多能互补网络建模及动态演化机理初探

1. 研究背景

多能互补网络是未来能源系统发展的必然趋势。然而能源种类的多样性、网络动态的复杂性以及运行中的不确定因素，导致多能互补网络运行分析及演化发展面临巨大挑战。因此，急需研究多能互补网络一体化建模方法，分析多能互补网络跨时间尺度动力学特性及多能流交互机理;研究多能互补网络演化过程模拟方法，分析其演化机理，预测多能互补网络未来形态。

2. 研究现状

目前，针对多能互补网络已有大量研究，但仍存在一定局限性：1)在建模方面，大多局限于各系统稳态耦合模型简单，暂态建模与多能流综合优化运行研究不足。2)在演化方面，主要依赖单目标优化模型，难以考虑多主体利益的冲突;同时，最佳策略固定，难以揭示动态发展机制。3)在仿真方面，缺失对物理-经济(市场)耦合系统的仿真，难以实现由于新能源波动性、市场行为复杂性等因素导致海量仿真场景的快速计算。

3. 主要创新点

本文分析多能互补网络运行与演化发展的关键技术，探讨多能互补网络中广义最优能流、运行调度和综合能源市场(稳态问题)、动态仿真与协调控制(暂态问题)、发展规划和形态设计(演化问题)，为新一代综合能源系统分析设计提供决策依据。

3.1 多能互补网络建模分析

将多能互补耦合网络抽象为广义电路，建立广义能流建模理论框架。然后，研究能量转换设备耦合特性的准确建模方法，进而建立多能互补网络的稳态模型;针对多决策主体和不确定性，在工程博弈论框架下构建多能互补网络的市场模型。最后，集成稳态和暂态模型，根据拓扑连接及信号传递关系建立接口方程，建立多种能源网络暂稳态一体化模型。

图1 多能互补网络建模框架

3.2多能互补网络动态演化机理

首先，采用“关联规则学习”等分析多能互补网络演化的驱动因素;其次，基于“复制者动态”构建多能互补网络演化的动力学模型;最后，利用“演化稳定均衡”分析多能互补网络演化的最佳终极形态。

图2 多能互补网络演化机理分析框架

3.3多能互补网络仿真模拟技术

首先，基于多Agent构建多能互补系统仿真模拟平台;其次，采用实际系统进行模型校正和平台验证;最后基于其解决多能互补典型工程问题，包括多能互补网络规划设计、市场运营机制、连锁故障模拟及安全防御等。

图3 多能互补网络仿真模拟平台框架

4. 结论

本文分析了多能互补网络运行及动态演化的关键技术，从多能互补网络建模、动态演化机理及仿真技术三个方面给出了多能互补网络建模及动态演化机理的研究框架，可为多能互补网络的相关研究提供参考。

梅生伟，李瑞，黄少伟，魏韡，张雪敏，卢强 .

多能互补网络建模及动态演化机理初探[J].全球能源互联网，2018,1(01)：10-22.

Mei Shengwei, Li Rui, Huang Shaowei, Wei Wei, Zhang Xuemin, Lu Qiang. Preliminary Investigation on the Modeling and Evolutionary Analytics of Multi-carrier Energy Systems[J].Journal of Global Energy Interconnection, 2018, 1(01):10-22.

作者：梅生伟1,2，李 瑞1，黄少伟1,2，魏 韡1，张雪敏1，卢强1

单位：1. 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系);2. 青海大学启迪新能源学院