能源互联网专题研讨会--张宁--综合能源系统建模与规划.pdf

第六届电工学科青年学者学科前沿研讨会第六届电工学科青年学者学科前沿研讨会综合能源系统建模与规划综合能源系统建模与规划清华大学电机系清华大学电机系电力系统研究所电力系统研究所 智慧能源实验室智慧能源实验室张宁张宁个人基本情况个人基本情况 2003.09-2007.07清华大学电机系工学学士 2007.09-2012.07清华大学电机系工学博士2010.102011.07 英国曼彻斯特大学，电机与电子工程系 助理研究员 2012.07-2014.07清华大学电机系博士后2013.122014.03美国哈佛大学，工程与应用科学学院助理研究员 2014.09-2016.12清华大学电机系讲师 2017.012017.01-今今清华大学电机系清华大学电机系副教授、博士生导师副教授、博士生导师 获奖获奖 省部级奖2项项 科协青年托举计划青年托举计划 世界工程组织联合会WFEO联合国可持续发展目标青年青年工程师工程师奖奖 期刊编辑期刊编辑 IEEE TPWRS，ITESS，MPCE，CSEE JPES，PCMP EPSR Editorial Advisory PanelIEEE Senior Member,IET Member,CIGRE Member 发表或录用论文发表或录用论文：110+其中SCI收录：55篇篇 IEEE Transactions：35篇篇 ESI高被引：3篇篇 H-index：21 专利与软专利与软著著 10项专利，8项软著 承担项目承担项目 自然科学基金面上、青年 重点研发计划2项 横向项目十余项主要研究领域主要研究领域可在生能源可在生能源消纳消纳可再生能源不确定性建模及优化电力系统规划及运行模拟综合能源系统建模与规划研究内容研究内容 相依概率性序列运算原创性理论 可再生能源时空相关性建模及重构 可再生能源预测误差条件概率分布建模 可再生能源容量可信度研究内容研究内容 考虑海量电力系统运行场景的电源与电网规划方法 考虑安全约束的电力系统精细化运行模拟方法 电力规划决策支持系统GOPT平台研究内容研究内容 能量枢纽矩阵化建模 气网与热网暂态与稳态建模 区域能源系统与跨区能源系统规划 区域能源系统与跨区能源系统可靠性评估可再生能源不确定性建模及优化领域可再生能源不确定性建模及优化领域难点：集群风电及光伏出力存在复杂时空相关性学术贡献：提出基于Copula的相依概率性序列运算理论突破：解决了非独立随机变量之间非独立随机变量之间的计算问题应用：可再生能源出力分析、概率潮流、可靠性分析()(,)()()abcababiiix is i ia ib ia取ia的概率b取ib的概率a+b等于i的概率修正因子修正因子学术成果及评价学术成果及评价 ESI Top 0.1%高被引论文高被引论文 An Efficient Approach to Power System Uncertainty Analysis With High-Dimensional Dependencies,IEEE Transactions on Power Systems,2018,33(3):2984-2994.论文大规模风电场接入对电力系统调峰的影响获20122012年中国百篇最具影响的国内学术论文奖以及年中国百篇最具影响的国内学术论文奖以及F5000F5000中国精品科技期刊顶尖学术论文奖中国精品科技期刊顶尖学术论文奖 风电出力分析中的相依概率性序列运算获得清华清华大学大学横山亮次优秀论文奖横山亮次优秀论文奖；专著：Ning Zhang,Chongqing Kang,Ershun Du,Yi Wang,“Analytics and Optimization for Renewable Energy Integration,”380 pages,CRC Press,2019.获辽宁省科技进步二等奖二等奖（排名第三）电力系统规划及运行模拟领域电力系统规划及运行模拟领域 问题：可再生能源接入后系统运行场景急剧增加 学术贡献1：提出了内嵌场景削减的优化规划模型与方法，解决了电源电网规划优化中考虑海量运行场景的问题 学术贡献2：考虑多类型电源运行特性以及交直流电网的电力系统运行模拟方法体系与软件平台，解决复杂电力系统规划评估问题工程应用工程应用甘肃电网适应电源基地大规模送出的市场机制与决策分析云南电网云南电网低碳化发展模式研究山东电网智能电网背景下的山东节能低碳电网研究江苏电网电源优化规划软件系统风电模拟系统开发江苏省“十二五”电力规划专题研究江西电网不确定因素建模与电网风险评估研究广东电网广东电网海上风电消纳能力研究冀北电网间歇式能源发电多时空尺度调度系统研究与开发（863项目）吉林电网提高特高压电网输电能力的措施及风险评估南方电网南方电网中长期多类型新能源综合消纳能力研究“三华”电网提高特高压电网输电能力的措施及风险评估青海电网高海拔大型光伏、风电发电基地出力时空特性及对电源规划与供电充裕度影响研究蒙西电网Harvard-China Project湖北电网电网规划决策评估系统学术成果及评价学术成果及评价 ESI高被引Top 0.1%论文Reducing curtailmentof wind electricity in China by employing electricboilers for heat and pumped hydro for energystorage，同时被IEEE Spectrum杂志2016年第9期在讨论中国风电并网的文章中予以重点报道。中国电力科学技术三等奖三等奖（排名第二）第44届日内瓦国际发明奖银奖银奖 第十界北京发明创新大赛银奖 韩国电力发明展BIXPO Leading Edge Price 北京科技公民创新创意大赛科技发明二等奖综合能源系统建模与规划领域综合能源系统建模与规划领域难点：电、热、气等不同能源系统运行特性迥异、模型与方法不统一，没有系统性的分析方法学术贡献1：提出能量枢纽标准化矩阵建模方法学术贡献2：提出气网与热网暂态与稳态矩阵建模与等值方法学术贡献3：提出综合能源系统“从无到有”的规划方法解决了综合能源系统计算机自动化分析与规划的问题。学术成果及评价学术成果及评价 获得世界工程组织联合会WFEO联合国可持续发展目标青年工程师奖。论 文 Mixed-integerlinearprogramming-basedoptimalconfigurationplanningforenergy hub:Starting from scratch进入ESI高被引Top 1%。中国电机工程学会优秀论文二等奖、三等奖。在综合能源系统方面的研究被科技评论网站Science Trends以专题文章的方式进行亮点亮点报道报道。支撑同里新能源小镇、山西科创城能源互联网、珠海横琴能源互联网示范工程的规划。学术兼职情况学术兼职情况 学术兼职IEEE Senior Member,IET Member,Cigre Member,CSEE Member中国电科院期刊中心青年专家团成员中国可再生能源电力并网研究协作组（CVIG）成员The Energy Systems Integration Group,EISG 成员Cigre C1.39 秘书，Cigre C1/C6.33 国家代表 期刊编委与特约编辑IEEE Transactions on Power Systems杂志编委杂志编委International Transactions on Electrical Energy Systems杂志编委（分别获2017、2018优秀编辑奖）CSEE Journal of Power and Energy Systems(JPES)杂志 青年编辑Journal of Modern Power System and Clean Energy(MPCE)杂志编委Protection and Control of Modern Power Systems(PCMP)杂志编委IEEE Transactions on Power Systems 专刊“Enabling very high penetration renewable energy integration in future power systems”特约编辑（2017年1月）IEEE Transactions on Engineering Management专刊“Data analytics for energy water,and Environment”特约编辑（2019年3月）Journal of Modern Power Systems and Clean Energy专刊Special Section on Forecasting in Modern Power Systems”特约编辑（2017年1月）中国电机工程学报专刊:“能源互联网中的区块链技术研究与应用”特约副主编（2017年2月）电力建设专刊“综合需求响应”特邀主编（2017），面向可再生能源消纳的多能源互补（2019）综合能源系统建模与规划综合能源系统建模与规划区域级综合能源系统关注能量的转化跨区级综合能源系统关注能量的传输两个层次建模：能量枢纽建模：网络模型综合能源系统的结构综合能源系统的结构综合能源系统建模综合能源系统建模将潮流方程转化为高精度将潮流方程转化为高精度线性化潮流模型线性化潮流模型电网建模电网建模气网建模气网建模热网建模热网建模将偏微分方程离散化为差将偏微分方程离散化为差分方程分方程建立水流网络方程建立水流网络方程在水流方程基础上在水流方程基础上建立热力网络方程建立热力网络方程综综合合能能源源系系统统建建模模基于图论的能基于图论的能量枢纽标准化量枢纽标准化矩阵模型矩阵模型能量枢纽能量枢纽建模建模电力网络方程的线性化电力网络方程的线性化Yang J,Zhang N,Kang C,et al.A state-independent linear power flow model with accurate estimation of voltage magnitudeJ.IEEETransactions on Power Systems,2017,32(5):3607-3617.Yuxiao Liu,Ning Zhang,Yi Wang,Jingwei Yang and Chongqing Kang.Data-Driven Power Flow Linearization:A RegressionApproach,IEEE Transactions on Smart Grid,2018.accepted,in press 提出考虑电压以及无功功率的线性提出考虑电压以及无功功率的线性化潮流模型化潮流模型DLPFDLPF同时适用于同时适用于输电网输电网和和配电网配电网考虑电压以及无功功率的线性化模型考虑电压以及无功功率的线性化模型 PBGQGBV111121314152212223242533132333435414243444545152535455561626364656 LLSSRLLSSRR CAAAAAPCAAAAAPCAAAAAPQAAAAACVQAAAAACVQAAAAACV 提出数据驱动的潮流线性化模型提出数据驱动的潮流线性化模型根据历史潮流数据建立数据驱动的高精度潮流根据历史潮流数据建立数据驱动的高精度潮流模型模型燃气网的建模方法燃气网的建模方法Jingwei Yang,Ning Zhang,Chongqing Kang,Qing Xia.Effect of natural gas flow dynamics in robust generation scheduling underwind uncertainty,IEEE Transactions on Power Systems.2018,33(2)2087-2097.提出考虑燃气网暂态过程的线性化建模方法提出考虑燃气网暂态过程的线性化建模方法 引入虚拟节点 建立差分形式支路方程 提出考虑燃气网暂态的等值网络提出考虑燃气网暂态的等值网络 建立燃气与电网有关联的节点等值端口模型能量枢纽标准化矩阵建模方法能量枢纽标准化矩阵建模方法outinVCV能量枢纽：一种用于描述综合能源系统中能源、负荷、网络之间交换、耦合关系的输入-输出端口模型支路支路：表示能量枢纽中能量的流动。节点：节点：表示能量转化与存储设备端口端口：表示能量转化与存储设备的输入和输出。输入节点输入节点Yi Wang,Jiangnan Cheng,Ning Zhang*and Chongqing Kang.Automatic and linearized modeling of energy hub and its flexibility analysis,Applied Energy,2018,211:705-714.WQCHPABABCERGCWARGR,W1inv,W1outvWQWQTDTCCvTS1v2v3v4v6v5v7v8v10v9v11v12v,W2outv,R1outv,R2outv,Q1outv,Q2outv,Q3outv,Q4outv1Dv,W2inv,F1inv,F2invWv2DvQv技术路线：技术路线：定义节点-端口能量转换矩阵，端口-支路关联关系等一系列矩阵，通过矩阵的之间的运算得到整个能量枢纽的耦合矩阵解决的问题：解决的问题：实现计算机自动化建模实现综合能源系统的线性化、标准化建模能够适用于任意综合能源系统结构，能够考虑蓄能，综合需求响应。应用：应用：综合能源系统运行、规划综合能源系统安全性分析、可靠性分析、灵活性分析Yi Wang,Ning Zhang,Chongqing Kang,Daniel S.Kirschen,Jingwei Yang and Qing Xia.Standardized matrix modeling of multiple energy systems,IEEE Transactions on Smart Grid,2017.accepted,in press.能量枢纽标准化矩阵建模方法能量枢纽标准化矩阵建模方法区域综合能源系统的规划模型与方法区域综合能源系统的规划模型与方法 问题描述：问题描述：已知：各类能源负荷曲线（年度典型日曲线），输入能源最大容量与单位价格，可选择设备与其投资价格 求：区域综合能源系统设备选择、设备连接方式以及典型日运行方式 Yi Wang,Ning Zhang,Zhenyu Zhuo,Chongqing Kang and Daniel Kirschen.Mixed-integer linear programming-based optimal configuration planning for energy hub:Starting from scratch,Applied Energy,2018,210:1141-1150.Wujing Huang,Ning Zhang,Jingwei Yang,Yi Wang and Chongqing Kang.Optimal Configuration Planning of Multi-Energy Systems Considering Distributed Renewable Energy,IEEE Transactions on Smart Grid,2017.accepted,in press.感谢！请批评指正！感谢！请批评指正！http:/