團隊介紹

周長城，南網科研院配電技術研究所，工程師，中國電機工程學會分布式發電及智能配電專業委員會學組成員。研究方向為綜合能源技術和配電網運行控制技術。作為項目骨干參與了《工業園區多元用戶互動的配用電系統關鍵技術研究與示范》等國家級科技項目，《面向多能互補的區域綜合能源系統的計算分析與規劃關鍵技術研究》、《分散式風力發電高比例接入配電網關鍵技術研究》等南方電網公司重點科技項目等，參與了多項配網規劃和運行控制相關行業標準、團體標準和南網企標的編制工作。

郭祚剛，博士，南網科研院配電技術研究所，高級工程師，任中電聯綜合能源服務標準化工作組委員，研究領域為綜合能源技術研發。作為項目負責人參與了南方電網公司重點科技項目《面向多能互補的區域綜合能源系統的計算分析與規劃關鍵技術研究》，作為項目聯系人參與了南方電網公司配用電重大專項《綜合能源系統規劃設計技術與運營機制研究》。

馬溪原，博士，高級工程師，主要從事多能互補綜合能源系統、新能源發電并網技術、微電網技術的研究，任全國太陽能光熱發電標準化技術委員會、能源行業風電標委會風電場并網管理分技術委員會委員。參與了《工業園區多元用戶互動的配用電系統關鍵技術研究與示范》等多項綜合能源相關國家級和公司級重大課題研究。

胡洋，工程師，主要從事微電網、新能源并網相關技術研究。作為技術骨干參與了南方電網公司重點科技項目《面向多能互補的區域綜合能源系統的計算分析與規劃關鍵技術研究》。

導語

本文面向工程實際提出了一種用戶級綜合能源系統規劃方法，以實現新建用戶級綜合能源系統相關設備容量的合理配置。

該方法以系統全規劃周期建設和運行成本最低為目標，以設備最大利用小時數反映負荷及分布式電源運行水平，避免了模型對負荷及分布式電源功率預測精度的依賴性；同時，根據用戶對不同形態、不同壓力及溫度的熱負荷需求，對相關設備的型號和容量進行了細化建模，可以更精準地滿足用戶用能需求。

醫院和工業園區的2種用戶級綜合能源系統仿真算例驗證了所述方法的有效性。此外，相關能源價格和可選設備容量等關鍵因素的靈敏度分析表明了所述方法對未來多變政策環境和技術發展的適應性。

項目研究背景

隨著分布式能源技術的不斷進步，冷、熱、電、氣等多類型能源在生產、需求側的耦合程度不斷加深，用戶級綜合能源系統是實現多能互補、梯級利用的有效方式。

本文依托2016年國家重點研發計劃項目《工業園區多元用戶互動的配用電系統關鍵技術研究與示范》和2018年南方電網公司重點科技項目《面向多能互補的區域綜合能源系統的計算分析與規劃關鍵技術研究》有關成果，為新建的用戶級綜合能源系統提供了一種切實可用的設備容量配置方法，在保證用戶正常生產生活的前提下，提升用能經濟性。

論文所解決的問題及意義

現有相關研究存在不足之處，一是對負荷預測、分布式電源功率預測準確性依賴程度高；二是部分研究在規劃時未考慮設備可選容量的離散化特征；三是對不同品質的熱負荷細化區分程度不足。

針對上述問題，本文提出了面向工程實際的用戶級綜合能源系統規劃方法，為新建用戶級綜合能源系統的規劃提供了切實可行的技術手段。

論文方法及創新點

首先，建立了用戶級綜合能源系統的整體模型和關鍵設備模型，描述了各類能源在長期運行中的轉換與流動關系。

其次，提出了包含前期資料收集、負荷預測、天然氣冷熱電聯供系統容量預配置、設備選型與容量配置四個主要步驟的規劃流程，并建立了用戶級綜合能源系統優化規劃模型，模型以全規劃周期建設和運行成本最低為目標，考慮了功率約束、能量約束、設備運行約束和用戶場地約束等條件，并通過Matlab 調用YALMIP工具包和CPLEX求解器進行求解。

圖1 用戶級綜合能源系統能流示意圖

最后，分別以醫院、工業園區的用戶級綜合能源系統為典型算例，驗證了所述方法在不同用能類型和用能特性場景下的有效性，并對設備年最大利用小時數、用戶電負荷占比、天然氣價格等關鍵因素進行了靈敏度分析。

結論

本文提出了一種基于最大利用小時數的用戶級綜合能源系統規劃方法，面向工程實際建立了以系統全規劃周期建設運行成本最低為目標的MILP 模型。通過算例分析，計算出了設備最佳選型方案，驗證了模型的合理性。

關鍵參數的靈敏度分析結果表明設備的年最大利用小時數應與對應類型的用戶負荷最大利用小時數相匹配，且相同條件下，CCHP因其高能量利用效率相比于其他單一能量供應設備具有經濟性優勢；天然氣價格變化會大大影響系統的建設運行成本，當天然氣價格突破臨界值時，用戶將不再選擇CCHP作為主要供能設備。

引用本文

周長城, 馬溪原, 郭祚剛, 胡洋. 面向工程應用的用戶級綜合能源系統規劃[J]. 電工技術學報, 2020, 35(13): 2843-2854. Zhou Changcheng, Ma Xiyuan, Guo Zuogang, Hu Yang. User-Level Integrated Energy System Planning for Engineering Applications. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(13): 2843-2854.