN）所生成的定价策略进行比对。仿真结果具体分析了DIEM中能源价格的耦合关系以及综合能源定价与需求弹性之间的互相影响，提出的基于DDPG所产生的定价策略的总收益高于DQN算法6.8%。

考虑改进阶梯式碳交易机制与需求响应的综合能源系统优化调度

葛磊蛟, 于惟坤, 朱若源, 王关涛, 白星振

2023, 45(7):  97-106.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.011

摘要 ( 151 )   HTML ( 5 )   PDF (1202KB) ( 227 )  

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综合能源系统是推动我国“双碳”目标实施，实现国家能源低碳转型的重要手段之一。为有效提升IES碳减排能力和经济效益水平，提出一种考虑改进阶梯式碳交易机制与需求响应的IES优化调度模型。首先，在能量中心框架下引入碳流模型，促进反应系统中二氧化碳的流动，并改进阶梯式碳交易机制，从而有力推动系统碳减排；其次，引入用户侧的多能需求响应，以价格激励推进用户用能方式转变，促进可再生能源消纳；最后，考虑决策者偏好，以改进碳交易机制为连接点，建立IES低碳经济优化调度模型，以碳排放指标和用户舒适度引导运行调度，并利用CPLEX求解器对IES模型进行求解。进一步，通过5种场景对所提模型和方法进行仿真验证，结果证明了改进碳交易机制、需求响应机制与优化调度模型的配合可有效提高IES的低碳性和经济性。