基于需求側(cè)響應(yīng)的能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究報告

-.z.基于需求側(cè)響應(yīng)的能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究摘要：能源互聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)我國能源革命目標(biāo)的關(guān)鍵，而互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為推動我國能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和開展的重要手段。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，分散化的能源市場和能源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造使得傳統(tǒng)的電力需求側(cè)響應(yīng)將逐步向綜合需求側(cè)響應(yīng)(integrateddemandresponse，IDR)的方向開展。本技術(shù)報告從能源互聯(lián)網(wǎng)和IDR的根本概念出發(fā)，首先闡述IDR資源在能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用和IDR實施的關(guān)鍵技術(shù)，再結(jié)合電動汽車與電網(wǎng)電能的雙向交換(vehicle-to-grid，V2G)對電網(wǎng)的影響為例來加以說明。其次，從發(fā)電本錢、環(huán)境本錢以及備用本錢三個方面建立兼容需求側(cè)可調(diào)控資源的分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行模型，從理論上分析分布式能源系統(tǒng)參與需求側(cè)負(fù)荷優(yōu)化管理能縮減大量電網(wǎng)本錢，同時提高需求側(cè)的用戶滿意度。最后在分析能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)兼容性的根底上，提出能源互聯(lián)網(wǎng)的“源–網(wǎng)–荷–儲〞協(xié)同優(yōu)化運營模式，總結(jié)其協(xié)調(diào)優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)，并提出相應(yīng)的政策建議及展望。關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)、需求側(cè)響應(yīng)、V2G、分布式能源、經(jīng)濟(jì)模型、協(xié)同優(yōu)化1、引言社區(qū)節(jié)能是一個公眾工程，也是彩生活生態(tài)圈不以盈利為目的環(huán)保E化產(chǎn)品。通過“互聯(lián)網(wǎng)+人工智能+大數(shù)據(jù)〞的方式重構(gòu)了社區(qū)能源管理模式聯(lián)通了線上線下資源，2015年，彩生活事業(yè)部的110多個社區(qū)通過E能源技術(shù)改造和社區(qū)節(jié)能系統(tǒng)構(gòu)建，完成了1000多萬度的節(jié)電量。為進(jìn)一步深化社區(qū)節(jié)能改造，保持創(chuàng)新源動力，E能源運營企業(yè)安彩華公司與大學(xué)聯(lián)合成立了能源研究院，針對物業(yè)管理能源板塊的需求進(jìn)展專業(yè)化定向技術(shù)研發(fā)，在彩生活社區(qū)局部光照覆蓋較好的區(qū)域，比方樓頂和停車棚等區(qū)域引入太陽能光伏發(fā)電，通過與政府合作，獲得資金支持，反哺社區(qū)開展。同時，線下亦在進(jìn)一步開發(fā)太陽能發(fā)電及產(chǎn)熱、蓄能、電動車充電樁、海水淡化、雨水收集與中水回用等技術(shù)的研發(fā)、使用。E能源難能可貴的是，它不僅通過開源節(jié)流產(chǎn)生的財富影響了資本市場，更重要的是它推動了社區(qū)向積極、正面、可持續(xù)開展的方向前行。E能源將聯(lián)合所有可能幫助社區(qū)實現(xiàn)節(jié)能的力量，探索環(huán)保低碳智慧社區(qū)的開展之路。相信隨著第三方企業(yè)和更多資源涌入社區(qū)，創(chuàng)新模式將逐步形成，屆時E能源不僅可以到達(dá)收支平衡、自力運營，還能實現(xiàn)盈利，進(jìn)而到達(dá)惠及社區(qū)居民，推進(jìn)社區(qū)開展的目標(biāo)。而構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)不僅需要依靠能源技術(shù)自身的創(chuàng)新，同時需要強(qiáng)調(diào)能源技術(shù)與其他領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的相互融合，也需要能源體制乃至能源生產(chǎn)消費模式的變革。因此新一輪電力體制改革應(yīng)運而生，即中發(fā)[2015]9號文"關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的假設(shè)干意見"，以下簡稱"意見"，于2015年3月正式下發(fā)。"意見"中對于深化電力體制改革的總體思路符合我國國情和國家戰(zhàn)略方針，其目標(biāo)是建立一個真正有效的電力市場機(jī)制，培育市場主體，健全完善市場機(jī)制，使市場在配置電力資源中發(fā)揮決定性作用；核心價值取向是建立一個綠色低碳、節(jié)能減排和更加平安可靠、實現(xiàn)綜合資源優(yōu)化配置的新型電力治理體系，推動我國電力生產(chǎn)構(gòu)造、消費構(gòu)造及技術(shù)構(gòu)造的整體轉(zhuǎn)型。一方面，"意見"在深化電力體制改革的總體思路和根本原則中充分表達(dá)了清潔、高效、平安、可持續(xù)的電力系統(tǒng)開展方向以及堅持節(jié)能減排的根本原則，明確了提高可再生能源發(fā)電和分布式電源并網(wǎng)比例、支持節(jié)能降耗機(jī)組上網(wǎng)、提高需求側(cè)管理水平、完善跨省跨區(qū)電力市場交易等重點任務(wù)，將開展綠色低碳、節(jié)能減排放在了十分重要的位置。另一方面，"意見"中指出要開放電網(wǎng)公平接入，完善并網(wǎng)運行效勞以及要開放用戶側(cè)分布式電源市場。鼓勵支持分布式電源開展，支持新能源、節(jié)能降耗和資源綜合利用機(jī)組上網(wǎng)。這為我國分布式電源以及新能源發(fā)電指明了開展方向，對我國促進(jìn)新能源發(fā)電消納利用以及電力資源大圍優(yōu)化配置都具有重要的現(xiàn)實意義。近幾年分布式能源如風(fēng)電、光伏等可再生清潔能源開展迅速，截至2015年全球風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)到達(dá)63GW，光伏裝機(jī)容量到達(dá)59GW，可再生能源已經(jīng)在全球的能源生產(chǎn)構(gòu)造中占據(jù)了一定的比例，但可再生能源所具有的不可儲存、強(qiáng)隨機(jī)波動等特性，對現(xiàn)有的能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行造成一定的影響。因此，在可再生能源逐步替代傳統(tǒng)能源的混合能源時代，如何實現(xiàn)可再生能源的高效利用，促進(jìn)可再生能源與傳統(tǒng)能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化，保證能源電力系統(tǒng)平安、低碳、高效、經(jīng)濟(jì)運行是目前亟需解決的問題。針對上述問題，傳統(tǒng)的電力需求側(cè)響應(yīng)逐步向綜合需求側(cè)響應(yīng)(integrateddemandresponse，IDR)方向開展[14]，實現(xiàn)供給側(cè)多類型能源協(xié)同互補(bǔ)，系統(tǒng)供需雙側(cè)資源協(xié)調(diào)互動，具有能源生產(chǎn)與交易分散化、系統(tǒng)數(shù)據(jù)與信息透明化特征的新型能源供需體系[10-13]。IDR是能源互聯(lián)網(wǎng)中實現(xiàn)用戶深度參與系統(tǒng)調(diào)控，傳遞能源市場價格信號，參與能源市場的重要切入點。本技術(shù)報告從能源互聯(lián)網(wǎng)和IDR的根本概念出發(fā)，首先闡述IDR資源在能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用和IDR實施的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合電動汽車與電網(wǎng)電能的雙向交換(V2G)對電網(wǎng)的影響為例來加以說明。其次，從發(fā)電本錢、環(huán)境本錢以及備用本錢三個方面建立兼容需求側(cè)可調(diào)控資源的分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行模型，從理論上分析分布式能源系統(tǒng)參與需求側(cè)負(fù)荷優(yōu)化管理能縮減大量電網(wǎng)本錢，同時提高需求側(cè)用戶的滿意度。最后在分析能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)兼容性的根底上，提出能源互聯(lián)網(wǎng)的“源–網(wǎng)–荷–儲〞協(xié)同優(yōu)化運營模式，總結(jié)其協(xié)調(diào)優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)，并提出相應(yīng)的政策建議及展望。2、相關(guān)理論2.1能源互聯(lián)網(wǎng)和需求側(cè)響應(yīng)概述能源互聯(lián)網(wǎng)是一套完整的能源生態(tài)系統(tǒng)，如圖1所示，其中包括能源供給、能源需求響應(yīng)、傳輸、形式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)應(yīng)用、信息管理以及運行調(diào)度控制等。在能源互聯(lián)網(wǎng)中能源供給和消費的形式更為多樣化，相互之間的轉(zhuǎn)換也更為靈活多變，由此總結(jié)出能源互聯(lián)網(wǎng)的如下特征：1)能源形式的多元化和高滲透率；2)大量的分布式能源接入使得能源的生產(chǎn)側(cè)、傳輸側(cè)和需求側(cè)在地理上不再分隔；3)更為靈活的能源交互需要跨區(qū)域的潮流分布和多源間的協(xié)同調(diào)度支持；4)多種能源間的交互需要海量的數(shù)據(jù)量測處理和多元應(yīng)用；5)社會的互動參與成為影響能源互聯(lián)網(wǎng)平安經(jīng)濟(jì)運行的核心容。圖1能源互聯(lián)網(wǎng)示意大量的分布式資源接入用戶側(cè)，使得能源生產(chǎn)與消費一體化程度更加明顯，而能源消費也面臨更為多樣化的選擇。評價能源調(diào)配質(zhì)量的重要依據(jù)將主要參考用戶參與度，能源交易以及對不同能源形式的傾向性選擇，勢必帶來能源交易的自由化和多邊化開展。綜合需求側(cè)響應(yīng)(integrateddemandresponse，IDR)的概念由傳統(tǒng)電力需求側(cè)響應(yīng)(demandresponse，DR)衍生而來，與能源互聯(lián)網(wǎng)中多能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以及多能源市場具有強(qiáng)伴生關(guān)系，是電力需求側(cè)響應(yīng)理論在能源互聯(lián)網(wǎng)中的擴(kuò)展，其整體實施框架圖如圖2所示。圖2IDR整體實施流程可以說，IDR是依托于用戶側(cè)的多能源智能管理系統(tǒng)，通過電力市場、天然氣市場、碳交易市場等多個能源市場價格信號引導(dǎo)改變用戶綜合用能行為的機(jī)制和手段。IDR實施的目標(biāo)應(yīng)該是實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)中供需雙側(cè)資源協(xié)調(diào)優(yōu)化，提高用戶用能的可替代性，約束能源供給側(cè)的市場力，平抑未來分散化能源市場中的價格波動，提高能源互聯(lián)網(wǎng)中多能源系統(tǒng)以及多能源市場的運行穩(wěn)定性和運行效率[17-19]。2.1.1IDR在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用IDR是能源互聯(lián)網(wǎng)中能量流、信息流與價值流會聚融合在用戶側(cè)的重要表達(dá)，其實施能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)供需雙側(cè)資源的協(xié)同效益[20-21]。其在能源互聯(lián)網(wǎng)中價值和作用主要表達(dá)在以下幾個方面。1)提升經(jīng)濟(jì)性。IDR的經(jīng)濟(jì)性主要表達(dá)在2個層面：①系統(tǒng)運行層面，IDR能夠促使能量在不同層級能源系統(tǒng)中的切換和梯級利用，提升系統(tǒng)整體的用能效率[22]。同時，用戶側(cè)的多能源互補(bǔ)協(xié)同利用，能夠給系統(tǒng)調(diào)節(jié)供需平衡提供“軟托盤〞，使得用戶用能需求產(chǎn)生更大的彈性，保證能源互聯(lián)網(wǎng)中高比例接入可再生能源，降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)本錢，提高系統(tǒng)運行整體的經(jīng)濟(jì)性[23]。②用戶用能層面，IDR的實施使用戶能夠?qū)Χ鄠€能源市場的價格信號做出反響，依據(jù)價格信號調(diào)整自身不同類型能源使用需求和用能習(xí)慣，從而降低自身的用能本錢，同時分布式儲能、儲熱以及電動汽車(electricvehicleEV)的接入，增加了用戶用能靈活性，使得用戶擁有更大容量的“虛擬能量單元〞，能夠直接參與輔助效勞或者能量市場的交易，提高自身收益[24]。2)提高靈活性。IDR的實施能夠增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性，提高用戶在系統(tǒng)運行和能源市場中的參與程度，充分挖掘用戶需求側(cè)的調(diào)節(jié)潛力，實現(xiàn)未來多能源系統(tǒng)的供需協(xié)調(diào)優(yōu)化以及區(qū)域能源系統(tǒng)的自平衡，從而提高系統(tǒng)中可再生能源的接入比例以及系統(tǒng)運行調(diào)控的靈活性。3)增強(qiáng)可靠性。保證可靠的能源供給是能源互聯(lián)網(wǎng)建立的目標(biāo)之一[25]。在一種類型能源網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或者局部、個別時段的能源短缺時，IDR能夠鼓勵用戶在不同時段通過不同類型能源轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)展能量補(bǔ)充，提高整個能源系統(tǒng)供能的可靠性。同時，多類型的能源存儲設(shè)備使得在需求側(cè)能夠以較低的本錢實現(xiàn)能量存儲，平抑高比例可再生能源能源系統(tǒng)中能源供給的波動性[26]。能源互聯(lián)網(wǎng)中IDR的關(guān)鍵技術(shù)在未來能源互聯(lián)的多能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，IDR需要借助一系列的支持技術(shù)才能夠?qū)崿F(xiàn)，主要包括多能源智能管理技術(shù)以及綜合用能預(yù)測分析技術(shù)。(1)多能源智能管理技術(shù)在電力系統(tǒng)中，針對家庭能量管理(homeenergymanagement，HEM)、自動需求側(cè)響應(yīng)(auto-DR)等智能用電管理技術(shù)的研究都比擬深入，以傳統(tǒng)DR為核心的智能用電已經(jīng)進(jìn)入了實施階段[31]。多能源智能管理技術(shù)是實現(xiàn)供需互動，保證用戶根本用能需求和用能感受，實施IDR的關(guān)鍵技術(shù)之一，其根本邏輯框架如圖3所示。圖3多能源管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)多能源智能管理一方面能夠?qū)δ茉醇€器中能源輸入、輸出端口進(jìn)展實時的流量監(jiān)測和控制，對部CHP、儲電、儲熱設(shè)備運行狀態(tài)調(diào)控，承當(dāng)能源集線器部能源調(diào)配任務(wù)；另一方面，能夠?qū)τ脩舨煌愋湍芰繂卧\行情況進(jìn)展實時監(jiān)測，進(jìn)而根據(jù)外部環(huán)境、能源市場價格、系統(tǒng)整體運行情況以及用戶用能習(xí)慣，對各類型能量單元工作狀態(tài)進(jìn)展管理，優(yōu)化用戶整體的能源消費曲線，提高用戶的用能效率，引導(dǎo)用戶制定最優(yōu)用能策略[32]。(2)綜合用能特性預(yù)測分析技術(shù)在傳統(tǒng)DR中，用戶作為用能單元，系統(tǒng)只是通過相應(yīng)的鼓勵手段引導(dǎo)用戶調(diào)整用能行為，實現(xiàn)供需匹配[36]。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，用戶的角色將逐步從單向的能源消費者向雙向的生產(chǎn)消費者轉(zhuǎn)變[37]，用戶的綜合用能特性是其能量生產(chǎn)與消費單元自平衡后的外部表現(xiàn)特征。因此，對于用戶綜合用能特性的分析，應(yīng)主要包括2個方面，一方面是各類型分布式能量單元出力預(yù)測，另一方面是用戶根本用能需求以及可調(diào)控潛力分析。對于分布式能量單元出力預(yù)測主要涵蓋可再生分布式電源的功率預(yù)測以及EV充放電特性分析。文獻(xiàn)[38]通過比照傳遞函數(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混合預(yù)測函數(shù)以及自回歸積分滑動平均模型(autoregressiveintegratedmovingaveragemodel，ARIMA)對太陽能輻射功率的預(yù)測結(jié)果，提出了改良的ARIMA模型對太陽能輻射功率進(jìn)展預(yù)測；文獻(xiàn)[39]通過對不同類型汽車、不同駕駛習(xí)慣以及停放特性的分析，構(gòu)建了停車生成率模型預(yù)測電動汽車停車的時空分布特征，進(jìn)而通過蒙特卡洛仿真對電動汽車充電負(fù)荷的時空特性進(jìn)展了分析。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，應(yīng)該利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在充分考慮外部影響因素(天氣、溫度、交通道路情況等)的條件下，基于改良ARIMA、馬爾科夫鏈、支持向量機(jī)、多元線性回歸等時序預(yù)測模型，構(gòu)建考慮多維不確定性擾動的分布式能量單元功率預(yù)測模型，利用歷史和反響數(shù)據(jù)對預(yù)測值進(jìn)展動態(tài)修正，提高預(yù)測模型的預(yù)測精度[40-41]。對于用戶根本用能需求以及可調(diào)控潛力的測算，需要在用戶歷史用能數(shù)據(jù)分析的根底上，對用戶用能需求進(jìn)展分類，明確剛性和可調(diào)控用能負(fù)荷圍[42-43]，進(jìn)而分析用戶各類型用能需求對于多能源市場的價格彈性。在未來能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，由于用戶具有多種能源使用選擇，用戶的可調(diào)節(jié)用能負(fù)荷圍除了傳統(tǒng)的可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和可中斷負(fù)荷外，還包括用戶用能需求中的可替代負(fù)荷，如氣-電負(fù)荷的替代。因此，下階段應(yīng)該重點研究用戶使用不同類型能源的邊界條件和行為選擇，分析用戶不同類型能源消費間的穿插彈性和可替代程度，進(jìn)而構(gòu)建不同基準(zhǔn)值下用戶的IDR響應(yīng)潛力測算模型。2.2電動汽車接入電網(wǎng)的Vehicle-to-grid(V2G)研究作為未來電網(wǎng)開展的主要構(gòu)成形態(tài)，電網(wǎng)中的分布式儲能設(shè)備正在大規(guī)模的開展，而如今社會中，汽車已經(jīng)成為人們不可或缺的代步工具，電動汽車今后勢必將成為電網(wǎng)中的重要負(fù)荷，文獻(xiàn)[37]描述了電動汽車接入電網(wǎng)的趨勢。文獻(xiàn)[38]提出了一個具體工程對電動汽車和智能電網(wǎng)進(jìn)展整合。對于電動汽車接入電網(wǎng)的研究，主要集中于以下兩個方面：電動汽車與電網(wǎng)電能的雙向交換(V2G)對電網(wǎng)的影響；適用于電動汽車充放電的電力需求側(cè)管理調(diào)度方法。電動汽車與電網(wǎng)電能的雙向交換(V2G)對電網(wǎng)的影響V2G是Vehicle-to-Grid的簡稱，它的核心思想在于電動汽車和電網(wǎng)的互動，利用大量電動汽車的儲能源作為電網(wǎng)和可再生能源的緩沖。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷過高時，由電動汽車儲能源向電網(wǎng)饋電;而當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷低時，用來存儲電網(wǎng)過剩的發(fā)電量，防止造成浪費。通過這種方式，電動汽車用戶可以在電價低時，從電網(wǎng)買電，電網(wǎng)電價高時向電網(wǎng)售電，從而獲得一定的收益。當(dāng)電動汽車作為負(fù)荷時,可以通過技術(shù)手段和經(jīng)濟(jì)手段合理安排充電時間,實現(xiàn)有序充電管理,到達(dá)移峰填谷的效果,提高系統(tǒng)運行效率，減少對電網(wǎng)平安的影響。而另一方面,當(dāng)動力電池作為儲能裝置時,可以將其作為系統(tǒng)的備用容量,或者峰荷時向電網(wǎng)提供能量,優(yōu)化電網(wǎng)運行。在這種背景下,V2G的概念應(yīng)運而生。圖4電動汽車V2G示意圖V2G技術(shù)實現(xiàn)了電網(wǎng)與車輛的雙向互動，是智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成局部。V2G技術(shù)的開展將極影響未來電動汽車商業(yè)運行模式。研究說明，與智能車輛和智能電網(wǎng)同步進(jìn)展，插電式混合動力汽車(PHEV)和純電動汽車(EV)將在20年之成為配電系統(tǒng)本身不可分割的一局部，提供儲能，平衡需求，提高緊急供電和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。據(jù)研究顯示，90%以上的乘用車輛每天平均行駛時間1小時左右，95%的時間處于閑置狀態(tài)。將處于停駛狀態(tài)的電動汽車接入電網(wǎng)，并且數(shù)量足夠多時，電動汽車就可以作為可移動的分布式儲能裝置，在滿足電動汽車用戶行駛需求的前提下，將剩余電能可控回饋到電網(wǎng)。對電動汽車用戶而言,在實行浮動電價的前提下,選擇在低電價時給車輛充電,高電價時將儲存的能量出售給智能電網(wǎng),利用其中的差價來獲得補(bǔ)貼,降低置換電動汽車的使用本錢;對于電網(wǎng)公司而言,電動汽車可作為可移動儲能裝置和調(diào)峰系統(tǒng),在電力供給充裕時充電,提高電力的利用效率,在用電緊時放電,緩解用電壓力,延緩電網(wǎng)建立投資,提高電網(wǎng)運行效率和可靠性;對于汽車企業(yè)而言,目前面臨著電動汽車短時間不能大量普及的困境,一個重要原因就是電動汽車的本錢過高,V2G技術(shù)的運用則能使電動汽車的使用本錢有效降低,降低電動汽車用戶的負(fù)擔(dān),反過來必然也將會推動電動汽車的大力開展,汽車企業(yè)也將會迎來新的開展契機(jī)。V2G作為一種構(gòu)建電動汽車與智能電網(wǎng)之間互動關(guān)系的技術(shù),具有重要的戰(zhàn)略意義。首先,電動汽車使用的規(guī)?；?能夠直接降低汽車使用周期的CO2排放。其次,通過V2G技術(shù),能夠整合可再生能源,平衡電網(wǎng)峰谷負(fù)荷,從而提高能源的使用效率。最后，V2G技術(shù)還能夠讓電動汽車通過調(diào)峰來獲取可觀的經(jīng)濟(jì)效益。適用于電動汽車充放電的電力需求側(cè)管理調(diào)度方法電動汽車作為一種充、放電時間可控的特殊負(fù)荷，如第二章、第三章中所述，假設(shè)從電網(wǎng)側(cè)對電動汽車的充、放電時間加以控制，例如選擇在夜間用電低谷時段充電、選擇在用電頂峰時段將電能倒送回電網(wǎng)，或者對電動汽車的充、放電狀態(tài)，如充電功率、電池電量等進(jìn)展監(jiān)測管理，通過控制設(shè)備來控制充、放電功率的大小，對于改善電網(wǎng)特性，減少系統(tǒng)峰谷差方面可以起到積極的作用。然而，大量電動汽車的接入，使得輸電調(diào)度系統(tǒng)無法對這些電動汽車進(jìn)展逐一調(diào)度。因為一旦對其采取集中調(diào)度，會導(dǎo)致在優(yōu)化問題上的“維數(shù)災(zāi)難〞以及通信傳輸?shù)确矫娴南嚓P(guān)問題，故需要由中低壓，甚至微電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)負(fù)責(zé)電動汽車的調(diào)度管理。采用分層分區(qū)的管理模式可以防止電動汽車充、放電控制中的問題。考慮到微電網(wǎng)將是今后電網(wǎng)開展的主要構(gòu)成局部，將成為輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)之后的第三級電網(wǎng)。故在下述調(diào)度方法中，將系統(tǒng)按調(diào)度職能分為四層：第一層為輸電系統(tǒng)管理層；第二層為配電系統(tǒng)管理層；第三層為微電網(wǎng)系統(tǒng)管理層；第四層為電動汽車控制層，如圖5所示。圖5分層管理配電系統(tǒng)管理層下分假設(shè)干區(qū)域，每個區(qū)域均有相對應(yīng)的電動汽車控制層；對于接入微電網(wǎng)的電動汽車，電動汽車控制層與微電網(wǎng)系統(tǒng)管理層相連接，每個配電系統(tǒng)下轄假設(shè)干個微電網(wǎng)管理層和假設(shè)干個區(qū)域的電動汽車控制層。如圖6所示：圖6分區(qū)管理分層分區(qū)調(diào)度適用于電動汽車充、放電的電力需求側(cè)管理調(diào)度方法，為電動汽車大規(guī)模接入微電網(wǎng)，提供了技術(shù)和管理上的支持，可以有效控制潮流，同時提高采集廣泛分布的大量電動汽車充電信息的效率；根據(jù)每個分區(qū)自己的電網(wǎng)特性，靈活地制定充電指令，實現(xiàn)充電行為的控制。2.3兼容需求側(cè)可調(diào)控資源的分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行模型“分布式能源〞是指分布在用戶側(cè)的能源綜合利用系統(tǒng)。它是以諸多能源資源為原料輸入，以冷、熱和電為主要能源產(chǎn)品輸出，以分布式能源系統(tǒng)、分布式網(wǎng)絡(luò)和分布式(智能)控制技術(shù)為根底的區(qū)域性能源產(chǎn)、供、配、售和用一體化體系。為了改良用電方式，實現(xiàn)科學(xué)用電、節(jié)約用電和有序用電所開展的相關(guān)活動，如圖7所示：圖7分布式能源系統(tǒng)示意圖電力需求側(cè)管理(DSM)是指為提高電力資源利用效率，是對終端用戶進(jìn)展負(fù)荷管理和技術(shù)改造，使用電負(fù)荷平均化，提高終端能源使用效率及實現(xiàn)綜合資源規(guī)劃等。分布式能源系統(tǒng)參與需求側(cè)管理的方式分為以下三種：在用電低谷期將分布式發(fā)電生產(chǎn)的多余電能儲存在儲能設(shè)備中，用電頂峰期時向大電網(wǎng)釋放，實現(xiàn)“削峰填谷〞，保證電網(wǎng)負(fù)荷動態(tài)穩(wěn)定；在電網(wǎng)發(fā)生故障或遭受自然災(zāi)害時輔助供電或者傳輸電能；保證用戶在強(qiáng)制停電或者供電中斷的情況下用電需求。分布式能源參與需求側(cè)管理的關(guān)鍵技術(shù)分布式能源系統(tǒng)參與需求側(cè)管理的關(guān)鍵技術(shù)主要分為以下五個方面：。(1)通信技術(shù)主要分為寬帶電力線接入技術(shù)(BPL)和無線通信技術(shù)。通過上述通信技術(shù)實現(xiàn)以下根本功能：設(shè)備間實時交互，連接各種智能電子設(shè)備、智能電能表、控制中心、電力電子裝置、保護(hù)系統(tǒng)以及終端客戶，創(chuàng)立即插即用的環(huán)境；微電網(wǎng)自身、多個微電網(wǎng)以及微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的信息交換得以實時互動；有效提高微電網(wǎng)的平安防御能力并為微電網(wǎng)實現(xiàn)自管理提供有效根底。(2)計量和端口技術(shù)計量技術(shù)：讀表體系(AMI)能夠?qū)崿F(xiàn)電能雙向計量、記錄三表(電能表、氣表和水表)等消費信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程信息雙向傳輸。用戶端口技術(shù)(ConsumerPortal)在能源供給者和消費者之間建立信息交互端口，提供能量效勞功能，包括：①需求響應(yīng)和實時定價。②能耗檢測。③遠(yuǎn)程連接/斷開。④支持配電網(wǎng)運行。⑤電能質(zhì)量監(jiān)測及管理。⑥用戶消費與用能信息及用能方案的優(yōu)化。通過計量技術(shù)和用戶端口技術(shù)可實現(xiàn)以下根本功能：讀表、遠(yuǎn)程自動抄表、消費計額、竊電檢測以及實時定價和實時計費；根據(jù)實時電價信息進(jìn)展負(fù)荷調(diào)節(jié)，控制負(fù)荷開關(guān)的自動連接/斷開，實現(xiàn)自動需求響應(yīng)；在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點進(jìn)展數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)融合；設(shè)備性能和電能質(zhì)量的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制；提供更高一級的電力效勞用戶實現(xiàn)信息共享(如電力消費信息和電網(wǎng)運行信息數(shù)據(jù)化展示，用戶用電方案、停電信息的通知等)。(3)能量管理根據(jù)能源需求、市場信息、有序用電策略和運行約束等條件快速作出決策，通過對分布式設(shè)備和負(fù)荷靈活調(diào)度來實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)運行。能量管理系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：基于實時電價的快速需求響應(yīng)控制；利用儲能裝置，實現(xiàn)對微電網(wǎng)的運行控制，匹配微電網(wǎng)用戶的熱負(fù)荷和電負(fù)荷；分級效勞，保障重要負(fù)荷用電；綜合考慮環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益的調(diào)度決策技術(shù)與配電網(wǎng)進(jìn)展能量交互，提供無功補(bǔ)償和熱備用。(4)預(yù)測技術(shù)建立數(shù)學(xué)預(yù)測模型，通過分析歷史數(shù)據(jù)和微電網(wǎng)設(shè)備性能參數(shù)，實現(xiàn)以下幾種預(yù)測功能：更準(zhǔn)確的氣象預(yù)測；更準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測；預(yù)測故障發(fā)生概率；預(yù)測運行風(fēng)險概率；預(yù)測關(guān)鍵設(shè)備終止效勞后的微電網(wǎng)系統(tǒng)響應(yīng)。(5)先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)電力電子技術(shù)：用于分布式電源和儲能的并網(wǎng)接口，提供本地電源控制和保護(hù)，孤島/反孤島檢測。超導(dǎo)電力技術(shù)：解決電力平安、高品質(zhì)供電、高密度供電和高效率輸電等難題的新的技術(shù)途徑。新型儲能技術(shù)：儲能技術(shù)是微電網(wǎng)實現(xiàn)自我管理的重要局部，按照能量轉(zhuǎn)化形態(tài)可分為物理、電磁、電化學(xué)和相變儲能四種類型分布式能源參與需求側(cè)管理的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行模型分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行模型是建立在系統(tǒng)滿足各個分布式能源正常運行及負(fù)荷消納的條件下，通過合理規(guī)劃安排各個單位的出力方案并及時進(jìn)展負(fù)荷調(diào)整，從而使得分布式能源系統(tǒng)的總運行費用最小，該模型是一個復(fù)雜的、非線性多目標(biāo)優(yōu)化問題，其經(jīng)濟(jì)運行主要考慮了經(jīng)濟(jì)本錢、環(huán)境本錢以及分布式能源的備用本錢，而對于需求側(cè)可調(diào)控資源的考慮主要表達(dá)在需求側(cè)負(fù)荷約束中。綜上所述，分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行的本錢函數(shù)為：(1)發(fā)電本錢為：(2)其中，為發(fā)電本錢；為計算的總時段數(shù)；為燃料價格；表示機(jī)組的燃料消耗；表示機(jī)組的運行維護(hù)本錢；表示機(jī)組的折舊本錢；和分別表示在時間段的購電電價和上網(wǎng)電價；表示在時間段與電網(wǎng)交換的功率值。此外，，為機(jī)組在發(fā)電時使用的燃料，為機(jī)組在啟動時使用的燃料。o，為運行維護(hù)參數(shù)，為輸出功率。，為發(fā)電機(jī)的安裝本錢，為資本回收系數(shù)，為發(fā)電機(jī)的額定發(fā)電功率，為最大利用小時數(shù)環(huán)境本錢為：(3)式中：為環(huán)境污染排放治理本錢；為污染物類型編號；為不同機(jī)組類型的污染物排放系數(shù)；為系統(tǒng)發(fā)電的污染物排放系數(shù)；為治理污染物所需費用。補(bǔ)償費用為：(4)式中：為備用容量費；為風(fēng)力發(fā)電調(diào)度值過大而引起的負(fù)荷缺額；為風(fēng)力發(fā)電調(diào)度值過小而引起的窩電量；為光伏發(fā)電調(diào)度值過大引起的負(fù)荷缺額；為光伏發(fā)電調(diào)度值過小而引起的窩電量；為風(fēng)電過調(diào)度補(bǔ)償系數(shù)；為風(fēng)電欠調(diào)度補(bǔ)償系數(shù)；為光伏發(fā)電過調(diào)度補(bǔ)償系數(shù)，為光伏發(fā)電欠調(diào)度補(bǔ)償系數(shù)。需求側(cè)負(fù)荷約束：需求側(cè)負(fù)荷主要分為固定負(fù)荷、隨機(jī)負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷。固定負(fù)荷為用戶的最小負(fù)荷需求，可以根據(jù)歷史值預(yù)測；隨機(jī)負(fù)荷為用戶臨時需求負(fù)荷，具有不可預(yù)測性；可轉(zhuǎn)移負(fù)荷為用戶將負(fù)荷從*個時間段轉(zhuǎn)移到此外時間段的負(fù)荷，具有可控制性，因此合理安排可轉(zhuǎn)移負(fù)荷是分布式能源系統(tǒng)中需求側(cè)管理的關(guān)鍵。(5)式中：為時間段轉(zhuǎn)移的負(fù)荷量；為時間段第類負(fù)荷的單位轉(zhuǎn)移量；為時間段可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的單元數(shù)量；和分別為時間段第負(fù)荷的最大輸入量和輸出量；為轉(zhuǎn)移前第類負(fù)荷的負(fù)荷量。通過研究分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行的問題，綜合考慮發(fā)電本錢、環(huán)境本錢以及備用本錢三方面，較為全面地建立了兼容需求側(cè)可調(diào)控資源的分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行模型，并可以通過相關(guān)優(yōu)化算法如煙花算法、PSO算法相比、量子煙花算法等搜索全局最優(yōu)解，從而獲得基于需求側(cè)的分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行問題的資源調(diào)控方法。從而說明當(dāng)分布式能源參與需求側(cè)負(fù)荷優(yōu)化管理時，能有效的縮減系統(tǒng)總本錢，充分發(fā)揮需求側(cè)的“削峰填谷〞作用,同時能提高需求側(cè)用戶的滿意度。2.4能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)的兼容性分析在我國，引導(dǎo)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向新能源電力系統(tǒng)開展轉(zhuǎn)變，仍然存在假設(shè)干問題亟待解決。而能源互聯(lián)網(wǎng)則是解決這些問題的關(guān)鍵手段：1)雙側(cè)隨機(jī)問題。電力系統(tǒng)傳統(tǒng)運營模式下，用戶用電需求的隨機(jī)性較強(qiáng)，發(fā)電出力則相對可控。新能源電力系統(tǒng)背景下可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)，顯著增加了發(fā)電出力的隨機(jī)性，造成供需雙側(cè)的不匹配問題，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運行。能源互聯(lián)網(wǎng)使得能源生產(chǎn)與消費的界限模糊化，以分布式發(fā)電為主的分散式能源模塊將使用戶有能力實現(xiàn)能源供需的自我平衡，并且與集中模塊、能源輸送模塊等實現(xiàn)互補(bǔ)協(xié)調(diào)，從而提高供需雙側(cè)的匹配度。2)規(guī)劃設(shè)計問題。當(dāng)前我國電力系統(tǒng)整體規(guī)劃失調(diào)，具體表現(xiàn)為電源與電網(wǎng)規(guī)劃不協(xié)調(diào)、多類型電源規(guī)劃不協(xié)調(diào)、分布式電源規(guī)劃不協(xié)調(diào)等問題[23-24]。在系統(tǒng)規(guī)劃階段的失調(diào)嚴(yán)重影響了新能源電力系統(tǒng)整體可控性、新能源與多種能源之間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)。在這方面，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠突破空間限制，實現(xiàn)各規(guī)劃根本要素的可視化展示，多時間尺度下模擬各規(guī)劃方案的實際運行效果，兼顧“源–網(wǎng)–荷–儲〞四個方面的互補(bǔ)協(xié)調(diào)，并從中選擇最優(yōu)規(guī)劃方案。3)系統(tǒng)運行可控性問題。電力系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)既高度相關(guān)又相對獨立，新能源電力模塊的大規(guī)模并網(wǎng)使得系統(tǒng)中發(fā)電單元的數(shù)量急劇增長，系統(tǒng)中受控設(shè)備受到隨機(jī)因素擾動的可能性進(jìn)一步增加，造成系統(tǒng)可控性降低，系統(tǒng)各單元之間協(xié)調(diào)、控制難度加大。能源互聯(lián)網(wǎng)通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與廣域能源系統(tǒng)優(yōu)化運行控制技術(shù)，依托多元智能能源輸送網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)新能源發(fā)電與傳統(tǒng)靈活可控發(fā)電資源的互補(bǔ)協(xié)調(diào)，進(jìn)一步加深其他能源模塊(天然氣、石油、水資源等)與電力系統(tǒng)之間的相互融合，從而實現(xiàn)廣域圍的多能源協(xié)同互補(bǔ)。通過這種互補(bǔ)協(xié)同來彌補(bǔ)由于新能源大規(guī)模接入帶來的系統(tǒng)運行可控性降低。綜上所述，能源互聯(lián)網(wǎng)將是構(gòu)建和開展新能源電力系統(tǒng)的關(guān)鍵手段，而這種關(guān)鍵作用必須要有先進(jìn)的信息技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)作為支撐，也需要相應(yīng)的協(xié)同優(yōu)化運營模式來整合各市場元素、系統(tǒng)元素等。能源互聯(lián)網(wǎng)背景下新能源電力系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化運營模式在能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，能源開發(fā)、利用和管理模式都將發(fā)生本質(zhì)變化，能源供給體系將呈現(xiàn)分散和集中能源模塊相結(jié)合的形式，在每個分散能源模塊自平衡、自優(yōu)化的根底上，實現(xiàn)分散模塊與集中模塊的協(xié)調(diào)互補(bǔ)，進(jìn)而在能源供給端自身以及能源供需雙側(cè)都到達(dá)協(xié)同優(yōu)化，提出能源互聯(lián)網(wǎng)的“源–網(wǎng)–荷–儲〞協(xié)同優(yōu)化運營模式，IDR資源是能源互聯(lián)網(wǎng)運行調(diào)控過程中的重要可控資源，是實現(xiàn)能源系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷-儲〞協(xié)同的關(guān)鍵[44]。從傳統(tǒng)意義上講，“源網(wǎng)荷儲〞協(xié)調(diào)優(yōu)化模式與技術(shù)是指電源、電網(wǎng)、負(fù)荷與儲能四局部通過多種交互手段，更經(jīng)濟(jì)、高效、平安地提高電力系統(tǒng)的功率動態(tài)平衡能力，從而實現(xiàn)能源資源最大化利用的運行模式和技術(shù)，該模式是包含“電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲能〞整體解決方案的運營模式。作為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心和紐帶，電力系統(tǒng)的“源網(wǎng)荷儲〞協(xié)調(diào)優(yōu)化模式能夠更為廣泛地應(yīng)用于整個能源行業(yè)，與能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與體制相結(jié)合，形成整個能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運營模式。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，“源網(wǎng)荷儲〞協(xié)調(diào)優(yōu)化有了更深層次的含義；“源〞包括石油、電力、天然氣等多種能源資源；“網(wǎng)〞包括電網(wǎng)、石油管網(wǎng)、供暖網(wǎng)等多種資源網(wǎng)絡(luò)；“荷〞不僅包括電力負(fù)荷，還有用戶的多種能源需求；而“儲〞則主要指能源資源的多種倉儲設(shè)施及儲藏方法。能源互聯(lián)網(wǎng)“源網(wǎng)荷儲〞協(xié)調(diào)優(yōu)化運營模式的主要架構(gòu)如圖8所示。圖8能源互聯(lián)網(wǎng)“源–網(wǎng)–荷–儲〞協(xié)調(diào)優(yōu)化運營模式為支撐上述能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化模式的流暢運行，需要有一定的技術(shù)架構(gòu)作為根底來實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)不同模塊之間的能量流與信息流互聯(lián)互通，根據(jù)能量流與信息流的流動方向，能源互聯(lián)網(wǎng)“源網(wǎng)荷儲〞協(xié)調(diào)優(yōu)化模式的技術(shù)架構(gòu)如圖9所示圖9能源互聯(lián)網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲〞技術(shù)架構(gòu)如圖9所示，為實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)在廣域圍的“源-網(wǎng)-荷-儲〞協(xié)調(diào)優(yōu)化，技術(shù)框架包含4個主要局部：1)在系統(tǒng)規(guī)劃局部，需要有專項技術(shù)優(yōu)化各類型電源(包括集中式與分布式)的選址定容、微網(wǎng)及主網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計，為“源網(wǎng)荷儲〞協(xié)調(diào)優(yōu)化運行奠定根底。

2)在系統(tǒng)運行局部，需要有專項技術(shù)能夠在微觀層面上控制各分布式電源及儲能設(shè)備的充放電，實現(xiàn)用戶端各模塊的部自優(yōu)化、自適應(yīng)，提高各模塊的可控性。在宏觀層面上，形成新能源發(fā)電與傳統(tǒng)化石能源發(fā)電出力的優(yōu)化組合，通過分布式發(fā)電、儲能設(shè)備等技術(shù)，引導(dǎo)用戶用電負(fù)荷主動追蹤發(fā)電側(cè)出力。

3)在系統(tǒng)信息通信局部，需要有專項信息交互技術(shù)保證信息流在各個能源模塊間的雙向自由流動，收集各個模塊的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)展初步的分類、處理，隨時滿足用戶的初級數(shù)據(jù)需求，并且將收集來的數(shù)據(jù)輸入云端信息處理局部。

4)在云端信息處理局部，需要有專項技術(shù)把能源供給模塊、能源網(wǎng)絡(luò)模塊以及能源需求的數(shù)據(jù)信息進(jìn)展集成、處理、分析以對外公布，同時反響到優(yōu)化模塊來制定系統(tǒng)的優(yōu)化運行方案，在較為長遠(yuǎn)的時間尺度上，將全能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息反響到系統(tǒng)能源規(guī)劃模塊中，以進(jìn)一步循環(huán)優(yōu)化、修正系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計。能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)銜接關(guān)鍵技術(shù)為進(jìn)一步強(qiáng)化能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在推動新能源并網(wǎng)、構(gòu)建新能源電力系統(tǒng)方面的推動作用，應(yīng)當(dāng)在目前已有的智能電網(wǎng)技術(shù)根底上，嵌套更為先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)之間的能量信息連接橋梁，同時配合廣域能源規(guī)劃技術(shù)、運營技術(shù)，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的整體優(yōu)化。1)能源模塊信息能量交互分析技術(shù)能源互聯(lián)網(wǎng)框架下，各個模塊之間信息能量充分互聯(lián)互通，這需要以強(qiáng)有力的交互技術(shù)為根底，該技術(shù)也是分散模塊自平衡模式、廣域能源供需協(xié)同優(yōu)化運行模式的關(guān)鍵技術(shù)支撐。主要包括信息交互和能量交互兩個方面。信息交互方面，未來主要的技術(shù)研發(fā)方向為云端大數(shù)據(jù)信息交互，包括大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、識別技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等。將這些技術(shù)與云計算技