摘要
传统的以单一能流形式独立分供的冷热电气能源系统，无法充分发挥不同能流之间的互补优势，在提高能源利用水平、消纳分布式可再生能源、优化用能方式等方面出现瓶颈。为此，对多种形式能流进行联合生产、传输、分配、转换和存储的综合能源系统应运而生。综合能源系统打破了传统能流分供系统之间的能流转换和信息沟通壁垒，通过能流转换技术和设备实现多种能流之间相互耦合转换和协同利用，为能流生产环节的协同优化提供冗余能流路径和优化空间，同时也为能流消费环节自由选择能流供给形式提供了灵活性。但是如何将冗余能流路径有效地用于不同稳态运行模式的优化，以及将自由选择用能的灵活性用于设计综合能源系统的故障恢复策略，目前的研究尚不充分。鉴于此，本文首先建立含能流转换设备非线性特征的标准化综合能源系统能源集线器模型，在此基础上构建综合能源系统的多稳态运行优化体系和优化模型，并探索以多能转供为核心的综合能源系统差异化目标多阶段故障恢复策略。具体的，本文主要完成了以下几个方面的研究工作： （1）为提高非线性能流转换设备和存储设备的建模精度，本文基于分段线性化思想，将具有非线性特征的能流转化设备和存储设备的工作状态分段线性化为多个具有不同恒定效率的工作状态，进而建立标准化综合能源系统能源集线器模型。通过算例仿真证明此建模方法在兼顾计算效率的同时，可以逼近非线性模型的求解精度，为综合能源系统稳态运行优化和故障恢复研究提供基础模型。 （2）根据综合能源系统不同运行需求，构建多稳态运行模式（包括经济、绿色、安全、综合四种运行模式）及对应的优化调度模型。具体而言，经济模式优化模型以运行成本最低为优化目标，绿色模式优化模型以污染物排放量最少为优化目标，安全模式优化模型考虑了综合能源系统N-1安全运行约束，综合模式优化模型有机结合了上述三种运行模式。通过算例仿真分析不同运行模式对综合能源系统用能和内部能流转换设备出力的影响，验证本文构建优化调度模型的有效性。 （3）针对不同类型故障后综合能源系统的不同运行需求，本文提出一套以多能转供为核心的综合能源系统差异化目标多阶段故障恢复策略。首先提出适用于综合能源系统的负荷分级标准并构建故障后的综合能源系统切负荷次序表。然后重新构建故障能流转换设备数学模型。最后针对不同故障情况提出综合能源系统差异化目标多阶段故障恢复策略。具体而言，故障恢复阶段I：故障后系统无法满足全部负荷供能需求，基于多能转供特性灵活调整能流转换设备出力，提出以负荷权重功率之积累加和最大为优化目标的故障恢复策略，仿真算例结果表明此故障恢复策略可以最大限度保证故障态重要权重负荷的用能需求。故障恢复阶段Ⅱ：故障后系统可以满足全部负荷供能需求，基于多能转供特性灵活选用能流供给形式，提出以响应时间最优为优化目标的故障恢复策略，仿真算例结果表明，基于响应时间最优的故障恢复策略可以使系统按照不同能流转换设备动态响应时间从快到慢的顺序在较短时间内恢复供能。
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