能源综合系统优化规划与运行框架

黎静华，桑川川

(广西电力系统最优化与节能技术重点实验室(广西大学)，南宁市 530004)



能源综合系统优化规划与运行框架

黎静华，桑川川

(广西电力系统最优化与节能技术重点实验室(广西大学)，南宁市 530004)

综合优化利用电能、热能和天然气等多种能源，是提高能源使用效率，实现能源可持续发展的重要途径。然而，综合能源互联系统的研究才刚刚起步，建立成熟的综合能源利用系统尚需要开展大量的研究工作。在研究初期，理清研究思路和内容是关键而且必要的一项基础工作。阐述了综合能源系统的组成，分析了能源综合的优势，提出了一种综合能源系统的优化规划和运行的框架，探讨了建立综合能源系统需要解决的关键技术，希望能为研究和实现多种能源互补、互联提供参考。

综合能源系统；能源互补；优化规划；优化运行

0 引 言

化石能源、核能、风能、光能、热能、天然气是能源利用的主要形式，目前各类能源在使用过程均存在大量的浪费。国家能源局公布的数据显示，我国弃风、弃光的形势依旧严峻，2014年上半年部分区域弃风率在35%～40%；中国年鉴2014年的统计数据显示，发电及电站供热的能源转换效率只有43.01%。可见，我国的能源利用效率还有很大的提升空间。

美国国家新能源实验室(national renewable energy laboratory，NREL)指出：整合优化包含新能源、核能、化石能源在内的电力网络，热力网络，能源输送网络以及数据网络是实现能源可持续发展的必然之路[1]。然而，综合使用多种能源(简称“多能”)资源，实现风、光、热、气等多能系统联合互补运行，目前仅是一个目标和愿景，尚未有成熟的运行框架、方法及机制。设计多能联合优化运行的框架，探讨实现多能互补的关键技术，明确未来的研究工作，是实现这一目标的关键和必要的基础工作，也是当前迫切需要解决的问题。

近年来，随着以风电、光伏发电为代表的新能源电力的大规模开发和逐步并网，不少研究通过多种电源(简称“多源”)协同运行提高新能源电力的接纳能力，展现了多源互补的优势。风电—水电是一种最常见的联合运行形式。文献[2-3]利用具有快速调节能力的水电响应风电的随机波动，对风电、水电和火电进行联合调度，在提高风电接纳能力的同时，平稳了火电机组的出力。

然而，水力发电受地理位置的限制，不能在任意系统中使用。为此，文献[4-7]研究了可以灵活安装的储能装置与随机波动的风电、光伏发电进行协调运行。文献[4-5]从规划的角度，提出了微型电网中风力发电、光伏发电和储能等各类电源的容量配置方法；文献[6]从运行的角度，提出了多时间尺度的风电和储能联合调度模型与方法；文献[7]从控制的角度，提出了快速跟踪系统动态响应的功率控制策略。为了更好地平滑可再生能源波动，提升电能质量，文献[8]更进一步地提出了利用蓄电池和超级电容复合储能的方法。综上，文献[2-8]研究了风-光-储的联合运行方法和策略，为提高风电、光伏发电的接纳能力提供了方法和途径。

文献[2-8]主要是在电源侧进行联合优化运行，联合的资源类别相对单一。文献[9-14]则在此基础上扩大了联合范围，将电源侧与负荷侧进行联合，主要与具有充电和放电功能的电动汽车进行联合。通过优化电动汽车的充放电行为，应对风电的间歇性，实现功率平衡，从而提高风电的可接纳能力。文献[15-18]则扩展到电能和热能的联合优化运行，针对由风电机组、光伏电池、燃料电池、余热锅炉、燃气锅炉、蓄电池以及热电负荷构成的热电联供型微型系统进行优化，在充分利用能源资源，应对风电、光伏发电的随机波动性的同时，可将污染物对环境的影响降到最低。此外，近年来，虚拟电厂得到了广泛关注和重视。文献[19]指出，虚拟电厂可认为是通过先进信息通信技术和软件系统，实现分布电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂接入电网。通过聚合和协调调度，虚拟电厂对外可以呈现出与大电厂相似的平稳的出力特征，有利于电网运行。文献[20-24]对虚拟电厂分布式能源的组成、容量配比和运行控制技术进行了较为深入的研究。

现有研究为能源综合系统的建立进行了有益的探索。但大多数还是针对范围较小、能源组合较为单一的小区电网和微型电网或从单一优化技术的角度进行研究。未从较大范围内能源系统的角度，例如多区域的联合，对电力系统、热力系统和天然气等多种能源系统的综合优化规划与运行体系进行深入研究和探讨。针对多能系统的综合，仍有许多工作尚需延展和深入。

第一，以风电、光电为代表的新能源电力具有强随机性和波动性，其大规模的并网后引起的系统调峰、调频以及弃风、弃光等问题，仅依赖于储能系统难以完全解决。需要更充分、更灵活地发挥其他能源形式的互补作用，将难以消纳的电力转换为更为多样的能源形式，或从将其他形式能源转换为电力，实现电力平衡。

第二，天然气系统可以成为电力系统的强大储备。天然气发电是缓解电力调峰压力的重要灵活性电源，天然气冷-热-电联供系统将是向低碳能源过渡的主力军。因此，研究电力系统与天然气系统的联合优化与转化具有重要意义。

第三，在我国北方地区，冬季寒冷，建有供热系统；在我国南方地区，夏季炎热，空调负荷比重很大。当前主要采用的单一的供暖/制冷的方式存在着极大的能量浪费，将电力流和热力流联合优化转化，可大大提高能源的利用效率，具有可观的经济效益。

第四，在广袤的空间中，分散着大量的水电、风电、光伏发电、生物质能源发电等小规模的分布式电源。如果按其自然出力接入电网，那么各类电源的优势必然得不到充分互补和发挥。因此，分布建立小型“调度中心”，集中调度一定空间范围内的分布式电源，使其对外输出“呈现”大型电厂的特性，形成虚拟电厂，对提高分布式电源的利用率具有重要意义。

第五，在未来的电力系统中，用户的消费行为对能源的使用将产生重要的影响。例如，电动汽车的充放电时间的安排，用户选择何种能源作为消费终端，用户是否愿意作为可中断负荷接入等等，对电力系统的安全性以及经济性均具有重要的影响。因此，建立有效的管理机制，发挥需求侧响应的友好协调作用，具有重要意义。

基于此，本文构思一种包括电力、热力和天然气等多种能源在内的能源综合系统的构架，提出一种多能系统协调优化规划运行与能源转换的框架，探讨多能互补运行的关键技术和需解决的问题，希望能为能源互联、多能互补运行提供参考，起到积极作用。

1 能源综合系统的组成

1.1 系统架构的设计

能源综合系统(integration of energy systems，IES)不仅仅包括新能源、原子能、化石能源的优化，还包括电力流、热力流、能源流和数据流的优化和设计，使得电力、热力、天然气等能源达到最高的使用效率和最小的浪费[1]。基于这一理念，本文设想了一个综合能源的系统，如图1所示。图1所示的综合能源系统包括电力系统、热力系统、天然气系统、储能系统、虚拟电厂和需求侧管理几个部分。综合能源系统中，存在如下能量的交互：

(1)电力系统与热力系统交互。对于电力系统而言，在用电低谷时，可以将多余的风电、光电转换为热能进行存储，减少弃风、弃光；在用电高峰时，采用蓄热装置对热负荷进行供电，减少当前时段电力的使用，缓解调峰问题。对于热力系统而言，通过从电力系统中获取暖气、冷气，减少了制暖和制冷的能源消耗。对整个能源系统而言，提高了能源的利用效率，减少一次能源的消耗量。

图1 综合能源系统组成

(2)电力系统与储能系统的交互，将储能系统作为主要调节电源之一，缓解调峰、调频问题，提高电能质量。在用电低谷时段，将富余的新能源电力转换为机械能、电磁能、化学能或H2等多种形式进行存储；在用电高峰时段或电力紧缺时，从储能系统获取电力。不同类型的储能的响应特性与适用场合不同，根据电力系统对不同响应时间的旋转备用的需求，转换成不同形式的能量进行存储，满足电力系统不同场合的需求，充分发挥储能的作用。

(3)电力系统与天然气系统的交互，同时优化电力流和气流，互为支持，对节约能源、提高能源效率具有重要意义。综合经济和环境双重因素的考虑，天然气发电已成为天然气利用的第一选择。1973—2014年，全世界天然气发电在总发电量中所占的比例从1973年的12.1%增长到了目前的20%以上。我国的集中式天然气发电也逐年增长，天然气属于清洁能源，其将是未来过渡到低碳能源发电的主力军。与电力相比，天然气可以大量存储，且天然气发电机组启动快速，容量大，可以作为重要的灵活电源。天然气系统与电力系统类似，有独立的网络和输送通道，电力网络与天然气网络相结合，互为电源与负荷，系统配套，构成坚固、互补、灵活的国家能源战略互补体系。

(4)电力系统与虚拟电厂。如图2所示，虚拟电厂(virtual power plan, VPP)将空间上分散的分布式电源通过集中调度和使用，实现分布式电源的优势互补。虚拟电厂[19]并非实体性电厂，也并未改变每个分布式电源的并网方式，而是通过先进的控制、计量、通信等技术聚合分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等，并通过更高层面的软件架构实现多个分布式电源的协调优化运行，更有利于资源的合理优化配置及利用。

图2 虚拟电厂示意图

(5)电力系统与需求侧响应。用户的消费行为，包括选择何种能源作为终端消费，消费能源的时段等，对电力系统乃至整个能源系统的平衡均产生重要影响。参照文献[25]，用户消费行为主要有如图3所示中断负荷、变换能源以及负荷转移等3种。中断负荷是指停止使用电力；变换能源是指改变能源消费形式，采用油或天然气等能源替换电力；负荷转移是指选择在负荷低谷时进行生产或消费活动。从图3可以看出，中断负荷或改变能源消费形式可以降低负荷的高峰，负荷转移通过改变能源使用时间可以起到削峰填谷的作用。如图3，通过将负荷转移，负荷曲线(实线)改变为峰谷差更小的负荷曲线(点划线)。

图3 灵活性负荷需求类型示意图

因此，联合需求侧响应，改变用户固有的用电模式，对减少或者推移某时段的用电负荷从而响应电力供应，具有重要意义。

1.2 综合能源系统的优势

为了说明图1所建立的综合能源系统的优越性，下面与电力网、热力网和天然气三者单独运行的模式时的能源流进行了比对。图4为单独运行模式的能源流向简图，图5为综合能源系统的能源流向简图。

图4 单独运行模式的能源流向简图

图5 综合能源系统的能源流向简图

图4中，各供能系统根据自身的负荷需求进行单独规划与运行，为了保持供需平衡，当能源供给(剔除可存储的容量)高于能源需求时，需要减少能源供给甚至弃掉能源，这就有可能造成能源的浪费；当能源(剔除可存储的容量)供给不能满足能源需求时，需要强制降低甚至切除负荷，这将会造成极大的经济损失。然而，实质上，供电、供气、供热/供冷系统在生产、输配、消费和存储不同环节之间具有时空耦合机制和互补替代性[26]。例如，供电、供气、供热/供冷系统负荷需求存在明显峰谷交错现象：在冬天的晚间，供热负荷处于高峰而供电负荷处于低谷；在白天上班时间，供热负荷处于低谷而供电负荷处于高峰。如果能综合利用，将大大提高能源的利用效率。

图5为综合能源系统能流示意图，图中线条的粗细代表能流的大小。可以看出，综合系统中，可以根据各类负荷的变化，借助于其他系统的协调能力，变更和改变能流的大小，在满足供需平衡的要求下，实现资源的最优配置。此外，通过能源之间的优化互补和协调，不仅可以大大提高能源的利用效率，减少能源损耗，还可以提高系统运行的安全性和可靠性。

2 多种能源综合优化规划与运行框架的设计

优化规划各组成部分，采取有效的运行体系，合理分配图5所示的能源流，是综合能源系统高效安全运行的决定性工作。为此，针对如图1所示的综合能源系统，在传统电力系统优化规划与运行的基础上，本文提出了如图6、7所示的优化规划与运行框架，下面分别对其进行阐述。

2.1 综合能源系统优化规划框架

图6为所设计的综合能源优化规划内容，通过优化规划，实现各种能源资源的最优配置。在优化规划过程中，目标函数需综合考虑技术指标、经济指标和环境指标，约束条件需要考虑社会因素约束、市场因素约束、并网要求、安全约束、能源约束。综合能源系统的规划主要涉及如下几个方面内容。

图6 综合能源系统优化规划体系

(1)热力系统的规划：包括热力存储容量和冷气存储容量的规划。

(2)储能系统容量和种类的规划：储能的种类有多种，不同储能具有不一样的技术指标、经济指标和适用范围。根据电力系统对备用响应时间和容量的需求，例如小时级别备用、30 min备用、5 min备用、1 min备用和秒级别的备用，并结合储能系统的技术指标和经济性指标，对储能系统中储能的种类以及容量进行规划。

(3)天然气系统的规划：存储气的类型和存储罐的容量。

(4)虚拟电厂的规划：包括虚拟电厂的个数与分布规划，虚拟电厂中各分布式电源的构成种类规划，各虚拟电厂管辖的地理范围，虚拟电厂中各类分布式电源容量的最优配比。

(5)连接节点的规划：包括储能系统与电力系统的连接节点规划、天然气系统与电力系统连接节点规划、虚拟电厂中各类分布式电源连接节点规划、热力系统与电力系统连接节点的规划。

(6)需求侧响应规划：根据电力系统供需状况制定相应政策。

(7)网络架构的规划：包括电力网络、天然气网络以及热力网络的规划。

各个系统的规划结果将作为综合能源系统优化运行的基础数据和参数。

2.2 综合能源系统优化运行框架

本文设计了如图7所示的综合能源系统优化运行框架，实现所配置的能源和资源的最优利用。

图7包括日前计划模型，日内计划模型，拟实时计划模型和实时/自动发电控制(automatic generator control，AGC)模型。其中，日前计划模型每24 h执行1次，日内模型每1 h执行1次，拟实时模型每10 min执行1次，实时模型每5 min执行1次，AGC每1 min执行1次。日前、日内、拟实时、实时、AGC闭环控制运行，根据最新的负荷预测结果和新能源预测结果，不断更新和修正前一阶段的调度计划，使之更好地跟随实际发生的负荷和实际发生的新能源出力。

与调度运行框架[27]相比，所提运行框架具有如下特点：

(1)日前、日内、拟实时、实时/AGC控制每个模块在每次执行过程中均与热力系统、储能系统、天然气系统、虚拟电厂、需求侧/负荷侧进行协调交互。首先根据电力系统的需求，向其他系统发出指令，各系统收到指令后，依据自身的运行状态将对指令的响应情况反馈到电力系统，电力系统根据反馈情况再进行协调，如此反复直至达到各系统的优化平衡。

图7 综合能源系统优化运行框架

(2)在优化运行的过程中，根据电力系统、热力系统、天然气系统、储能系统、虚拟电厂、需求侧/负荷侧的特点、响应时间和容量等，动态更新参与调节机组和负荷的模型，固定不可调的机组和负荷，优化可调的机组和负荷，做到各个系统平衡。

(3)与文献[27]相比，增加了拟实时模块。拟实时模块每10 min执行1次，其主要作用是为了减少AGC实时控制模块与其他系统的交换调节量。AGC/实时模块与拟实时模块之间增加了仿真控制器，拟实时模块不断根据最新的实时预测数据，对实时工况进行仿真模拟，调整当前运行状态接近于实时工况，减轻AGC的调节压力。

(4)参照文献[28]，实时控制模型并不作为1个单独的模块，而是嵌在AGC模型中与AGC机组同时运行。当AGC机组不能满足联络线交换功率和频率的要求时，实时模块会通过紧急启动调峰机组、调频机组、储能系统、可调节负荷等支援。

3 实现能源综合系统的关键技术探讨

上述章节中，仅提出了能源综合优化系统的构想和实现框架。真正要实现多种能源综合利用，尚存在大量具体的技术需要研究、发展和突破。从技术角度看，主要有如下几个方面。

3.1 基础设施的建设和完善

(1)建设天然气系统与电力系统的连接，完善供暖/供冷系统等基础设施。天然气系统、热力系统是可以提供强大电力支撑的两大系统，建设和健全电力系统与这两大系统连接的基础设施，使之相互支持，是构成坚固、互补、灵活的国家能源战略互补体系的重要部分。

(2)完善能源和电力的输送通道，加强能源和电力的输送能力。我国能源分布与电力分布具有严重区域差异，“西电东送” 、“西气东输”是我国的两大重要工程。建设更为经济便利的能源输送通道以及高效经济的电力输送通道，对于我国接纳新能源电力，提高能源综合利用效率尤为重要。

(3)建立高速的数字通信渠道，实现能源、数据和信息网络的高速融合。准确、全面和快速的数据和信息，是电力系统以及各能源系统实现安全和高效运行与精准控制的基础和关键。此外，在建设好数据信息通道的同时，如何更好利用庞大的数据信息，挖掘出更有价值的变化信号，仍是需要解决的关键技术之一。

3.2 综合能源系统市场机制的建立

要实现成熟的多种能源互补运行，必须制定完善的能源市场交易机制。包括电力与天然气的交易市场、电力与热力的交易市场以及需求侧的电价机制、补偿机制和辅助服务价格等。

3.3 综合能源系统优化指标体系的建立

综合能源系统不仅仅是某个系统的收益问题，其更是一个关系到能源持续发展和国计民生的环境问题、社会问题。因此，判断和优化综合能源系统的指标在考虑运行成本以外，还应考虑到能源转换的效率、对环境的影响等。

3.4 能源系统互联的数学模型的建立

电力系统、热力系统、天然气系统和储能系统等在物理特性上存在很大的差异，分析各个系统的运行机理，研究其静态工作特性和动态工作特性，研究电-热联合、电-气联合之间能量转换和耦合的方式，并基于此建立合理的数学模型进行分析，是实现各种能源互补运行与控制的基础与关键。

3.5 先进的优化理论、方法和技术

从数学角度看，综合能源系统的规划、运行与控制是一个庞大而复杂的非线性模型，属于典型的复杂巨系统多目标、多时段、多变量、多约束、高维数、混合整数、随机、非线性组合优化问题。整个系统的优化是一项极具挑战性的工作。因此，必须研究更为高效、快速的优化理论和方法，将先进的数学理论和方法应用于综合能源系统的优化中，提高能源的利用效率，实现资源的最佳配置和互补使用。

3.6 实践基地的建设和示范

综合能源系统涉及到多个能源系统之间的协调，其实现需要一个分阶段的实践过程。建立实验研究中心和基地，为发现实际运行问题提供载体，为探索和测试新方法、新技术提供更为有利的实践平台。从而，加快新方法和新技术推向实用化进程，加快综合能源系统的实现进程。

4 结 论

构建综合能源系统，实现电能、热能和天然气等多种能源的综合优化利用，是提高能源利用效率的重要途径。根据各类能源资源的特点，探索有效的能源综合优化规划和运行的体系，仍存在许多的关键技术和核心问题需要突破和解决：

(1)在综合能源系统的规划方面，如何规划有效的架构体系，使得包括化石能源、原子能和可再生能源发电在内的电力系统，供暖/冷的热力系统，天然气系统得到充分利用，最大限度发挥各能源系统的协调互补作用，仍是一项艰巨的任务。

(2)在综合能源系统运行方面，如何建立各能源系统的仿真和优化模型，探索有效的解算方法则是高效利用各能源系统的关键。

本文在介绍综合能源系统基本组成的基础上，提出了一种能源综合系统规划与运行的方案，希望能起到抛砖引玉的作用，为能源综合系统的建立和发展提供参考。

[1]Kroposki B, Garrett B, Macmillan S, et al.Energy systems integration: A convergence of ideas [R].National Renewable Energy Laboratory (NREL) of the U.S.Department of Energy, July 2012.

[2]王开艳，罗先觉，吴玲，等.清洁能源优先的风-水-火电力系统联合优化调度[J].中国电机工程学报，2013，33(13)：27-35.Wang Kaiyan, Luo Xianjue, Wu Ling, et al.Optimal dispatch of wind-hydro-thermal power system with priority given to clean energy[J].Proceeding of the CSEE, 2013, 33(13): 27-35.

[3]Khodayar M E，Shahidehpour M，Wu L.Enhancing the dispatch ability of variable wind generation by coordination with pumped-storage hydro units in stochastic power systems[J].IEEE Transaction on Power Systems，2013，28(3)：2808-2818.

[4]马溪原，吴耀文，方华亮，等.采用改进细菌觅食算法的风/光/储混合微电网电源优化配置[J].中国电机工程学报，2011，31(25)：17-25.Ma Xiyuan, Wu Yaowen, Fang Hualiang, et al.Optimal sizing of hybrid solar-wind distributed generation in an islanded microgrid using improved bacterial foraging algorithm[J].Proceeding of the CSEE, 2011, 31(25): 17-25.

[5]郭力，刘文建，焦冰琦，等.独立微网系统的多目标优化规划设计方法[J].中国电机工程学报，2014，34(4)：524-536.Guo Li, Liu Wenjian, Jiao Bingqi, et al.Multi-objective optimal planning design method for stand-alone microgrid system[J].Proceedings of the CSEE, 2014, 34(4): 524-536.

[6]吴雄，王秀丽，李骏，等.风电储能混合系统的联合调度模型及求解[J].中国电机工程学报，2013，33(13)：10-17.Wu Xiong, Wang Xiuli, Li Jun, et al.A joint operation model and solution for hybrid wind energy storage systems[J].Proceeding of the CSEE, 2013, 33(13): 10-17.

[7]杨秀媛，黄丹，申洪.多能源互补独立电力系统的控制策略仿真研究[J].中国电机工程学报，2013，33(4)：156-162.Yang Xiuyuan, Huang Dan, Shen Hong.Research on control strategy of multi-energy complementary isolated power system[J].Proceeding of the CSEE, 2013, 33(4): 156-162.

[8]谭兴国.微电网复合储能多目标优化配置方法及评价指标[J].电力系统自动化，2014，38(8)：7-14.Tan Xingguo.Multi-objective optimization of hybrid energy storage and assessment indices in microgrid[J].Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(8):7-14.

[9]茆美琴，孙树娟，苏建徽.包含电动汽车的风/光/储微电网经济性分析[J].电力系统自动化，2011，35(14)：30-35.Mao Meiqin, Sun Shujuan, Su Jianhui.economic analysis of a microgrid with wind/photovoltaic/storages and electric vehicles[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(14):30-35.

[10]Li C T，Ahn C，Peng H，et al.Synergistic control of plug-in vehicle charging and wind power scheduling[J].IEEE Transaction on Power Systems，2013，28(2)：1113-1121.

[11]Wu T，Yang Q，Bao Z J，et al.Coordinated energy dispatching in microgrid with wind power generation and plug-in electric vehicles[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2013，4(3)：1453-1463.

[12]Khodayar M E，Wu L，Shahidehpour M.Hourly coordination of electric vehicle operation and volatile wind power generation in SCUC[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2012，3(3)：1271-1279.

[13]Ghofrani M，Arabali A，Etezadi-Amoli M，et al.Smart scheduling and cost-benefit analysis of grid-enabled electric vehicles for wind power integration[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2014，5(5)：2306-2313.

[14]He M，Murugesan S，Zhang J S.A multi-timescale scheduling approach for stochastic reliability in smart grids with wind generation and opportunistic demand[J].IEEE Transaction on Smart Grid，2013，4(1)：521-529.

[15]王锐，顾伟，吴志.含可再生能源的热电联供型微网经济运行优化[J].电力系统自动化，2011，35(8)：22-27.Wang Rui, Gu Wei, Wu Zhi.Economic and optimal operation of a combined heat and power microgrid with renewable energy resources[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(8):22-27.

[16]顾伟，吴志，王锐.考虑污染气体排放的热电联供型微电网多目标运行优化[J].电力系统自动化，2012，36(14)：177-185.Gu Wei, Wu Zhi, Wang Rui.Multi-objective optimization of combined heat and power microgrid considering pollutant emission[J].Automation of Electric Power Systems,2012,36(14):177-185.

[17]Basu A K，Bhattacharya A，Chowdhury S，et.al.Planned scheduling for economic power sharing in a CHP-based micro-grid[J].IEEE Transaction on Power Systems，2012，27(1)：30-38.

[18]陈洁，杨秀，朱兰，等.微网多目标经济调度优化[J].中国电机工程学报，2013，33(19)：57-66.Chen Jie, Yang Xiu, Zhu Lan, et al.Microgrid multi-objective economic dispatch optimization[J].Proceeding of the CSEE, 2013, 33(19): 57-66.

[19]卫志农，余爽，孙国强，等.虚拟电厂的概念与发展[J].电力系统自动化.2013，37(13)：1-9.Wei Zhinong, Yu Shuang, Sun Guoqiang, et al.Concept and development of virtual power plant[J].Automation of Electric Power Systems,2013,37(13):1-9.

[20]Shropshire D，Purvins A，Papaioannou I，et al.Benefits and cost implications from integrating small flexible nuclear reactors with off-shore wind farms in a virtual power plant[J].Energy Policy，2012，46：558-573.

[21]Mashhour E，Moghaddas-Tafreshi S M.Bidding strategy of virtual power plant for participating in energy and spinning reserve markets-part I: problem formulation[J].IEEE Transaction on Power Systems，2011，26(2)：949-956.

[22]Mashhour E，Moghaddas-Tafreshi S M.Bidding strategy of virtual power plant for participating in energy and spinning reserve markets-part II: numerical analysis[J].IEEE Transaction on Power Systems，2011，26(2)：957-964.

[23]Sucic S，Dragicevic T，Capuder T，et al.Economic dispatch of virtual power plants in an event-driven service-oriented framework using standards-based communications[J].Electric Power Systems Research，2011，81：2108-2119.

[24]Pandžic H，Morales J M，Conejo A J，et al.Offering model for a virtual power plant based on stochastic programming[J].Applied Energy，2013，105：282-292.

[25]THEMA Consulting Group.Demand response in the Nordic electricity market [R].Nordic Council of Ministers, 2014.

[26]贾宏杰，穆云飞，余晓丹.对我国综合能源系统发展的思考[J].电力建设，2015，36(1)：16-25.Jia Hongjie, Mu Yunfei, Yu Xiaodan .Thought about the integrated energy system in China[J].Electric Power Construction, 2015, 36(1): 16-25.

[27]张伯明，吴文传，郑太一，等.消纳大规模风电的多时间尺度协调的有功调度系统设计[J].电力系统自动化，2011，35(1)：1-6.Zhang Boming, Wu Wenchuan, Zheng Taiyi, et al.Design of a multi-time scale coordinated active power dispatching system for accommodating large scale wind power penetration[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(1):1-6.

[28]Lu S， Etingov P V， Meng D， et al.NV energy large-scale photovoltaic integration study: Intra-hour dispatch and AGC simulation [R].Richland，Washington，Pacific Northwest National Laboratory， 2013.

(编辑：蒋毅恒)

Discussion on Optimal Planning and Operation Framework for Integrated Energy System

LI Jinghua，SANG Chuanchuan

(Guangxi Power System Optimization and Energy-Saving Technique Key Lab (Guangxi University), Nanning 530004, China)

Comprehensive and optimal utilization of electricity, thermal energy and gas is a significant way to enhance the utilization efficiency of energy and achieve energy sustainable development.However, the research of integrated energy system just has been started.There are many works needed to accomplish for the establishment of a mature integrated energy system.At the beginning of the study, one of key and necessary basic works is to clarify the research ideas and content.This paper expounded the constitutions of integrated energy system, analyzed its advantages, proposed a framework of optimal planning and operation for integrated energy system, and discussed the key technologies needed to be solved for establishing integrated energy system, which could provide references for the study and implementation of integrated energy system.

integrated energy system; energy complementary; optimal planning; optimal operation

国家自然科学基金项目(51377027)。

TM 73

A

1000-7229(2015)08-0041-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.08.007

2015-06-15

2015-07-10

黎静华(1982)，女，博士，教授，主要研究领域为电力系统优化运行与控制，大规模风电并网运行等；

桑川川(1989)，男，硕士研究生，研究方向为电力负荷预测、风电预测。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51377027).