中国电子科技集团公司第十六研究所 安徽省 合肥市 230088
摘要：近年来，我国的基于互联网技术的多能应用广泛涉及到电力与能源行业中。多能应用多能运用作为能源互联网的主要组成部分，实现了多种能源形式的转换以及多种能源网络的互联互通，是未来的重点研究方向之一。以能源形式以及能源输送网络的网架模块性为基础定义了能源互联网的概念，并对多能应用的研究现状进行了阐述。详细描述了应用于能源互联网的多能应用的基本情况，并从系统架构特性、清洁性以及互动性等方面总结了多能应用的特点。详述了现有的主要模型以及以系统复杂度划分的两类多能应用模型，即基于能源转换效率的模型以及基于储能、能源转换和负荷一体化的模型。最后对多能应用的研究方向以及未来的研究重点进行了展望和分析。
关键词：电力;多能应用;清洁能源;互联网;协调控制;储能;分布式能源
引言
在全球性能源危机以及环境污染的背景下，大力发展可再生清洁能源已成为推进社会转型及能源产业发展的必然趋势。能源互联网是能源和互联网思维深度融合的结果，旨在提高能源利用率，并降低对传统能源的依赖，转变能源生产方式及消费模式。而多能应用多能应用作为一种新型能源一体化的开放型系统，是能源互联网的主要载体。能源集线器是多能应用的集成表现形式，不同中提到的能源路由、多载能体、能源枢纽等均为同一概念。本文从多能应用的概念出发，总结了多能应用多种能源内部的耦合关系及功能特点。同时，根据系统复杂程度划分了两种多能应用模型，并对多能应用未来的研究方向进行了展望。
1 多能应用多能应用的基本情况
1.1简介
多能应用作为新一代能源系统，是源、网、荷深度融合、紧密互动的集成化能源系统，一般由以下几部分组成:供能网络单元(如供电、供气、供冷、供热等网络)，能源交换单元(如冷热电联产机组、发电机组、锅炉、空调、热泵等)，能源存储单元(如储电、储气、储热、储冷等)，终端综合能源供给单元(如微网)和终端用户。多能应用组成结构如图1所示。
多能应用的各级子系统之间存在多重耦合关系，能源集线器作为多能应用的功能性集成，更为形象地体现了能源间的耦合关系，使得各类能源之间可以互联、互通以及互补。各能源之间耦合关系如表1所示，表中所述能源均为可储能源。
1.2多能应用具有以下特点。
1.2.1灵活性。当某类能源供给因故障中断时，系统可利用其他能源实现连续供能。时间尺度上，不同能源形式的运行时间有快有慢，且能源供应存在惯性，系统启停时间存在延迟，多能应用可在时间及能源获取的难易程度上进行互补，形成良性互动。
1.2.2可扩展性。以模块式划分的多能应用可根据各适用区域面积，形成单独的多能应用或多个多能应用联合供应，多个多能应用之间可实现互联，对于各类供能网络、能源交换及存储模块有较强的适应性及融合度，以满足更大规模的用户需求。
1.2.3高度集成性。多能应用内部网络化的集成中具有不同分工，可实现能量的产生、传输、转换、存储、使用等多种功能，所集成的互联物理系统实现了各产业及用户之间的深度融合。
1.2.4低碳性。多能应用源侧利用清洁能源代替传统的煤炭能源，以塑造有利于节能低碳的城市空间环境为目标，从源头上控制碳排放量。
1.2.5多能源协调控制。多能源之间的协调控制可极大地提高系统的安全性，使各级子系统在技术性与经济性最优的状态下运行，并可在发生事故时及时制定有效措施。
1.2.6有利于“电能替代”。相比其他能源形式，电能具有清洁、安全、便捷等优势，实施电能替代对于推动能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展具有重大意义。
2多能应用的数学模型
2.1基于能源转换效率的多能应用模型。能源传输、转换及存储过程存在一定能耗损失，此类模型用效率函数描述转换过程的损耗，并以此获得输入输出接口的函数关系，可表述为:
L=CP(1)
式中:L和P分别为以矩阵形式表示的输出与输入能量，包含电能、热能、燃气能以及其他各类形式能量;C为输入输出关系的耦合系数矩阵，其由中转设备的效率以及能量分配比例决定。多能源系统输入输出模型如图2所示。
这类模型的优点是模型较为简化，方便相关数据的计算，并可根据具体情况进行相应调整。其缺点在于仅用效率函数描述转化过程缺乏实际数据的支撑，结构类型过于简单，无法确保切实可行，同时不适用于对动态系统的模拟。
2.2基于储能、能源转换、负荷一体化的多能应用模型。储能设备除去广义上的储电，还包括储热、储气、储氢等多能源形式的储存，同时交通网的融入使得电动汽车亦可作为储能单元参与协调系统运行。这类模型将传统的、可体现系统单一截面特性的模型加以扩展，形成考虑系统动态特性的实用型模型，接口输入输出关系可描述为:
在现有多能应用相关技术不明确的情况下，很难建立一个准确的动态模型，因此该技术还有待进一步的完善和发展。此外，一些考虑了新的因素，提出了新的多能应用建模方式。
3多能应用的研究方向
3.1考虑系统动态和多种能源的特性，进行多能应用数学建模。考虑能源转换与传输的动态变化规律及各类负荷的变化特性，并利用各能源自身的特性，实现能源之间的相互补充。例如:考虑到电能易传输、难存储，而热能则易存储、难传输的特点，加入储热和电热转换单元，可实现热电之间的互补。
3.2开展潮流计算和其他电力系统计算。传统的潮流计算仅用于电力系统，多能源综合系统则需考虑混合能量流的计算。根据不同运行模式，以及各能源网络之间的耦合关系，可对以往的统一求解方式以及顺序求解法作出改进，实现多能应用的并行求解，快速准确地求解相关潮流问题。同时，在多能源系统的背景下，可仿照电力系统的计算方法进行求解计算。
3.3考虑时间尺度问题。各种能源自身的时间尺度不一致，如电能是瞬时的，气是需要时间传输的，需考虑能源转换、传输、存储等时间，以此更准确地描述整个系统变化特性。
3.4考虑综合系统的不确定性。如何评估各类不确定因素对综合系统的影响，是预测系统安全性和可靠性至关重要的问题。未来的系统模型应考虑输入、传输、转换等部分的不确定性，更加全面地描述系统特性。
3.5建立市场化模型。在遵循能源互联网宗旨的前提下，各能源运营商以及用户之间需建立协调双方的运营交易机制，既可满足用户侧需求，又可结合各类能源的分时价格，实现低价购买。
3.6多多能应用的协调控制。不同能源形式在不同应用场合承担不同的角色，对这种复杂系统的管理与控制尤为重要，需依据各能源系统最优运行方式来实现各能源利用率的最大化，以及各子系统的协同运作。
结语
在能源互联网的背景下，各类能源不再是相互独立的个体，能源体间存在越来越复杂的联系，多能应用作为能源互联、互动以及互通的桥梁，是未来研究的重点。本文从能源互联网的概念出发，对多能应用的研究状况进行了阐述。对多能应用的研究方向进行了展望，未来可针对多能源系统特性、综合潮流计算、考虑系统时间尺度问题、综合系统不确定性、市场化系统以及综合系统协调控制策略等六个方面进行相关研究。
参考文献
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论文作者:方亚坤,江健
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/19
标签：能源论文; 互联网论文; 系统论文; 模型论文; 特性论文; 电能论文; 时间论文; 《防护工程》2017年第11期论文;