DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.181058 文章编号：0258-8013 (2019) 23-6791-13 中图分类号：TM 73 园区型综合能源系统多时间尺度模型 预测优化调度 王成山 1，吕超贤 1，李鹏 1，李树泉 2，赵鲲鹏 2 (1．智能电网教育部重点实验室(天津大学)，天津市 南开区 300072； 2．国家电网公司客户服务中心，天津市 进行详细建模基础上，建立包含滚动优化环节和动态调整环 节的两阶段多时间尺度模型预测控制调度策略：滚动优化阶 段以系统运行费用和机组启停罚金最小为目标，结合分时电 价并考虑多系统互补运行，通过多步滚动求解制定系统大时 间尺度调度计划；动态调整阶段以滚动优化阶段调控计划为 基准，对设备的运行状态进行调整，应对可再生能源及负荷 小时间尺度的不确定性变化。分析结果表明，该文调度方法 可协调供能、蓄热装置的运行，发挥多种设备互补运行的优 可协调供能、蓄热装置的运行，发挥多种设备互补运行的优 越性，有效降低运行成本，减少主机启停次数；动态调整阶 段的引入可快速响应可再生能源和系统负荷小时间尺度变 化，经济可靠地满足系统用能需求。 关键词：园区型综合能源系统；蓄热装置；启停罚金；模型 预测控制；多时间尺度；优化调度 0 引言 随着化石燃料的枯竭和全球环境污染问题的 日益突出，开发和利用可再生能源，提高终端能源 消费的效率、清洁化水平至关重要[1-3]。园区型综合

“1+5+X”规则体系与配套管理办法 率先建立“中长期 + 现货”市场体系。2018 年广东创新建立全国首 个现货环境下多周期、标准化、高频次的电力中长期市场，覆盖“年 + 月（多月）+ 多日（周）”多时间尺度，提供双边协商、集中竞争、挂 牌等丰富多样的交易形式，构建了场内场外互补、标准化与自定义曲线 兼容的中长期交易体系，发挥压舱石作用。现货市场通过全电量统一出 清，实时反映短期能源价格变化和供求关系，形成连续精准的价格信号， 35 0.453 0.603 0.696 现货市场价格 实时市场均价 日前市场均价 日前价格最大最小值 实时价格最大最小值 图 2-7 现货市场出清价格 辅助服务市场与现货市场衔接实现更细时间尺度的电力供需平衡。辅 助服务市场建设打破了“事前定价、事后按调用量补偿”传统，采用市 场竞争方式确定辅助服务的提供方及对应价格。2018 年 9 月，广东电力 调频辅助服务市场启动试运行，采用日前集中竞价和预安排、日内统一 建立首 个“中长期 + 现货 + 辅助服务”多品种电力市场体系，中长期市场覆盖“年 + 月（多月）+ 多日（周）”多时间尺度，“压舱石”作用充分显现；现 货市场实时反映电力供需状况，显著提高了电力系统快速调节能力价格 “风向标”作用持续凸显；辅助服务市场实现更细时间尺度的电力供需 平衡，“调节器”和“稳定器”作用有效发挥。开展市场化需求响应交易， 激发用户侧灵活调节资源积极性，深入挖掘需求侧资源灵活调节潜力。

败也萧何 0 电力系统动态过程太快 1 Department of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 22 传统电力系统仿真与数字孪生 电力系统动态的时间尺度 Department of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 23 PLM 规划 空间电 磁场分 布 机组组合 纳秒 微秒 毫秒 小时 月 年 稳态 互联 大系统 电网 设备 装置 元件 电磁暂态 仿真 机电暂态 仿真 中长期动态 仿真 不同层次对象在不同时间尺度上的仿真模拟 硬件在环 硬件在环 仿真 传统电力系统仿真与数字孪生 潮流 计算 Department of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 24

反馈电网，为电网 提高绿色用电，降 低碳排放量 跟踪限电功 率曲线，对 园区负荷分 级管理，保 证园区用电 安全可靠。 采集源荷储 运行实时信 息，实现长 时间尺度协 同优化控制。 开展源网荷 储协同互济 控制策略与 优化运行。 实时跟踪发 电预测功率， 合理调节用 电负荷，实 现新能源最 大化消纳。 结合园区用 一张蓝图 三张网络 面对高密度分布式能源接入，为光伏、风电等新能源安全稳定接入提供保障，实现全岛多个发电、新能 源接入、储能、负荷节点进行全面监控、保障全站系统的动态稳定控制；具备解决全岛较长时间尺度下系统 电压、频率的稳定等能量平衡控制问题，满足电力用户多样性需求。 储能系统 重要负荷 一般负荷 柴油机发电 制淡水、制冰 微网控制 管理系统 15 信息，实现区域监视全景化。 03 系统控制 基于电网信息实时分析，制定合理运行方式，实现系统平滑过渡； 基于运行方式制定源、网、荷、储协同优化策略，实现区域功率 自平衡，实现电网长时间尺度优化运行。 02 新能源接入 系统支持新能源接入管理，并根据园区实时状态响应上次指令调 度，实现分布式电源的友好并网、主动支撑。 04 能效分析 支持分类分项能耗数据统计和分析功能，进行能耗数据的同比、

配件供应商，更快的获取所需配件。严格的准入制度和评价考核， 智慧建筑运维管理平台解决方案 杜绝劣质假冒配件。 7）节能改造 通过标准化、信息采集、大数据技术对建筑总体能耗、系统 能耗、设备能耗分时间尺度的建筑能耗实时数据统计与历史数据 对比，全面深入能耗数据统计结果，理解建筑用能分配，跟踪重 点设备的用能趋势，对整个建筑的各个用电系统进行节能诊断。 二、 平台关键技术 智慧建筑正在逐渐改变着传统建筑管理和服务模式，特别是大 记录，作为能耗分析的依据. 对非智能表部分，以派发工单的方式定期计划抄表读数的任务， 通过手机 APP 记录、反馈数据至设施管理系统完成工单的维护。 6.4 能效统计分析 通过对建筑总体能耗、系统能耗、设备能耗分时间尺度的建筑 能耗实时数据统计与历史数据对比，全面、深入能耗数据统计结果， 理解建筑用能分配，跟踪重点设备的用能趋势。 智慧建筑运维管理平台解决方案 通过各子系统提供的相关采集数据，我们可以对整个建筑的各

助力科研机构构建国产异构 AI 模拟平台，支撑药物设计、新 材料发现等任务的模型训练与大规模并发推理。 海光算力支持国家大装置建设，支撑对大气、海洋、陆地、生物圈等自然 过程的高分辨率、多圈层、长时间尺度耦合模拟，实现气候预测、污染防 控、灾害应对等领域的科学计算支撑，推动我国跻身全球地球系统科学 强国行列。 大装置具备对地球表面全圈层模拟以及对各类物理、化学和生物过程的精细描述能力，全球尺 助力自主求解器平台落地：验证了LMFD在海光CPU+DCU 异构平台上的高效运行能力，打破对外部GPU厂商生态 依赖。 突破多相流高分辨率仿真瓶颈：结合DCU高带宽和FP64精 度特性，提升在超大计算域与超长时间尺度下的仿真收敛 效率，为化工、能源、冶金等领域的工业级数值实验提供技 术保障。 支撑AI for Simulation融合实验平台建设：平台为将来的 AI+ 物理仿真耦合提供数据基础与运行支撑环境。 全过程支 撑，验证了海光平台对高分辨率多相流仿真的强大算力支持。 EMMS团队拟构建支持自研仿真平台，需支撑二维/三维多相流动场下的大规模高雷诺数求解，典型算例在空间上包含千万级网格单元、 时间尺度跨度大，对计算精度与通信带宽均提出极高要求。 背景需求 / BACKGROUND 方案亮点 / HIGHLIGHTS 异构调度支撑自主求解器并行加速：LMFD核心采用自研双层 MPI通信

NB/T 11554 – 2024 9 容： 1 进行年、月、日及日内不同时间尺度的出力互补特性分析。 2 根据风电、太阳能发电互补后的出力特性，考虑水电站来水量、调节库容、调 节容量、调节时长等因素，分析水电对风电、太阳能发电的补偿特性。对具有日调节能 力以上的水电站，分析水电在年、月、周时间尺度，对风电、太阳能发电的调节补偿特 性。 3 根据水电与风电、太阳能发电补偿后的出力特性，考虑抽水蓄能电站、新型储 7.3.1 风电和光伏发电功率预测，根据涉及范围内风电场或光伏电站所处地理位置的气 候特征、地形地貌、可用数据情况、设备运行状态等信息，采用适当的方法进行风电、 光伏发电功率预测建模，开展不同时间尺度预测；根据所使用的数据，预测模型可选择 基于数值天气预报数据的物理模型、基于历史数据的统计模型及物理模型和统计模型相 NB/T 11554 – 2024 31 结合的组合模型等。 风电或

备制造技术。重力储能方面，实现发电 / 电动一体机、重物输送及装 卸系统等关键装备自主研发。 （4）前沿新型储能技术前瞻性储备 固态电池、热泵储电、氢储能等一批颠覆性前沿新型储能技术加 速发展，以应对未来新型电力系统对于多时间尺度、高安全性能存储 的需求。半固态电池作为全固态电池技术研发的过渡技术，已具备小 规模生产能力。全固态电池技术研发稳步推进，电解质材料、电池结 构等方面不断创新升级。热泵储电技术已经从基础理论研究向关键技 重大技术装备落地转化提供了应用场景。 （2）多种技术路线创新攻关获得国家支持 2024 年，国家能源局发布国家重点研发计划“储能与智能电网 技术”重点专项 2024 年度项目申报指南，围绕中长时间尺度储能技 术、短时高频储能技术、超长时间尺度储能技术等 7 个技术方向进行 022 2025 中国新型储能发展报告 支持，针对兆瓦时级液态金属电池中长时储能技术、弱电网场景下短 时高倍率构网型电池储能技术、大规模压缩空气储能与空分系统高效

碳流模型，能够根据电量来源核算潮流中各主体应 承担的碳排放责任，解决了碳排放重复核算的问 题，为开拓绿电交易、绿证交易等点对点交易市场 打下了基础。文献[43]提出了全环节碳计量方法和 碳表系统，能够根据潮流和能耗的时间尺度调整计 量系统的时间分辨率，同时可以通过设定空间尺度 达到“市级”、“县级”、“用户级”等更高空间 分辨率，并提出区域碳排放因子来解决潮流分布下 碳核算的位置公平性问题。 碳流模型法未来需探寻能流链上的碳排放分 园区能源系统集电、气、热、冷、氢等多能流 为一体，同时多能流之间的动态特性、静态特性大 不相同，因此园区的实际运行模型是多时间尺度下 的优化问题[113]。目前园区联合优化运行的大部分 研究工作主要集中在一定环境目标下的稳定能量 流分析上，很少有考虑综合能源系统的能量流动态 变化对环境效益的影响。由于能源耦合处时间尺度 复杂、故障转移规律复杂、随机性强，且动态过程 很容易引起运行情况的变化，易引起碳排放量和环 International Journal of Hydrogen Energy，2023，48(50)：19046-19059． [113]王成山，吕超贤，李鹏，等．园区型综合能源系统多 时间尺度模型预测优化调度[J]．中国电机工程学报， 2019，39(23)：6791-6803． WANG Chengshan，LÜ Chaoxian，LI Peng，et al．Multiple

Contracts，OTC）进行。事实上，目前 仅有少部分电力在交易所中成交，约 75% 左右的交易量属于 OTC 形式 A。这两类交易机制中均 包含现货市场与中长期市场（如期货、期权或远期合约），用于满足不同时间尺度上的电力交易 需求。 1．现货市场 电力现货市场采用边际成本定价方式，按照“优序出清”机制运行，即电价由边际机组的单 位发电成本所决定，反映某一小时内生产 1 兆瓦时电力的最低边际成本。在欧盟，所有化石燃料 电力生产和消费关系深刻 变革 用户侧与电力系统高度灵 活互动 储能多应用场景多技术路 线规模化发展 满足系统日内平衡调节 需求 规模化长时储能技术取得 突破 满足日以上时间尺度平衡 调节需求 覆盖全周期的多类型储能 协同运行，能源系统运行 灵活性大幅提升 全球能源电力清洁转型经验与启示 ——中国、德国实践 40 图 3.3 2030—2060 年电源装机总量及结构 衡调节面临较 大困难。新能源成为新型电力系统主力电源后，为满足用电需求必须超量装机，其瞬时电力波 动规模将攀升至接近甚至超过负荷水平，但现有具备灵活调节能力的大型火电等规模远不满足 新能源短时间尺度调节需求。二是季节性调节资源不足。春秋季新能源大发、用电量处于低谷； 冬夏季相反。当前技术条件下，电网中具备季节性电量调节能力的电源主要为大型火电、水 电，受一次能源供应、装机容量“天花板”等