第四屆能源轉換與經濟年度論壇新型電力系統和能源互聯網新型電力系統和能源互聯網個人簡介個人簡介>主持國家自然科學基金項目1項，中國博士后科學基金項目1項山東省自然科學基金項目2項，教育部重點實驗室開放課題基金2項，國家電網公司科技項目10余項>相關技術成果獲2023年度山東電力科技進步二等獎>2022年度及2023年度山東省優秀碩士學位論文指導教師>2021年度山東電機工程學會“五四”優秀青年科技工作者表彰2022年度山東省高層次人才服務工作中表現突出個人>以第一/通訊作者在國內外高水平SCI/EI期刊發表學術論文>授權國家發明專利9項>參與出版專著2部，團標2項第四屆能源轉換與經濟年度論壇二來了新的挑戰。模型復雜性廣域分散性多元耦合性模型復雜性廣域分散性多元耦合性電5模型呈現非凸非線性5模型呈現非凸非線性氣熱多元隨機性|迫切需要從機理模型尋優低碳經濟協同、碳勢-價格引導源荷協同、不確定性精確刻畫三個方面，研究綜合能源系統低碳經濟的調度理論與方法目錄研究思路與主要工作研究思路與主要工作本研究以源-網-荷-儲深度耦合的綜合能源系統為研究對象，研究基于擴展碳排放流模型的綜合能源系統低碳經濟調度方法；基于碳勢-能源價格雙響應的綜合能源系統低碳經濟調度方法；考慮風電隨機性與相關性特征的綜合能源系統低碳經濟調度方法，進而形成綜合能源系統低碳經濟的調度理論。主要研究內容擴展碳排放流模型主要研究內容擴展碳排放流模型研究目標精細刻畫新型能源系統各環節協同機理與碳排放特性構建碳排放特性動態映射機制，建立節點碳勢-能源碳勢協同低碳需求響應架構動態規劃雙響應行模式映射研究內容1響應能源節點能源節點廣義線性多面體不確定集廣義線性多面體不確定集構建基于廣義線性多面體的綜合能源系統仿射可調魯棒低碳經濟調度方法波動不機組分布成新能源隨機性刻畫與仿射魯成第四屆能源轉換與經濟年度論壇目錄目錄9①基于擴展碳排放流的綜合能源系統低碳經濟調度方法CCS-P2G協同運行模型產生捕獲利用擴展碳排放流模型荷電狀態充電狀態放電狀態碳電狀態碳電狀態影響全網碳排放流畫實現對模型的快速求解。并行多維近似動態規劃狀態變量聚合狀態變量壓縮并行化求解值函數值函數高維調度資源壓縮業聚合可用容量問題問題張玉敏，孫鵬凱，吉興全，等.考慮擴展碳排放流的綜合能源系統低碳經濟調度[J].電網技術，2023,47(08):3174-3191.1.1cCS-P2G協同運行模式匹余電能電解水CHP機組MCO?工廠甲烷化機組碳封存M^McMsCCS?P,=p,+P,+P再利用CO?捕集再利用√×√×索引碳交易降低73.46%P2G外購CO?場景11.2計及儲能碳排放強度動態量化的綜合能源系統擴展碳排放流模型電視角碳視角放充放+電視角碳視角放充放+荷電狀態量映射t時段電儲能設備內碳量映射特性Ees映射ccha=phapch△t量映射t時段電儲能設備充碳量t時段電儲能設備放電量映射量荷碳率研究內容一：研究要點研究內容一：研究要點1.2計及儲能碳排放強度動態量化的綜合能源系統擴展碳排放流模型擴展碳排放流模型源側碳排放流十網側碳排放流十儲能碳排放流實現了對綜合能源系統源-網-荷-儲全過程守恒實現了對綜合能源系統源-網-荷-儲全過程守恒碳排放流動路徑的精確描述能源耦合設備碳排放流模型單輸入-單輸出設備fPCLin.Pp,=fPCl.out.pputPpu=ηpPn單出綜合能源系統網側碳排放流模型電網碳排放強度熱網碳排放強度單輸入-多輸出設備守恒守恒多出天然氣網碳排放強度....的的r碳排放周期平衡研究內容一：研究要點研究內容一：研究要點1.3基于并行多維近似動態規劃算法的模型轉化與求解針對考慮多維隨機場景的綜合能源系統低碳經濟調度模型在線決策無法兼顧最優性與時效性的問題，狀態空間壓縮策略狀態空間不同場景調度結果對比索引狀態空間壓縮策略狀態空間不同場景調度結果對比索引Vn(G(SM))=α"v+(1-a)并行張玉敏，孫鵬凱，吉興全，等.基于并行多維近似動態規劃的綜合能源系統動態經濟調度[J].電力系統自動化，2023,47(04):60-68.研究內容二：技術路線研究內容二：技術路線②基于碳勢-能源價格雙響應的綜合能源系統低碳經濟調度首先，根據虛擬儲能對動態特性的等價替換思想，提出計及動態特性的碳排放流模型；其次，以用戶碳減排所節約的碳排放成本為激勵信號，設計由負荷節點碳排放強度時空差異性引導用能行為改變的減碳策略；最后，考慮碳市場中減碳驅動下的用戶調整用能行為的意愿，構建碳勢-價格雙響應的綜合能源系統源-荷雙層減碳調度模型。動態特性熱力系統熱力系統虛擬儲熱罐天然氣系統虛擬儲氣罐廣義基爾霍夫定律能量流-碳排放流動態映射機制用能行為節點碳勢分時能源價格用能行為節點碳勢分時能源價格改變用能最大化碳減排計算能碳映射節點碳勢用能行為最小化計算能碳映射節點碳勢用能行為荷側低碳需求響應機制荷側低碳需求響應機制模型張玉敏，孫鵬凱，孟祥劍，等.基于碳勢-能源價格雙響應的綜合能源系統低碳經濟調度[J].電力系統自動化，2024,48(09):21-33.研究內容二：研究要點研究內容二：研究要點2.1計及綜合能源系統動態特性的能量流-碳排放流動態映射關系提出了計及氣網“管存”和熱網的“傳輸延時”及“熱損失”動態特性的碳排放流模型，根據虛擬儲能對動態特性的等價替換思想，推演動態能量流向動態碳排放流的精準映射機制，通過對動態碳排放流的精準計算，實現綜合能源系統中源-網-荷-儲全過程碳排放特性的準確刻畫。綜合能源系統碳排放流模型綜合能源能量流動態映射虛擬虛擬綜合能源電潮流綜合能源系統動態特性等效表達熱力系統可等效為由雙端儲能元件連接而成的特殊電力系統天然氣系統可等效為儲能設備接入位置隨管道蓄放氣狀態變化而動態改變的特殊電力系統天然氣系統熱力系統負荷負荷熱源負荷負荷負荷負荷熱源負荷負荷負荷G虛擬儲氣罐G虛擬儲氣罐T熱力管道虛擬儲熱罐天然氣張玉敏，孫鵬凱，孟祥劍，等.基于碳勢-能源價格雙響應的綜合能源系統低碳經濟調度[J].電力系統自動化，2024,48(09):21-33.所提綜合能源動態碳排放流模型，實現了對綜合能源系統中電、熱、氣子系統碳排放特性的一體化表達研究內容二：研究要點研究內容二：研究要點2.1計及綜合能源系統動態特性的能量流-碳排放流動態映射關系負荷負苛5■雙端口虛擬儲熱罐承擔熱能量傳輸的責任■在一個調度時段內，能量流由虛擬儲熱罐的一個端口流入，在經歷過等效延時及熱損失后，由另一個端口■滿足廣義基爾霍夫定律熱力系統在2:00時段的碳排放流動情況■單端口虛擬儲氣罐等效替代氣網動態特性■反映穩態特性的天然氣能量流經由天然氣管道在節點間傳輸，反映動態特性的天然氣能量流經由虛擬儲氣罐直接作用于節點■滿足廣義基爾霍夫定律天然氣系統在2:00時段的碳排放流動情況所提計及動態特性的綜合能源系統動態碳排放流模型構建方法在不改變熱力系統和天然氣系統原運行方式的基礎上通過對動態特性的等效表達，實現了對熱力系統和天然氣系統動態碳排放特性的準確表達和精準量化研究內容二：研究要點研究內容二：研究要點2.2基于碳勢-能源價格雙響應的綜合能源系統源-荷協同低碳經濟調度提出多元負荷節點碳勢-能源價格雙響應的綜合能源系統源-荷低碳調度策略，該策略在分時能源價格激勵的DR基礎上，進一步考慮碳市場中減碳驅動下的用戶調整用能行為的意愿，構建碳勢-價格雙響應的綜合能源系統源-荷雙層減碳調度策略，在實現綜合能源系統最大化減碳的前提下兼顧系統運行上層經濟調度模型上層經濟調度模型能量流碳排放動態碳排放流模型能量流碳排放電線路電潮流電熱虛擬儲熱罐熱改變改變多元負荷用能多元負荷用能行為分時能源價格上層經濟調度模型下層低碳需求響應模型為目標為目標4m+kz;基于二分法的收斂性保證策略k-3k-2k2.2基于碳勢-能源價格雙響應的綜合能源系統源-荷協同低碳經濟調度場景1:不考慮DR事完和事完和不同場景間負不同場景間負荷平均變化率單一場景碳勢峰谷波動比例■■電負荷變化情況氣負荷變化情況熱負荷變化情況不同場景的成本對比(萬元)電負荷變化情況氣負荷變化情況熱負荷變化情況不同場景的成本對比(萬元)索引場景1場景2場景3系統運行成本降低6.98%有效降低綜合能源系統運行總成本，系統運行成本降低6.98%張玉敏，孫鵬凱，孟祥劍，等.基于碳勢-能源價格雙響應的綜合能源系統低碳經濟調度[J].電力系統自動化，2024,48(09):21-33.研究內容三：技術路線研究內容三：技術路線③考慮風電隨機性與相關性特征的綜合能源系統低碳經濟調度首先，采用多面體不確定性集合描述風電出力的不確定性，利用風電出力的歷史數據量化不同風電場間的出力相關性，得到風電出力波動區間的相關性分布包絡范圍；其次，構建描述風電出力相關性的廣義線性多面體不確定性集合，進而形成基于廣義線性多面體的綜合能源系統仿射可調魯棒低碳經濟風力出力相關性分布風電出力波動歷史數據量化相關性分布特征形成相關性包絡廣義線性多面體不確定集多面體不確定性集合邊界彎折包絡對角相關性不確定性集合完全包絡邊界貼合廣義線性多面體不確定性集合仿射可調魯棒低碳調度第一階段第二階段對偶轉換綜合能源系統仿射可調魯棒低碳經濟調度模型Response[J].IEEETransa研究內容三：研究要點研究內容三：研究要點3.1基于廣義線性多面體的風電出力不確定性集合構建提出基于廣義線性多面體的風電出力不確定性集合構建方法，利用風電出力的歷史數據量化不同風電場間的出力相關性，通過分析風電出力相關性分布包絡圖的特征，構建描述風電出力相關性的廣義線性多面體不確定性集合，實現對風電波動不確定性空間的高比例覆蓋。多面體不確定性集合的改進廣義線性多面體增加對風電出力場景出現概率大的對角線區域的包絡相關性多相關性多面體性多面體研究內容三：研究要點研究內容三：研究要點提出綜合能源系統仿射可調魯棒低碳經濟調度模型，通過建立風電不確定性與可調決策變量間的仿射關系，使可調決策變量在再調度過程中可隨著不確定性變量的改變而在可調范圍內進行調整，避免可調變量在整個可調范圍內的無規則搜索，簡化了模型。再調度模型不確定量處理與模型求解仿射策略再調度模型不確定量處理與模型求解不確定量不確定量可調決策可調決策風電不確定性p=0.50zp=0.1廣義線性多面體有效性22不確定性空間最小f研究內容三：研究要點研究內容三：研究要點節點累葬I0.hnh節點累葬I0.hnh多面體不確定性集合條件下的節點碳勢不同類型不確定性集合條件下的節點碳勢對比節點貌經0在h節點貌經0在h節點碳排放強度相關性系相較于多面體相較于相關性多面體不確定性集合不確定性集合碳減排量碳減排量增加8.47%增加7.56%用戶更有意愿通過用戶更有意愿通過改變用電行為來獲得碳減排收益第四屆能源轉換與經濟年度論壇目錄目錄總結與展望總結與展望研究成果研究展望>提出了基于擴展碳排放流模型的綜合能源系統低碳經濟調度方法；基于碳勢-