能源綜合系統優化規劃與運行框架

黎靜華，桑川川

(廣西電力系統最優化與節能技術重點實驗室(廣西大學)，南寧市 530004)

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能源綜合系統優化規劃與運行框架

黎靜華，桑川川

(廣西電力系統最優化與節能技術重點實驗室(廣西大學)，南寧市 530004)

綜合優化利用電能、熱能和天然氣等多種能源，是提高能源使用效率，實現能源可持續發展的重要途徑。然而，綜合能源互聯系統的研究才剛剛起步，建立成熟的綜合能源利用系統尚需要開展大量的研究工作。在研究初期，理清研究思路和內容是關鍵而且必要的一項基礎工作。闡述了綜合能源系統的組成，分析了能源綜合的優勢，提出了一種綜合能源系統的優化規劃和運行的框架，探討了建立綜合能源系統需要解決的關鍵技術，希望能為研究和實現多種能源互補、互聯提供參考。

綜合能源系統；能源互補；優化規劃；優化運行

0 引 言

化石能源、核能、風能、光能、熱能、天然氣是能源利用的主要形式，目前各類能源在使用過程均存在大量的浪費。國家能源局公布的數據顯示，我國棄風、棄光的形勢依舊嚴峻，2014年上半年部分區域棄風率在35%～40%；中國年鑒2014年的統計數據顯示，發電及電站供熱的能源轉換效率只有43.01%。可見，我國的能源利用效率還有很大的提升空間。

美國國家新能源實驗室(national renewable energy laboratory，NREL)指出：整合優化包含新能源、核能、化石能源在內的電力網絡，熱力網絡，能源輸送網絡以及數據網絡是實現能源可持續發展的必然之路[1]。然而，綜合使用多種能源(簡稱“多能”)資源，實現風、光、熱、氣等多能系統聯合互補運行，目前僅是一個目標和愿景，尚未有成熟的運行框架、方法及機制。設計多能聯合優化運行的框架，探討實現多能互補的關鍵技術，明確未來的研究工作，是實現這一目標的關鍵和必要的基礎工作，也是當前迫切需要解決的問題。

近年來，隨著以風電、光伏發電為代表的新能源電力的大規模開發和逐步并網，不少研究通過多種電源(簡稱“多源”)協同運行提高新能源電力的接納能力，展現了多源互補的優勢。風電—水電是一種最常見的聯合運行形式。文獻[2-3]利用具有快速調節能力的水電響應風電的隨機波動，對風電、水電和火電進行聯合調度，在提高風電接納能力的同時，平穩了火電機組的出力。

然而，水力發電受地理位置的限制，不能在任意系統中使用。為此，文獻[4-7]研究了可以靈活安裝的儲能裝置與隨機波動的風電、光伏發電進行協調運行。文獻[4-5]從規劃的角度，提出了微型電網中風力發電、光伏發電和儲能等各類電源的容量配置方法；文獻[6]從運行的角度，提出了多時間尺度的風電和儲能聯合調度模型與方法；文獻[7]從控制的角度，提出了快速跟蹤系統動態響應的功率控制策略。為了更好地平滑可再生能源波動，提升電能質量，文獻[8]更進一步地提出了利用蓄電池和超級電容復合儲能的方法。綜上，文獻[2-8]研究了風-光-儲的聯合運行方法和策略，為提高風電、光伏發電的接納能力提供了方法和途徑。

文獻[2-8]主要是在電源側進行聯合優化運行，聯合的資源類別相對單一。文獻[9-14]則在此基礎上擴大了聯合范圍，將電源側與負荷側進行聯合，主要與具有充電和放電功能的電動汽車進行聯合。通過優化電動汽車的充放電行為，應對風電的間歇性，實現功率平衡，從而提高風電的可接納能力。文獻[15-18]則擴展到電能和熱能的聯合優化運行，針對由風電機組、光伏電池、燃料電池、余熱鍋爐、燃氣鍋爐、蓄電池以及熱電負荷構成的熱電聯供型微型系統進行優化，在充分利用能源資源，應對風電、光伏發電的隨機波動性的同時，可將污染物對環境的影響降到最低。此外，近年來，虛擬電廠得到了廣泛關注和重視。文獻[19]指出，虛擬電廠可認為是通過先進信息通信技術和軟件系統，實現分布電源、儲能系統、可控負荷、電動汽車等聚合和協調優化，以作為一個特殊電廠接入電網。通過聚合和協調調度，虛擬電廠對外可以呈現出與大電廠相似的平穩的出力特征，有利于電網運行。文獻[20-24]對虛擬電廠分布式能源的組成、容量配比和運行控制技術進行了較為深入的研究。

現有研究為能源綜合系統的建立進行了有益的探索。但大多數還是針對范圍較小、能源組合較為單一的小區電網和微型電網或從單一優化技術的角度進行研究。未從較大范圍內能源系統的角度，例如多區域的聯合，對電力系統、熱力系統和天然氣等多種能源系統的綜合優化規劃與運行體系進行深入研究和探討。針對多能系統的綜合，仍有許多工作尚需延展和深入。

第一，以風電、光電為代表的新能源電力具有強隨機性和波動性，其大規模的并網后引起的系統調峰、調頻以及棄風、棄光等問題，僅依賴于儲能系統難以完全解決。需要更充分、更靈活地發揮其他能源形式的互補作用，將難以消納的電力轉換為更為多樣的能源形式，或從將其他形式能源轉換為電力，實現電力平衡。

第二，天然氣系統可以成為電力系統的強大儲備。天然氣發電是緩解電力調峰壓力的重要靈活性電源，天然氣冷-熱-電聯供系統將是向低碳能源過渡的主力軍。因此，研究電力系統與天然氣系統的聯合優化與轉化具有重要意義。

第三，在我國北方地區，冬季寒冷，建有供熱系統；在我國南方地區，夏季炎熱，空調負荷比重很大。當前主要采用的單一的供暖/制冷的方式存在著極大的能量浪費，將電力流和熱力流聯合優化轉化，可大大提高能源的利用效率，具有可觀的經濟效益。

第四，在廣袤的空間中，分散著大量的水電、風電、光伏發電、生物質能源發電等小規模的分布式電源。如果按其自然出力接入電網，那么各類電源的優勢必然得不到充分互補和發揮。因此，分布建立小型“調度中心”，集中調度一定空間范圍內的分布式電源，使其對外輸出“呈現”大型電廠的特性，形成虛擬電廠，對提高分布式電源的利用率具有重要意義。

第五，在未來的電力系統中，用戶的消費行為對能源的使用將產生重要的影響。例如，電動汽車的充放電時間的安排，用戶選擇何種能源作為消費終端，用戶是否愿意作為可中斷負荷接入等等，對電力系統的安全性以及經濟性均具有重要的影響。因此，建立有效的管理機制，發揮需求側響應的友好協調作用，具有重要意義。

基于此，本文構思一種包括電力、熱力和天然氣等多種能源在內的能源綜合系統的構架，提出一種多能系統協調優化規劃運行與能源轉換的框架，探討多能互補運行的關鍵技術和需解決的問題，希望能為能源互聯、多能互補運行提供參考，起到積極作用。

1 能源綜合系統的組成

1.1 系統架構的設計

能源綜合系統(integration of energy systems，IES)不僅僅包括新能源、原子能、化石能源的優化，還包括電力流、熱力流、能源流和數據流的優化和設計，使得電力、熱力、天然氣等能源達到最高的使用效率和最小的浪費[1]。基于這一理念，本文設想了一個綜合能源的系統，如圖1所示。圖1所示的綜合能源系統包括電力系統、熱力系統、天然氣系統、儲能系統、虛擬電廠和需求側管理幾個部分。綜合能源系統中，存在如下能量的交互：

(1)電力系統與熱力系統交互。對于電力系統而言，在用電低谷時，可以將多余的風電、光電轉換為熱能進行存儲，減少棄風、棄光；在用電高峰時，采用蓄熱裝置對熱負荷進行供電，減少當前時段電力的使用，緩解調峰問題。對于熱力系統而言，通過從電力系統中獲取暖氣、冷氣，減少了制暖和制冷的能源消耗。對整個能源系統而言，提高了能源的利用效率，減少一次能源的消耗量。

圖1 綜合能源系統組成

(2)電力系統與儲能系統的交互，將儲能系統作為主要調節電源之一，緩解調峰、調頻問題，提高電能質量。在用電低谷時段，將富余的新能源電力轉換為機械能、電磁能、化學能或H2等多種形式進行存儲；在用電高峰時段或電力緊缺時，從儲能系統獲取電力。不同類型的儲能的響應特性與適用場合不同，根據電力系統對不同響應時間的旋轉備用的需求，轉換成不同形式的能量進行存儲，滿足電力系統不同場合的需求，充分發揮儲能的作用。

(3)電力系統與天然氣系統的交互，同時優化電力流和氣流，互為支持，對節約能源、提高能源效率具有重要意義。綜合經濟和環境雙重因素的考慮，天然氣發電已成為天然氣利用的第一選擇。1973—2014年，全世界天然氣發電在總發電量中所占的比例從1973年的12.1%增長到了目前的20%以上。我國的集中式天然氣發電也逐年增長，天然氣屬于清潔能源，其將是未來過渡到低碳能源發電的主力軍。與電力相比，天然氣可以大量存儲，且天然氣發電機組啟動快速，容量大，可以作為重要的靈活電源。天然氣系統與電力系統類似，有獨立的網絡和輸送通道，電力網絡與天然氣網絡相結合，互為電源與負荷，系統配套，構成堅固、互補、靈活的國家能源戰略互補體系。

(4)電力系統與虛擬電廠。如圖2所示，虛擬電廠(virtual power plan, VPP)將空間上分散的分布式電源通過集中調度和使用，實現分布式電源的優勢互補。虛擬電廠[19]并非實體性電廠，也并未改變每個分布式電源的并網方式，而是通過先進的控制、計量、通信等技術聚合分布式電源、儲能系統、可控負荷、電動汽車等，并通過更高層面的軟件架構實現多個分布式電源的協調優化運行，更有利于資源的合理優化配置及利用。

圖2 虛擬電廠示意圖

(5)電力系統與需求側響應。用戶的消費行為，包括選擇何種能源作為終端消費，消費能源的時段等，對電力系統乃至整個能源系統的平衡均產生重要影響。參照文獻[25]，用戶消費行為主要有如圖3所示中斷負荷、變換能源以及負荷轉移等3種。中斷負荷是指停止使用電力；變換能源是指改變能源消費形式，采用油或天然氣等能源替換電力；負荷轉移是指選擇在負荷低谷時進行生產或消費活動。從圖3可以看出，中斷負荷或改變能源消費形式可以降低負荷的高峰，負荷轉移通過改變能源使用時間可以起到削峰填谷的作用。如圖3，通過將負荷轉移，負荷曲線(實線)改變為峰谷差更小的負荷曲線(點劃線)。

圖3 靈活性負荷需求類型示意圖

因此，聯合需求側響應，改變用戶固有的用電模式，對減少或者推移某時段的用電負荷從而響應電力供應，具有重要意義。

1.2 綜合能源系統的優勢

為了說明圖1所建立的綜合能源系統的優越性，下面與電力網、熱力網和天然氣三者單獨運行的模式時的能源流進行了比對。圖4為單獨運行模式的能源流向簡圖，圖5為綜合能源系統的能源流向簡圖。

圖4 單獨運行模式的能源流向簡圖

圖5 綜合能源系統的能源流向簡圖

圖4中，各供能系統根據自身的負荷需求進行單獨規劃與運行，為了保持供需平衡，當能源供給(剔除可存儲的容量)高于能源需求時，需要減少能源供給甚至棄掉能源，這就有可能造成能源的浪費；當能源(剔除可存儲的容量)供給不能滿足能源需求時，需要強制降低甚至切除負荷，這將會造成極大的經濟損失。然而，實質上，供電、供氣、供熱/供冷系統在生產、輸配、消費和存儲不同環節之間具有時空耦合機制和互補替代性[26]。例如，供電、供氣、供熱/供冷系統負荷需求存在明顯峰谷交錯現象：在冬天的晚間，供熱負荷處于高峰而供電負荷處于低谷；在白天上班時間，供熱負荷處于低谷而供電負荷處于高峰。如果能綜合利用，將大大提高能源的利用效率。

圖5為綜合能源系統能流示意圖，圖中線條的粗細代表能流的大小。可以看出，綜合系統中，可以根據各類負荷的變化，借助于其他系統的協調能力，變更和改變能流的大小，在滿足供需平衡的要求下，實現資源的最優配置。此外，通過能源之間的優化互補和協調，不僅可以大大提高能源的利用效率，減少能源損耗，還可以提高系統運行的安全性和可靠性。

2 多種能源綜合優化規劃與運行框架的設計

優化規劃各組成部分，采取有效的運行體系，合理分配圖5所示的能源流，是綜合能源系統高效安全運行的決定性工作。為此，針對如圖1所示的綜合能源系統，在傳統電力系統優化規劃與運行的基礎上，本文提出了如圖6、7所示的優化規劃與運行框架，下面分別對其進行闡述。

2.1 綜合能源系統優化規劃框架

圖6為所設計的綜合能源優化規劃內容，通過優化規劃，實現各種能源資源的最優配置。在優化規劃過程中，目標函數需綜合考慮技術指標、經濟指標和環境指標，約束條件需要考慮社會因素約束、市場因素約束、并網要求、安全約束、能源約束。綜合能源系統的規劃主要涉及如下幾個方面內容。

圖6 綜合能源系統優化規劃體系

(1)熱力系統的規劃：包括熱力存儲容量和冷氣存儲容量的規劃。

(2)儲能系統容量和種類的規劃：儲能的種類有多種，不同儲能具有不一樣的技術指標、經濟指標和適用范圍。根據電力系統對備用響應時間和容量的需求，例如小時級別備用、30 min備用、5 min備用、1 min備用和秒級別的備用，并結合儲能系統的技術指標和經濟性指標，對儲能系統中儲能的種類以及容量進行規劃。

(3)天然氣系統的規劃：存儲氣的類型和存儲罐的容量。

(4)虛擬電廠的規劃：包括虛擬電廠的個數與分布規劃，虛擬電廠中各分布式電源的構成種類規劃，各虛擬電廠管轄的地理范圍，虛擬電廠中各類分布式電源容量的最優配比。

(5)連接節點的規劃：包括儲能系統與電力系統的連接節點規劃、天然氣系統與電力系統連接節點規劃、虛擬電廠中各類分布式電源連接節點規劃、熱力系統與電力系統連接節點的規劃。

(6)需求側響應規劃：根據電力系統供需狀況制定相應政策。

(7)網絡架構的規劃：包括電力網絡、天然氣網絡以及熱力網絡的規劃。

各個系統的規劃結果將作為綜合能源系統優化運行的基礎數據和參數。

2.2 綜合能源系統優化運行框架

本文設計了如圖7所示的綜合能源系統優化運行框架，實現所配置的能源和資源的最優利用。

圖7包括日前計劃模型，日內計劃模型，擬實時計劃模型和實時/自動發電控制(automatic generator control，AGC)模型。其中，日前計劃模型每24 h執行1次，日內模型每1 h執行1次，擬實時模型每10 min執行1次，實時模型每5 min執行1次，AGC每1 min執行1次。日前、日內、擬實時、實時、AGC閉環控制運行，根據最新的負荷預測結果和新能源預測結果，不斷更新和修正前一階段的調度計劃，使之更好地跟隨實際發生的負荷和實際發生的新能源出力。

與調度運行框架[27]相比，所提運行框架具有如下特點：

(1)日前、日內、擬實時、實時/AGC控制每個模塊在每次執行過程中均與熱力系統、儲能系統、天然氣系統、虛擬電廠、需求側/負荷側進行協調交互。首先根據電力系統的需求，向其他系統發出指令，各系統收到指令后，依據自身的運行狀態將對指令的響應情況反饋到電力系統，電力系統根據反饋情況再進行協調，如此反復直至達到各系統的優化平衡。

圖7 綜合能源系統優化運行框架

(2)在優化運行的過程中，根據電力系統、熱力系統、天然氣系統、儲能系統、虛擬電廠、需求側/負荷側的特點、響應時間和容量等，動態更新參與調節機組和負荷的模型，固定不可調的機組和負荷，優化可調的機組和負荷，做到各個系統平衡。

(3)與文獻[27]相比，增加了擬實時模塊。擬實時模塊每10 min執行1次，其主要作用是為了減少AGC實時控制模塊與其他系統的交換調節量。AGC/實時模塊與擬實時模塊之間增加了仿真控制器，擬實時模塊不斷根據最新的實時預測數據，對實時工況進行仿真模擬，調整當前運行狀態接近于實時工況，減輕AGC的調節壓力。

(4)參照文獻[28]，實時控制模型并不作為1個單獨的模塊，而是嵌在AGC模型中與AGC機組同時運行。當AGC機組不能滿足聯絡線交換功率和頻率的要求時，實時模塊會通過緊急啟動調峰機組、調頻機組、儲能系統、可調節負荷等支援。

3 實現能源綜合系統的關鍵技術探討

上述章節中，僅提出了能源綜合優化系統的構想和實現框架。真正要實現多種能源綜合利用，尚存在大量具體的技術需要研究、發展和突破。從技術角度看，主要有如下幾個方面。

3.1 基礎設施的建設和完善

(1)建設天然氣系統與電力系統的連接，完善供暖/供冷系統等基礎設施。天然氣系統、熱力系統是可以提供強大電力支撐的兩大系統，建設和健全電力系統與這兩大系統連接的基礎設施，使之相互支持，是構成堅固、互補、靈活的國家能源戰略互補體系的重要部分。

(2)完善能源和電力的輸送通道，加強能源和電力的輸送能力。我國能源分布與電力分布具有嚴重區域差異，“西電東送” 、“西氣東輸”是我國的兩大重要工程。建設更為經濟便利的能源輸送通道以及高效經濟的電力輸送通道，對于我國接納新能源電力，提高能源綜合利用效率尤為重要。

(3)建立高速的數字通信渠道，實現能源、數據和信息網絡的高速融合。準確、全面和快速的數據和信息，是電力系統以及各能源系統實現安全和高效運行與精準控制的基礎和關鍵。此外，在建設好數據信息通道的同時，如何更好利用龐大的數據信息，挖掘出更有價值的變化信號，仍是需要解決的關鍵技術之一。

3.2 綜合能源系統市場機制的建立

要實現成熟的多種能源互補運行，必須制定完善的能源市場交易機制。包括電力與天然氣的交易市場、電力與熱力的交易市場以及需求側的電價機制、補償機制和輔助服務價格等。

3.3 綜合能源系統優化指標體系的建立

綜合能源系統不僅僅是某個系統的收益問題，其更是一個關系到能源持續發展和國計民生的環境問題、社會問題。因此，判斷和優化綜合能源系統的指標在考慮運行成本以外，還應考慮到能源轉換的效率、對環境的影響等。

3.4 能源系統互聯的數學模型的建立

電力系統、熱力系統、天然氣系統和儲能系統等在物理特性上存在很大的差異，分析各個系統的運行機理，研究其靜態工作特性和動態工作特性，研究電-熱聯合、電-氣聯合之間能量轉換和耦合的方式，并基于此建立合理的數學模型進行分析，是實現各種能源互補運行與控制的基礎與關鍵。

3.5 先進的優化理論、方法和技術

從數學角度看，綜合能源系統的規劃、運行與控制是一個龐大而復雜的非線性模型，屬于典型的復雜巨系統多目標、多時段、多變量、多約束、高維數、混合整數、隨機、非線性組合優化問題。整個系統的優化是一項極具挑戰性的工作。因此，必須研究更為高效、快速的優化理論和方法，將先進的數學理論和方法應用于綜合能源系統的優化中，提高能源的利用效率，實現資源的最佳配置和互補使用。

3.6 實踐基地的建設和示范

綜合能源系統涉及到多個能源系統之間的協調，其實現需要一個分階段的實踐過程。建立實驗研究中心和基地，為發現實際運行問題提供載體，為探索和測試新方法、新技術提供更為有利的實踐平臺。從而，加快新方法和新技術推向實用化進程，加快綜合能源系統的實現進程。

4 結 論

構建綜合能源系統，實現電能、熱能和天然氣等多種能源的綜合優化利用，是提高能源利用效率的重要途徑。根據各類能源資源的特點，探索有效的能源綜合優化規劃和運行的體系，仍存在許多的關鍵技術和核心問題需要突破和解決：

(1)在綜合能源系統的規劃方面，如何規劃有效的架構體系，使得包括化石能源、原子能和可再生能源發電在內的電力系統，供暖/冷的熱力系統，天然氣系統得到充分利用，最大限度發揮各能源系統的協調互補作用，仍是一項艱巨的任務。

(2)在綜合能源系統運行方面，如何建立各能源系統的仿真和優化模型，探索有效的解算方法則是高效利用各能源系統的關鍵。

本文在介紹綜合能源系統基本組成的基礎上，提出了一種能源綜合系統規劃與運行的方案，希望能起到拋磚引玉的作用，為能源綜合系統的建立和發展提供參考。

[1]Kroposki B, Garrett B, Macmillan S, et al.Energy systems integration: A convergence of ideas [R].National Renewable Energy Laboratory (NREL) of the U.S.Department of Energy, July 2012.

[2]王開艷，羅先覺，吳玲，等.清潔能源優先的風-水-火電力系統聯合優化調度[J].中國電機工程學報，2013，33(13)：27-35.Wang Kaiyan, Luo Xianjue, Wu Ling, et al.Optimal dispatch of wind-hydro-thermal power system with priority given to clean energy[J].Proceeding of the CSEE, 2013, 33(13): 27-35.

[3]Khodayar M E，Shahidehpour M，Wu L.Enhancing the dispatch ability of variable wind generation by coordination with pumped-storage hydro units in stochastic power systems[J].IEEE Transaction on Power Systems，2013，28(3)：2808-2818.

[4]馬溪原，吳耀文，方華亮，等.采用改進細菌覓食算法的風/光/儲混合微電網電源優化配置[J].中國電機工程學報，2011，31(25)：17-25.Ma Xiyuan, Wu Yaowen, Fang Hualiang, et al.Optimal sizing of hybrid solar-wind distributed generation in an islanded microgrid using improved bacterial foraging algorithm[J].Proceeding of the CSEE, 2011, 31(25): 17-25.

[5]郭力，劉文建，焦冰琦，等.獨立微網系統的多目標優化規劃設計方法[J].中國電機工程學報，2014，34(4)：524-536.Guo Li, Liu Wenjian, Jiao Bingqi, et al.Multi-objective optimal planning design method for stand-alone microgrid system[J].Proceedings of the CSEE, 2014, 34(4): 524-536.

[6]吳雄，王秀麗，李駿，等.風電儲能混合系統的聯合調度模型及求解[J].中國電機工程學報，2013，33(13)：10-17.Wu Xiong, Wang Xiuli, Li Jun, et al.A joint operation model and solution for hybrid wind energy storage systems[J].Proceeding of the CSEE, 2013, 33(13): 10-17.

[7]楊秀媛，黃丹，申洪.多能源互補獨立電力系統的控制策略仿真研究[J].中國電機工程學報，2013，33(4)：156-162.Yang Xiuyuan, Huang Dan, Shen Hong.Research on control strategy of multi-energy complementary isolated power system[J].Proceeding of the CSEE, 2013, 33(4): 156-162.

[8]譚興國.微電網復合儲能多目標優化配置方法及評價指標[J].電力系統自動化，2014，38(8)：7-14.Tan Xingguo.Multi-objective optimization of hybrid energy storage and assessment indices in microgrid[J].Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(8):7-14.

[9]茆美琴，孫樹娟，蘇建徽.包含電動汽車的風/光/儲微電網經濟性分析[J].電力系統自動化，2011，35(14)：30-35.Mao Meiqin, Sun Shujuan, Su Jianhui.economic analysis of a microgrid with wind/photovoltaic/storages and electric vehicles[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(14):30-35.

[10]Li C T，Ahn C，Peng H，et al.Synergistic control of plug-in vehicle charging and wind power scheduling[J].IEEE Transaction on Power Systems，2013，28(2)：1113-1121.

[11]Wu T，Yang Q，Bao Z J，et al.Coordinated energy dispatching in microgrid with wind power generation and plug-in electric vehicles[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2013，4(3)：1453-1463.

[12]Khodayar M E，Wu L，Shahidehpour M.Hourly coordination of electric vehicle operation and volatile wind power generation in SCUC[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2012，3(3)：1271-1279.

[13]Ghofrani M，Arabali A，Etezadi-Amoli M，et al.Smart scheduling and cost-benefit analysis of grid-enabled electric vehicles for wind power integration[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2014，5(5)：2306-2313.

[14]He M，Murugesan S，Zhang J S.A multi-timescale scheduling approach for stochastic reliability in smart grids with wind generation and opportunistic demand[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2013，4(1)：521-529.

[15]王銳，顧偉，吳志.含可再生能源的熱電聯供型微網經濟運行優化[J].電力系統自動化，2011，35(8)：22-27.Wang Rui, Gu Wei, Wu Zhi.Economic and optimal operation of a combined heat and power microgrid with renewable energy resources[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(8):22-27.

[16]顧偉，吳志，王銳.考慮污染氣體排放的熱電聯供型微電網多目標運行優化[J].電力系統自動化，2012，36(14)：177-185.Gu Wei, Wu Zhi, Wang Rui.Multi-objective optimization of combined heat and power microgrid considering pollutant emission[J].Automation of Electric Power Systems,2012,36(14):177-185.

[17]Basu A K，Bhattacharya A，Chowdhury S，et.al.Planned scheduling for economic power sharing in a CHP-based micro-grid[J].IEEE Transaction on Power Systems，2012，27(1)：30-38.

[18]陳潔，楊秀，朱蘭，等.微網多目標經濟調度優化[J].中國電機工程學報，2013，33(19)：57-66.Chen Jie, Yang Xiu, Zhu Lan, et al.Microgrid multi-objective economic dispatch optimization[J].Proceeding of the CSEE, 2013, 33(19): 57-66.

[19]衛志農，余爽，孫國強，等.虛擬電廠的概念與發展[J].電力系統自動化.2013，37(13)：1-9.Wei Zhinong, Yu Shuang, Sun Guoqiang, et al.Concept and development of virtual power plant[J].Automation of Electric Power Systems,2013,37(13):1-9.

[20]Shropshire D，Purvins A，Papaioannou I，et al.Benefits and cost implications from integrating small flexible nuclear reactors with off-shore wind farms in a virtual power plant[J].Energy Policy，2012，46：558-573.

[21]Mashhour E，Moghaddas-Tafreshi S M.Bidding strategy of virtual power plant for participating in energy and spinning reserve markets-part I: problem formulation[J].IEEE Transaction on Power Systems，2011，26(2)：949-956.

[22]Mashhour E，Moghaddas-Tafreshi S M.Bidding strategy of virtual power plant for participating in energy and spinning reserve markets-part II: numerical analysis[J].IEEE Transaction on Power Systems，2011，26(2)：957-964.

[23]Sucic S，Dragicevic T，Capuder T，et al.Economic dispatch of virtual power plants in an event-driven service-oriented framework using standards-based communications[J].Electric Power Systems Research，2011，81：2108-2119.

[24]Pand?ic H，Morales J M，Conejo A J，et al.Offering model for a virtual power plant based on stochastic programming[J].Applied Energy，2013，105：282-292.

[25]THEMA Consulting Group.Demand response in the Nordic electricity market [R].Nordic Council of Ministers, 2014.

[26]賈宏杰，穆云飛，余曉丹.對我國綜合能源系統發展的思考[J].電力建設，2015，36(1)：16-25.Jia Hongjie, Mu Yunfei, Yu Xiaodan .Thought about the integrated energy system in China[J].Electric Power Construction, 2015, 36(1): 16-25.

[27]張伯明，吳文傳，鄭太一，等.消納大規模風電的多時間尺度協調的有功調度系統設計[J].電力系統自動化，2011，35(1)：1-6.Zhang Boming, Wu Wenchuan, Zheng Taiyi, et al.Design of a multi-time scale coordinated active power dispatching system for accommodating large scale wind power penetration[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(1):1-6.

[28]Lu S， Etingov P V， Meng D， et al.NV energy large-scale photovoltaic integration study: Intra-hour dispatch and AGC simulation [R].Richland，Washington，Pacific Northwest National Laboratory， 2013.

(編輯：蔣毅恒)

Discussion on Optimal Planning and Operation Framework for Integrated Energy System

LI Jinghua，SANG Chuanchuan

(Guangxi Power System Optimization and Energy-Saving Technique Key Lab (Guangxi University), Nanning 530004, China)

Comprehensive and optimal utilization of electricity, thermal energy and gas is a significant way to enhance the utilization efficiency of energy and achieve energy sustainable development.However, the research of integrated energy system just has been started.There are many works needed to accomplish for the establishment of a mature integrated energy system.At the beginning of the study, one of key and necessary basic works is to clarify the research ideas and content.This paper expounded the constitutions of integrated energy system, analyzed its advantages, proposed a framework of optimal planning and operation for integrated energy system, and discussed the key technologies needed to be solved for establishing integrated energy system, which could provide references for the study and implementation of integrated energy system.

integrated energy system; energy complementary; optimal planning; optimal operation

國家自然科學基金項目(51377027)。

TM 73

A

1000-7229(2015)08-0041-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.08.007

2015-06-15

2015-07-10

黎靜華(1982)，女，博士，教授，主要研究領域為電力系統優化運行與控制，大規模風電并網運行等；

桑川川(1989)，男，碩士研究生，研究方向為電力負荷預測、風電預測。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51377027).