【摘 要】
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综合能源系统恰好可以在实现多种能源综合利用、提高能源利用效率的同时,促进坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代化电网的规划运行与建设。而综合能源系统中经济性、环保性、系统安全稳定性、供能可靠性等指标的多样性对其配置规划和协调运行提出了更高的要求。首先,综合能源系统的规划和运行牵涉多个异质能源子系统,它们之间存在各种各样的耦合关系,导致系统的投资规划和运行模式变得更为复杂。其次,对于
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综合能源系统恰好可以在实现多种能源综合利用、提高能源利用效率的同时,促进坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代化电网的规划运行与建设。而综合能源系统中经济性、环保性、系统安全稳定性、供能可靠性等指标的多样性对其配置规划和协调运行提出了更高的要求。首先,综合能源系统的规划和运行牵涉多个异质能源子系统,它们之间存在各种各样的耦合关系,导致系统的投资规划和运行模式变得更为复杂。其次,对于不同级别的综合能源系统,其采取的运行方式,涉及的能源种类、设备类型及容量、负荷端的需求量规格均有所不同,因而需要结合不同级别综合能源系统的现有应用场景进行研究。在这些方面,目前常用的多目标优化模型已不再适用于未来复杂的综合能源系统的配置规划和协调运行研究。针对这一问题,本文主要对考虑多重效益、多类型指标的综合能源系统的配置规划和协调运行及适用于该类问题的众多目标削减方法和交互式优化决策方法进行了研究,主要包括以下四个方面:（1）针对考虑多重效益和多类型指标,数学模型包含众多目标（目标个数≥3）的综合能源系统配置规划和协调运行问题,本文提出了完整的解决方案框架。其中,针对众多非线性目标,提出了一种基于核矩阵的主成分分析方法,在最大程度保留原始信息的基础上削减冗余目标,尝试将众多目标优化问题转化为多目标优化问题,迎合现有启发式算法的有效性能范围。针对目标削减后仍含有众多目标的问题,提出了一种基于决策者偏好的交互式优化决策方法,利用参考点引导数学优化方法的搜索方向,在优化和决策结果互相影响的过程中为众多目标优化问题提供更优秀的解。Deb-Thiele-Laumanns-Zitzler测试函数的试验结果表明,基于核矩阵的主成分分析方法能够有效解决众多非线性目标的削减问题,基于决策者偏好的交互式优化决策方法在求得更优解的同时可以节约计算成本。（2）针对面向需求响应的用户侧综合能源系统的优化配置问题,本文分别建立了激励型需求响应模型和用户侧综合能源系统两阶段优化配置模型。在考虑不确定性的可再生能源以及各类设备的容量和运行的约束条件的基础上,着重研究负荷的需求响应行为对于系统配置的影响。同时将经济性、环保性、系统自平衡指标建模为目标函数,为投资者提供决策依据。仿真结果表明,可转移电负荷端的需求响应行为对总负荷变化曲线有一定削峰填谷的效用,对用户侧综合能源系统配置的经济效益、环境效益和系统自平衡均有益处。（3）针对用能形式多样、用能区域不断扩增、用能需求不断增长、考虑供能可靠性指标的区域综合能源系统的扩展规划问题,本文以预测函数的形式改进了三个常用可靠性指标的现有函数表达式,建立了多阶段、多负荷等级的扩展规划模型,为区域综合能源系统提供兼顾经济性和供能可靠性的扩建方案。仿真结果证实了所建立的扩展规划模型能有效防止供能可靠性指标跃入监管机构的惩罚范围,有助于系统扩展规划的综合效益的提升。（4）针对包括电网、气网、多个分布式区域冷热联供系统的大型综合能源系统的协调运行问题,本文提出了考虑各异质能源子系统的联合运行多重效益的协调优化策略。旨在平等对待不同主体间的经济性、环保性、系统安全稳定性的效益矛盾,考虑三个子系统各自的运行指标要求,求解综合效益最优且最符合决策者偏好的协调运行方案。仿真结果表明,该协调优化策略能有效处理不同子系统间的多重效益关系,提高大型综合能源系统中子系统间联合运行的协同性。
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