【能源互联网洞悉】电力系统源-网-荷-储协调生产模拟模型介绍
编者按：当前世界范围内能源转型加速，国家电网公司也提出建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业的战略目标。建设能源互联网是承接国家能源安全新战略，推动电网和发展高质量发展的关键。在新时代和新战略下，对能源互联网的认识也需要不断深化。国网能源研究院能源互联网研究所聚焦于能源互联网基础理论、综合能源系统规划优化与市场机制、能源电力转型发展、能源互联网新技术新元素、城市智慧能源系统等领域开展了深入研究。本专栏围绕能源互联网关键问题，从理论研究、模型方法和经验实践等方面展开，结合相关成果和研究思考与读者进行交流分享。
文章导读：源网荷储协调优化是能源电力高质量发展的前沿趋势，也是能源互联网环境下电力系统转型升级的重要特征，需求侧资源和储能将逐渐成为电力系统中的重要元素。国网能源院能源互联网研究所构建了电力系统源-网-荷-储协调生产模拟模型，自主开发了程序代码，支撑了《中国能源电力发展展望》及多个项目研究工作。本文从模型功能、模型构成、程序开发、模型应用等方面对该模型进行简介，希望同感兴趣的读者进行交流共享。
电力系统源-网-荷-储协调生产模拟模型介绍
执笔人：张宁
（国网能源研究院 能源互联网研究所）
一、模型功能
国网能源院能源互联网研究所构建了电力系统源-网-荷-储协调生产模拟模型，自主开发了程序代码，实现电力系统整体优化运行模拟。求解方式为通过建立数学优化模型，将模拟期内各时点各区域各类电源出力、跨区输电通道输送功率、需求响应以及储能出力的调度方案设为待求解变量，构建目标函数与约束条件，通过计算机编程的方式，求得一组满足各项约束条件、且使得目标函数值最小的解。模型可基于电力规划结果，采用生产模拟的方式对规划方案进行校验，或为验证某些因素对电力系统调度运行方式的影响，进行特定场景下的运行优化模拟。
模型主要输入包括：
●目标年各区域各类电源装机容量、跨区输电通道容量、需求响应潜力容量、储能装机容量规划结果
●各区域负荷需求时序曲线
●各区域风电、光伏发电可调出力时序曲线
●各类电源最大与最小出力系数（考虑检修、资源情况及各类电源调峰深度）、爬坡速率、燃料成本
●输电通道最大与最小输送功率系数（考虑检修、输电功率调节深度）
●需求响应相关参数（负荷削减与转移功率上限、累计电量上限、需求响应激励成本）
●抽蓄及新型储能效率、SOC上下限
●系统上旋、下旋备用率（满足负荷、风电、光伏波动）、冷备用率
●可接受的最大弃风率、最大弃光率
●区域受入/送出电力占比上限
●系统无转动惯量电源渗透率上限
模型主要输出包括：
●模拟周期内各时刻各区域各类电源出力
●各时刻各跨区输电通道输电功率
●各时刻各区域需求响应情况
●各时刻各区域储能充放电情况
●系统运行成本、系统二氧化碳排放、新能源利用率等指标
二、模型构成
作为非线性数学规划问题，该模型由目标函数和约束条件构成。
目标函数方面，包括最小化系统运行成本、最小化系统碳排放等目标。
约束条件方面，考虑了各时刻电力供需平衡、系统上旋备用、下旋备用、冷备用、电源技术出力范围、爬坡速率、新能源资源条件、输电容量限制、需求响应潜力、负荷转移平衡、储能容量限制、充放电平衡、SOC约束、系统无转动惯量电源渗透率、区域受入/送出电力占比、弃风/弃光率允许范围等十余类约束。
图1 源-网-荷-储协调生产模拟模型示意图
三、程序开发
基于国际顶尖数学优化建模开发环境GAMS完成模型程序开发，全部代码为院研究人员自主编写。目前基于中国区域尺度的生产模拟应用中，模型程序包括总计36000余个公式，32000余个决策变量和195000余个非零参数。
图2 源-网-荷-储协调生产模拟模型GAMS程序运行截图
四、模型应用
支撑开展《中国能源电力发展展望》研究，用于中长期主要水平年分区域源、网、荷、储各类元素协调优化运行模拟分析，模型部分代表性求解结果如下所示。支撑开展《综合能源系统多能转换模拟与综合能效评估技术研究》《雄安新区综合能源服务系统的市场集成交易与典型业务生产模拟、效益评价方法研究》等国网科技项目，用于电-热-气互补协同运行潜力及其对新能源消纳、系统运行成本影响等相关量化分析。支撑与IRENA联合报告《Electrification with Renewables》编写。相关成果曾获得中国产学研合作创新成果奖一等奖、中国能源研究会能源创新奖三等奖、国家电网公司软科学成果奖二等奖。
作者介绍
张宁，国网能源研究院能源互联网研究所高级研究员，电力系统自动化专业博士，高级工程师。主要从事能源电力规划、能源转型、能源互联网、综合能源等领域研究。发表SCI、EI检索论文30余篇，其中一作一区SCI4篇，一作SCI论文他引200余次，担任《Energy》等20余个SCI期刊审稿人。主笔《中国能源电力发展展望》等著作，参编国网标准3项。曾获行业级一等奖、二等奖，国家电网公司特等奖、一等奖、二等奖等奖项。
团队简介：国网能源研究院能源互联网研究所（简称互联网所）于2015年7月份成立，主要负责能源互联网市场分析及技术经济研究、能源互联网发展政策与战略规划研究、综合能源系统规划运行、城市智慧能源系统研究、综合能源服务业务发展及市场分析、国际能源政策及战略研究等。互联网所内设国际能源政策研究室、物联网经济研究室、综合能源研究室，共有19名员工，平均年龄34岁，其中博士12人，具有高级职称14人，专业覆盖电气工程及其自动化、经济学、环境科学与工程、法学、计算机科学等。曾多次获得“国家电网公司先进集体”、“国家电网公司先进班组”、“国网能源研究院先进集体”、“先进党支部”以及“课题攻关党员创新团队”等称号。
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编辑：杨彪
审核：许晓艳
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