孙秋野：灵活可拓展的综合能源仿真系统及其多样化数据集构建策略和案例_89页_29mb

灵活可拓展的综合能源仿真系统及其多样化数据集构建策略和案例总结

核心内容

本报告介绍了一种灵活可拓展的综合能源仿真系统（IES-133），其设计目标是满足综合能源系统多样化的研究需求，并通过构建多样化数据集支持系统仿真测试。该系统融合了电、气、热、冷等多种能源子系统，并通过耦合设备实现多能流的交互与协调，具备高度的灵活性与可拓展性。

主要观点

• 能源电力转型背景：新型电力系统正朝着清洁化、柔性化、数字化和电力电子化方向发展，以提高新能源消纳能力和系统运行的安全性与经济性。
• 综合能源系统优势：多能耦合、可再生能源高效利用、能源综合利用效率高，可打破传统能源子系统的体制壁垒，破解清洁能源消纳难题。
• 系统构建原则：包括实原性、规范性、复杂性、功能性和灵活性，确保系统贴近实际、满足规范、支持多种研究场景和设备组合。
• 系统结构：IES-133系统为区域级综合能源系统，面积约为30平方千米，包含配电网、燃气网、供热网、供冷网及耦合设备。
• 多样化设备配置：系统内包含多种能源子系统（电、气、热、冷），以及多种能源耦合设备（如CCHP、P2G、电锅炉、气锅炉、电制冷设备等）和储能设备（如电储能、热储能）。
• 灵活的负荷配置：负荷节点包括常规负荷和可调节负荷（如可中断、可平移、可转移、可替代负荷），以支持系统灵活性与需求响应。

关键信息

系统总体架构

• 系统类别：电-气-热-冷综合能源系统
• 系统规模：区域综合能源系统，面积约30平方千米
• 系统构成：配电网、燃气网、供热网、供冷网，以及各子系统间的耦合设备
• 系统基本参数：
  • 电：109节点，110线路（含1条联络线），最大负荷100MW，峰值负荷82MW
  • 气：98节点，98线路，最大负荷6010m³/h，峰值负荷5405m³/h
  • 热：103节点，103线路，最大负荷58MW，峰值负荷51MW
  • 冷：9节点，8线路，最大负荷15MW，峰值负荷14.6MW

能源网络设计

• 配电网：采用辐射式、环形式、联络线式相结合的结构，提升系统可靠性。接入5台风机电站、15个光伏电站、1个CCHP单元。
• 燃气网：主干线为环形结构，支路为辐射式接入，系统具备较高的供气可靠性。接入2个燃气站、1个P2G设备。
• 供热网：采用环形与辐射式相结合的结构，系统内有2个供热站、1个CCHP单元、2个电锅炉、3个气锅炉。
• 供冷网：采用辐射式结构，系统内有1个CCHP单元、1个电制冷设备。

系统节点与设备

• 节点类型：系统包含25个能源供应节点、9个多能耦合节点、58个负荷节点、7个电储能节点、2个热储能节点。
• 负荷类型：包括常规负荷（居民、工业、商业、公共负荷等）和可调节负荷（可中断、可平移、可转移、可替代负荷）。
• 设备配置：
  • 新能源发电设备：包括5台风机电站（总装机容量27MW）和15个光伏电站（总装机容量17.2MW）。
  • 耦合设备：如CCHP、P2G、电锅炉、气锅炉、电制冷设备等，实现多能互补与协调。
  • 储能设备：包括7个电储能节点（总容量10.8MW·h）和2个热储能节点（总容量0.5MW·h）。

能流模型与修正方程

• 配电网：采用交流模型，功率平衡方程用于描述节点功率注入与损耗平衡。
• 燃气网：采用流量与压降模型，满足基尔霍夫定律，修正方程用于调整网络状态。
• 热力系统：包含热功率偏差、环路压力偏差、供水与回水温度偏差等方程。
• 供冷系统：采用冷功率偏差、环路压力偏差、供水与回水温度偏差等模型，支持冷负荷调节与系统优化。

系统灵活性与可拓展性

• 系统支持多种能源子系统组合、不同可再生能源渗透率（40%、60%、80%、100%）。
• 通过配置不同类型的耦合设备和储能单元，系统能够灵活适应多种研究场景与需求。

应用与意义

• 基础应用测试案例：系统可用于多能流计算、经济优化调度、系统性能评估等研究领域。
• 数据集构建：系统提供多种数据，如系统参数、线路参数、节点信息、运行数据、常规数据、异常数据等，支持多种仿真需求。
• 开源信息：系统信息与数据已开源，便于研究人员进行测试与验证，推动综合能源系统的发展与应用。

总结

IES-133系统是一个基于多能源子系统与耦合设备构建的区域级综合能源仿真系统，其设计考虑了实际地理条件、资源禀赋、用能行为特征和相关设计规范，确保系统的实用性与可靠性。系统具备高度的灵活性，支持多种能源组合、可再生能源渗透率和需求响应机制，能够满足综合能源系统多样化的研究需求。通过构建多样化数据集，该系统为研究人员提供了丰富的数据支持，有助于推动综合能源系统的技术创新与实际应用。