刍议综合能源供给侧改革的城市配网规划方法研讨

徐佳

（国网忻州供电公司034000）

摘要：在能源和电力领域供给侧改革的引领下，多种形式的能源相继诞生，且这些能源都是符合未来城市配网发展趋势。为了更好地满足综合能源系统中的多元负荷需求，考虑到不同能源间的相互可替代性，本文提出了供给转化响应策略；针对包含多个终端综合能源单元的综合能源城市配网，基于供给转化响应策略，提出了兼顾系统建设运行成本、慢充站充电时间效用函数和快充站交通流量效用函数的规划方法，以达到在最大限度地降低供给侧能源消耗成本、保障需求侧用户用能满意度的前提下统筹设计综合能源城市配网的目的。

关键词：综合能源单元；供给转化响应；供给侧改革；配网规划

综合能源系统是基于紧密耦合的多维能源物理系统，通过对能源的产生、分配、转换和消费等环节进行有机交互与协调优化，实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，从而形成的能源产供销一体化系统。综合能源系统是关于能源供给体系的创新概念，是综合能源供给侧改革的一个重要抓手和平台。可以预见，在能源与电力供给侧改革的大背景下，以电力为主体并融合天然气、热能和交通等多种能源形式的区域综合能源系统将成为未来城市配网的主要发展趋势。与传统配网相比，综合能源城市配网在初始能量来源、能源平衡模式和终端负荷需求等方面都更加复杂，其规划方法尤其面临严峻的挑战。相关研究融合电力设施规划方法与交通服务设施选址理论，建立了考虑交通网络流量的配电系统与电动汽车充电网络协调规划模型，但未能引入供给侧改革的理念，系统能源供给形式和能源转化装置较为单一，只考虑了电力网与交通网的结合且仍未脱离传统配网的规划格局。相关研究考虑了包括电、冷、热负荷在内的多种消费能量综合平衡，但只涉及单纯的能源供给规划，未考虑实际电力网络和天然气网络的物理约束。相关研究在兼顾网络物理约束的前提下，对一个小型市政区域进行了能源中心组成及容量规划，但电能和天然气间只存在能源单向转化模式。同时，相关研究只考虑了电力网与天然气网的融合，而电力网、天然气网和交通网在综合能源系统中息息相关、高度融合，若三者的规划过程相互独立或仅部分关联，都将引起不必要的决策冲突和成本浪费。

1终端总分能源单元模型

运用数学模型定量可以对能源集线器进行深入的分析，不仅能作为综合能源系统的能量传输的工具，而且还能作为转换的工具。利用能源集线器模型将综合能源城市配网分解为多个耦合于电力网、天然气网和交通网的终端综合能源单元(Hub)以进行能量平衡分析，其内部组成结构及其与综合能源城市配网和上级综合能源系统的关系如图1所示。

2综合能源供给转化相应策略

就供给侧改革而言，主要是在结合了供给结构和供给模式下而产生的创新和变革，这种创新与变革的目的是满足与升级需求和新兴需要的。简而言之，就是在供求关系下产生的。经过实验也可以表明，在终端综合能源单元中，能源需求的形式是存在多元化的，比如:电负荷、热负荷以及交工符合等。需要注意的是，只有在终端综合能源单元入口进行能源的供给，才能保证终端符合需求。经过研究表明，综合能源城市配网是为每个终端综合能源单元提供供给的，其中，综合能源城市配网优势与上级综合能源系统相连的，其相连的主要方式则通过的是平衡节点。另外，同样通过研究表明，终端负荷需求和综合能源城市配网网的能源供给是有着千丝万缕的联系的，其中，在利用多重能源转化的过程中，供给方应该对需求方实时作出应答。此外，电负荷是会随着电价的波动而增加减少或转移的，尤其是在传统电力领域的需求响应策略作用下。换言之，就是但这种情况发生时，用户不得不改变理想的用电行为，无论是满意下降，还是响应范围还是响应力上都具有局限性。其中，需要特别注意的是，在同时融合电能、天然气、热能和电气化交通的综合能源城市配网的情况下，是不再使用的。

3综合能源城市配网规划模型

就综合能源城市配网而言，主要指的以电力为主题，在结合其他能源而形成的系统，就其他能源而言，包括了天然气、热能以及交通能等。需要注意的是，电网公司不再作为规划主体而独立存在，其存在的目的在于实现多种能源系统间的利益均衡。

3.1充电站双重效用函数

就目前的实际情况而言，电动车的补给设施主要是慢充站，因此，在实验的过程中就模拟设置了一个慢充站。需要注意的是，能源的补给方式应该结合电动汽车的数量、日行驶里程及比例来进行确定。目前，随着我国经济飞速发展，城市交通越来越赋予多元化，电动汽车更是得到了普及，因此，慢充站的作用也越来越明显，尤其是大规模充电功率对配电系统运行稳定性的影响。换言之，如果不对慢充站进行引导，将很有可能导致峰上加峰的问题产生。在慢充站的设置上，需要注意的是，电动车充电的需求是在各个时段进行不断转移的，因此，可以采用价格型需求响应策略来优化慢充站内电动汽车充电功率在各个时段的分布。简单的说，就是人们可以在充电高峰时段，也就是电价较高的时段尽可能少的进行充电，进而减轻慢充站的压力。然而，就目前统计的大数据来看，电价敏感度、出行时间以及充电方便性都直接影响了电动汽车用户在需求响应策略下的效果。因此，在充电站中引入双重效用函数就显得非常有必要了。

3.2综合能源规划目标函数及约束条件

在综合能源规划目标函数中，为了保证综合能源城市配网的安全稳定运行，需要注意的是，不仅要遵守各终端综合能源但愿内部的能源转化平衡关系，还应该注意电力网和天然气网是否能够满足电力传输能量平衡和天然气传输能量平衡。

结语

终上所述，综合能源城市配网主要是指以电力为主体，在结合天然气、热能以及交通等能源形式而形成的一种系统。就本文而言，则是在终端综合能源单元的基础上，对建设运行成本、慢充站充电时间效用函数以及快充站的交通流量效用函数的综合规划方法的提出。就该方法而言，大致有一下三个特点，即:①在响应供给侧改革的基础上，将能源转化特性加以利用，并实时的将能源结构和转化模式进行调整，以求达到终端用户符合下降、能源价格平稳，实现电能削峰填谷的目的。②在该方法中，是将慢充站充电时间效用函数进行应用了的，其范围不仅将价格型需求响应策略的实际参与和意愿纳入在内，而且，还引入了快充站交通流量效用函数。③在该方法中，能够将独立的电力网、天然气网和交通网耦合于中核能源城市配网进行协调规划，一方面不仅解决了决策冲突的问题，另一方面也节约了资源，最大程度的保证了该系统的经济性。需要注意的是，在未来的发展过程中，应该将综合能源规划格局作为基础，着重探究能源转化装置和能源网络类型以及如何针对能源转化装置而使塑造出的分析模型更加精确细致化，更加明确下一步所应该研究的方向。

参考文献

[1]曾鸣.基于能源互联网平台的供给侧改革与需求侧响应[J].中国电力企业管理,2016(4):38-41.

[2]曾博.面向低碳经济的主动配电网综合资源规划与决策理论[D].华北电力大学(北京),2014.