能源危机和环境恶化问题,促使人类加快能源转型的进程,建设能源互联网是解决这两大突出问题的关键之一。微能源网是微电网概念的自然延伸,是能源互联网的神经末梢,被认为是实现节能减排、提高能源利用效率、促进新能源就地消纳的有效途径。微能源网耦合了多种能源以及各类能源转换和存储设备,可以实现多能互补和替代用能,是实施综合需求响应(Comprehensive Demand Response,CDR)的重要方式。在此背景下,论文主要对多能互补的微能源网综合需求响应进行了研究,主要内容如下:(1)研究了微能源网的矩阵建模问题,首先建立了微能源网关键设备的模型;然后采用能量母线结构,提出一种基于图论的微能源网通用矩阵建模思路,包括提出建模所需的基本定义、能量流有向图的构建方法、能量流平衡方程矩阵建模的基本方法和流程;最后通过微能源网优化运行问题验证了所提建模方法是一种较为实用和有效的通用矩阵建模方法。(2)建立了基于优化运行的微能源网综合需求响应模型,包括家庭和园区微能源网综合需求响应模型,求解并讨论了这两类微能源网参与综合需求响应的策略。着重通过4个不同场景探究了园区微能源网的综合需求响应问题,验证了微能源网在多能互补、替代用能、促进可再生能源消纳和节能减排等方面的优势。(3)从微能源网与电网和天然气网络的互动、微能源网自身的优化运行、终端负荷灵活的能量需求,这三个层面构建了综合需求响应模型。提出了一种电能自给率的定义,该定义可量化微能源网的电能自给水平。以此为基础,提出基于电能自给率调整策略的综合需求响应机制,并基于OpenDSS和MATLAB软件构建包含多个微能源网的综合能源系统,对所提综合需求响应模型进行优化和验证。(4)在多能源市场背景下,提出一种基于动态能源价格的综合需求响应和供需互动机制。首先构建了由多个综合能源供应商、多个微能源网运营商和一个独立综合能源系统运营商构成的综合需求响应能量管理框架。基于梯度投影法,建立了兼顾供需互动的动态电价和动态天然气价格模型;为保证隐私安全,提出一种分布式梯度投影迭代算法(Distributed Gradient Projection Iterative Algorithm,DGPIA),用于求解动态能源价格及各互动参与方的优化运行策略。
