【科研速递】河海大学在综合能源系统建模与运行优化领域取得新进展

在能源转型背景下，传统电力系统正过渡到以新能源为主体的综合能源系统。然而，综合能源系统呈现了异质、多主体、资源分散等特征，带来了异质能流分析难、多主体运行复杂、分散资源调控难等挑战。我校电气院综合能源系统规划与运行研究所在综合能源系统建模与运行优化领域取得了系列研究进展。

图1 以新能源为主体的“互联互通”综合能源系统架构

在异质多能流分析方面，建立了考虑管道管存的多能流准动态模型，提出了基于边界紧缩-凸包松弛的多能流准动态运行模型，实现了异质综合能源资源的统一表征；定量分析了异质能流方程非线性特征，提出了基于多点线性化的概率能量流分析方法，克服了传统概率能流分析模拟法计算复杂度高、解析法计算精度低的不足。

图2 综合能源系统准动态建模与能流分析

在多主体运行方面，提出了有限信息交互下综合能源系统协同运行模型，通过对比完全信息交互与非完全信息交互模型的运行成本，量化评估了不同时空颗粒度信息交互的经济价值，为多主体协同调度提供了决策参考；构建了基于凸包络的综合能源系统安全域生成模型，克服了传统超平面拟合法精度对运行点敏感的不足，为多能流系统协同安全分析提供了可视化域参考。

图3 综合能源系统协同运行与安全分析

在分散资源调控方面，提出了基于逐次凸松弛的半动态交通分配模型，通过交通余流刻画了充电需求时空耦合特性，实现了复杂非线性交通流的精准高效仿真；提出了基于差异化价格激励的车-站-网融合调控方法，实现了面向配电网灵活调节的电动汽车群有序充电，避免了充电负荷与用电负荷的“峰上加峰”问题，挖掘了海量分散综合能源资源灵活调控潜力。

图4 基于半动态交通流的车-站-网融合调控

近年来，相关成果发表于《IEEE Transactions on Power Systems》《电力系统自动化》等国内外电力行业权威期刊。论文主要作者为陈胜青年教授、卫志农教授（博士生导师）、孙国强教授（博士生导师）、臧海祥副教授（博士生导师）、吕思博士生、张景淳硕士生等，合作作者包括美国俄亥俄州立大学Antonio J. Conejo教授（IEEE Fellow）、Ramteen Sioshansi教授（IEEE Fellow）等。该研究获国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程项目支持，并已实际推广应用。

主要相关论文信息：

[1]Chen Sheng，Conejo AJ，Wei Zhinong. Power-gas coordination: making flexible ramping products feasible[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2023，37(2)：1532 -1542.

[2]Chen Sheng，Conejo AJ，Wei Zhinong. Gas-power coordination: from day-ahead scheduling to actual operation[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2022，37(2)：1532-1542.

[3]Chen Sheng，Conejo AJ，Wei Zhinong. Conjectural-variations equilibria in electricity, natural-gas, and carbon-emission markets[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2021，36(5)：4161-4171.

[4]Chen Sheng，Conejo AJ，Sioshansi R，Wei Zhinong. Operational equilibria of electric and natural gas systems with limited information interchange[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2020，35(1)：662-671.

[5]Chen Sheng，Conejo AJ，Sioshansi R，Wei Zhinong. Unit commitment with an enhanced natural gas-flow model[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2019，34(5)：3729-3738.

[6]Chen Sheng，Wei Zhinong，Sun Guoqiang，et al. Convex hull based robust security region for electricity-gas integrated energy systems[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2019，34(3)：1740-1748.

[7]Chen Sheng，Wei Zhinong，Sun Guoqiang，et al. Multi-linear probabilistic energy flow analysis of integrated electrical and natural-gas systems[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2017，32(3)：1970-1979.

[8]Chen Sheng，Conejo AJ，Sioshansi R，Wei Zhinong. Equilibria in electricity and natural gas markets with strategic offers and bids[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2020，35(3)：1956-1966.

[9]Lv Si，Wei Zhinong，Sun Guoqiang，Chen Sheng，Zang Haixiang. Optimal power and semi-dynamic traffic flow in urban electrified transportation networks[J]. IEEE Transactions on Smart Grid，2020，11(3)：1854–1865.

[10]陈胜，张景淳，卫志农，吕思，孙国强，臧海祥. 面向能源转型的电-气-氢综合能源系统规划与运行[J]. 电力系统自动化，2023，47(19)：16-30.