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前言

10月13日，2021国家能源互联网大会在山东淄博会展中心正式拉开序幕，主题为“聚力双碳目标 ，清洁能源互联创新”。本次会议由清华大学、国家能源互联网产业及技术创新联盟主办，中关村能源互联网产业技术联盟、中关村智能电力产业技术联盟、山东理工大学、山东能链控股有限公司协办，北京清能互联科技有限公司（下称“清能互联”）作为联盟成员及支持单位受邀出席。

会上，清能互联CTO赖晓文博士发表题为《面向双碳目标的源-网-荷-储协同规划与运行模拟平台》的主题报告。面向未来电力系统“随风逐日、泛在互联、多能协同、灵活互动”的全新形态，提出了面向“双碳”的源-网-荷-储协同规划和运行模拟解决方案。

▲清能互联CTO赖晓文博士发表主题报告演讲

以下为发言及报告内容：

近期清能互联和清华大学电机系智慧能源实验室以及清华四川能源互联网研究院，联手打造了面向双碳目标的源-网-荷-储协同规划与运行模拟平台。

在“双碳”目标之下，电力系统面临着全新的发展要求。风电与光伏将会成为主要的电源品种。为了支撑风电与光伏的消纳，电力系统运行的技术体系也亟待全面革新。未来电力系统的发展将会形成全新的形态，用四个词去总结：随风逐日、泛在互联、多能协同、灵活互动。

风光的不确定性需要消纳，电力系统需要通过物理连接、机制激励来去充分调动电源侧、负荷侧的多种能源形式，协同起来、互动起来，为新能源的消纳提供基础。

在实现这张蓝图的过程当中，实际面临着诸多的技术挑战。这张图展示了在不同的新能源渗透率上可选择的技术、集成措施，以及它们的经济性。可以看到，在相对较低的新能源渗透率下，尚且能够通过系统调度的优化和市场机制的激励，充分激发现有资源的响应和互动，去促成新能源的消纳。然而在新能源的渗透率达到相对较高的状态时，就需要对电源、电网、负荷、储能等方面技术的建设和技术的升级开展相应的工作。

这些建设和升级是会带来较高成本，现在就非常急需技术手段和工具，去分析将来需要在源-网-荷-储做好怎么样的资源配置，将能够达到怎么样的效果，运行的场景是什么样的，将会带来多大的投资成本和运行成本。

急需面向新型电力系统的规划和运行模拟的技术方法和工具，但是当前传统的规划和模拟工具总结有五个相对的不足：

第一是缺少低碳规划的模型。过去传统的规划和模拟的主要目标，往往是安全性和经济性，对碳本身缺乏相应的排放和碳流动量化的过程。今天需要在规划模拟模型当中把碳作为一个重要的因素考虑进去。

第二是无法模拟新能源的随机出力，规划面向的是新的地理位置的新的风和光的装机，它们出力的随机性怎么样？需要对其出力特点进行全面考量。同时非常重要的是需要考虑相互之间的时空相关性，才能够精确地去衡量风光出力随机性的特征。

第三是过去的规划模拟工具通常是面向电力系统的典型运行方式去开展的，但是高比例新能源接入情况下，不管是新能源自身对电力系统提出的灵活性的要求，还是储能的运行特性，都是时间耦合的问题。因此新的工具必须要考虑8760个小时精细化持续模拟。这种考虑将会为计算带来非常巨大的挑战，因此还需要去实现提出新的技术方法，去实现高精度求解，来满足应用的需要。

第四是数据输入量大，规划跟模拟实际上是需要大量的模型数据、边界条件的数据等等。如此之多的数据，将它输入工具后怎么样维护起来，其实已经是一个非常大的难题。因此一方面需要通过积累高质量的数据集，第二方面是需要去优化工具本身的数据维护和交互的方式，为使用去提供足够的便利。

第五是可视化程度低。过去的规划工具，往往局限于把结果算出来进行分析的层面。而精细化规划和运行模拟的结果背后会带来大量数据，数据之间的相关性需要通过很好的可视化方式挖掘出来。因此怎么对计算结果进行多维展示和评估也是需要重点解决的问题。

针对上述不足，提出了面向“双碳”的源-网-荷-储协同规划和运行模拟解决方案，解决方案分成五个层次，最底层是数据，数据将设备参数、电网运行场景、风光资源等等整合在一起。基于这些数据构建出来六大模型，包括风光出力随机性模拟模型、投资规划模型、时序运行仿真模型，以及传统的电网潮流模型、碳排放模型和成本流模型。将这些模型和数据进一步聚合成服务，在数据层、计算层和展示层提供相应的服务支撑能力，从而支撑上层的六大应用，包括电网的模型构建、运行场景的预测、协同规划优化、持续运行模拟、大数据挖掘分析，以及全景综合展示。

这些应用将进一步支撑不同用户在不同场景下的规划与运行模拟的解决方案。面向电网企业，能够提供电源和电网的建设规划分析，以及电力系统多场景的运行推演。面向发电企业，可以提供“双碳”发展的转型路径分析，以及电源、投资改造的建设分析和运行模拟。面向设计院，可以提供电源建设的基础方案评估和项目的经济性与风险收益分析。面向科研单位，可以支撑电力系统的低碳转型的场景分析和相应的政策、经济、技术问题的研究。面向金融机构，可以支撑对电力系统自身发展趋势的分析，以及相关的行业投资价值分析。

平台核心功能包含四大步骤：第一步是建模，第二步是计算，第三步是分析，第四步是展示。

在建模层面，首先要把电网模型构建出来，平台里面将会预置常见的电网元件参数、场景数据、资源数据等能够支撑模型的快速构建；其次基于负荷预测算法和集群风光出力的随机性模拟算法，对未来的负荷需求和新能源出力进行多场景预测，作为后面优化计算的边界条件。

第二步做计算，包括源-网-荷-储协同一起的规划计算，以及电力系统运行模拟。在规划方面，系统支持多种规划的目标、视角，无论发电企业做规划、还是电网企业做规划，或者电力设计单位，以及规划的场景、约束等等全维度自定义的灵活配置，都可以通过优化计算，去输出带有时序信息的相关结果。

在模拟层面能够支持对当前态、规划态和研究态模型和场景的连续快速运行模拟，输出系统的运行安全性、经济性、环保性等等方面的关键指标。

第三步是做分析，系统会通过场景的校核智能决策，提示出规划方案到底有没有问题，做的好不好，如何改进。通过场景校核，将会对规划方案进行典型运行方式的精细化安全分析，并且能够将没有通过校核的场景一键转换成约束条件添加到规划方案里。

针对规划方案的各方面的指标，基于底层的数据分析去提示出来这些指标跟规划计算时的目标控制变量、边界条件等等方面存在什么样的联系，如何通过修改前置的计算参数，为指标的提升提供建议，这个是智能决策方面。

最后一步就是进行展示。首先展示之前第一步是对数据关联关系进行透视分析，内嵌了BI数据可视化分析引擎，能够支撑自定义的指标计算和自定义的可视化页面的创建。这对于面向未来的规划、未来模拟的诸多需求的灵活性适配是非常关键的。其次，系统自身也内置了多维多层次的驾驶舱的大屏展示仪表板，从多个主题包括能源的供需结构、三个流分析（能源流、成本流、碳流）、三个层面的指标（可靠性、经济性、环保性）等等，诸多维度去综合评估展示规划方案以及电网运行场景。

产品特色总结成四个关键词，首先这个工具是非常复杂的，背后的数据量非常大，模型逻辑非常复杂，因此第一个关键词是“便捷易用”，这个非常重要。通过预制典型的模型参数来减少初始化数据的工作量，通过提供数据资源的灵活调用的能实现快速的、便捷式的组装建模。通过高交互界面设计，包括向导式指引性、批量操作跟异步响应等交互设计，实现人机友好的页面交互，提升易用性。

第二个方面是“高效智能”。规划和模拟本质上是一个优化问题，因此背后的模型算法高效性和智能性非常重要。首先内嵌的是计及时序信息的8760小时连续运行模拟模型，能很好地考虑新能源和季节性储能的时间耦合特性。其次为了提高长时间运行模拟的计算效率，内嵌了基于机组聚类线性化方法，为内核的计算加速提供支撑。

规划和模拟的优化求解不再是黑匣子，除了输出计算结果之外，还会输出跟这个结果紧密相关的灵敏度的信息，从而为后续的方案提升给出启发性的建议。

第三个方面是“灵活开放”，规划跟模拟仿真实际上需求是千变万化的，工具应该具备灵活性，系统提出了“三灵活”设计，通过数据方面组织的灵活性，计算方面模型参数设置的灵活性，以及展示层面指标的定义、可视化展示方式的灵活性，去支撑到前端灵活多变的业务需求。

第四个方面是“全景展示”。规划和模拟仿真大量的数据结果都需要进行挖掘，从而提示相关的系统规划的方案和系统模拟情况，系统内置了结构分析、流分析、多维展示、连续播放的方案等等专题的分析页面，帮助规划人员提示相应的运行情况。

目前平台已经应用于多个区域、省级电网的“双碳”转型路径分析，以及电源和电网的发展规划的工作当中。

最后，诚挚地邀请广大业界同仁，通过软件方面、数据方面、咨询方面等多种合作形式，能够跟清能互联一道为我国电力系统全环节高质量发展贡献力量！

（完）

演讲者简介

赖晓文，清华大学电机系博士、博士后，曾就职于广东电网调度中心，现为北京清能互联科技有限公司技术总监。2016年至今深度参与广东电力现货市场规则设计、核心算法开发与试运行，支撑多个省份电力现货市场建设相关工作。在电力市场、电力系统调度运行、分解协调优化等领域具有丰富的理论研究与工程化应用经验，所开发的智能电网调度计划优化、电力市场优化出清、现货市场仿真系统应用于全国20余省份，曾获中国电力科学技术进步一等奖、教育部科学技术进步一等奖。

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点击链接收看大会现场视频：

https://web.guangdianyun.tv/live/73496?uin=3185&refererId=36821277

 （温馨提示：赖晓文演讲时间轴为198:00 - 212:12）