当前世界范围内能源转型加速，国家电网公司也提出建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业的战略目标。建设能源互联网是承接国家能源安全新战略，推动电网和发展高质量发展的关键。在新时代和新战略下，对能源互联网的认识也需要不断深化。国网能源院能源互联网研究所聚焦于能源互联网基础理论、综合能源系统规划优化与市场机制、能源电力转型发展、能源互联网新技术新元素、城市智慧能源系统等领域开展了深入研究。本专栏围绕能源互联网关键问题，从理论研究、模型方法和经验实践等方面展开，结合相关成果和研究思考与读者进行交流分享。
文章导读：源网荷储协调优化是能源电力高质量发展的前沿趋势，也是能源互联网环境下电力系统转型升级的重要特征，需求侧资源和储能将逐渐成为电力系统中的重要元素。国网能源院能源互联网研究所构建了电力系统源-网-荷-储协调规划模型，自主开发了程序代码，支撑了《中国能源电力发展展望》及多个项目研究工作。本文从模型功能、模型构成、程序开发、模型应用等方面对该模型进行简介，希望同感兴趣的读者进行交流共享。
电力系统源-网-荷-储协调规划模型介绍
执笔人：张宁
国网能源院
能源互联网研究所
一、模型功能
国网能源院能源互联网研究所构建了电力系统源-网-荷-储协调规划模型，自主开发了程序代码，能够对规划期内中国各区域各类电源、输电通道、需求侧资源、储能等电力系统各个部分进行统筹规划，得到电力系统整体最优发展路径。求解方式为通过建立数学优化模型，将规划期内各年份各区域各类源网荷储元素的发展规模设为待求解变量，构建目标函数与约束条件，通过计算机编程的方式，求得一组满足各项约束条件、且使得目标函数值最小的解。
模型主要输入包括：
● 规划期内逐年各区域各类电源装机成本、运行成本及补贴水平
● 各类电源电力平衡贡献置信系数、利用小时范围、最大调峰深度、爬坡速率、二氧化碳和主要污染物排放系数
● 碳排放外部成本
● 逐年各类电源存量机组退役容量
● 逐年各跨区输电通道建设成本
● 各跨区输电通道输电功率变化范围、线损率
● 逐年各区域内部平均输配电线损率
● 逐年各区域电量需求、最大负荷、负荷峰谷差
● 逐年各区域需求侧资源激励成本
● 各区域需求侧资源的峰荷同时率、等效利用小时
● 逐年各区域各类储能建设成本
● 各类储能的充放电效率、SOC范围、峰荷同时率
● 规划期起始年各区域各类电源、跨区输电通道、需求侧资源和储能的已有容量
● 各区域各类电源、跨区输电通道、需求侧资源和储能的发展规模上限
● 清洁能源发电装机占比、发电量占比等发展目标
● 折现率
模型主要输出包括：
● 规划期内逐年各区域各类电源装机容量
● 逐年各跨区输电通道容量
● 逐年各区域需求侧资源容量
● 逐年各区域储能装机容量
● 逐年系统建设成本及运行成本
● 逐年系统二氧化碳及主要污染物排放
二、模型构成
作为非线性数学规划问题，该模型由目标函数和约束条件构成。
目标函数方面，是使规划期内系统总成本净现值最小化，包括电源建设成本、电网建设成本、需求侧资源利用成本、储能装机成本、系统运行成本与排放成本。
约束条件方面，包括各区域电力平衡约束、电量平衡约束、调峰能力约束、调节速率约束、输电容量约束、输电电量约束、源网荷储各类元素扩展规模约束、清洁能源占比约束、二氧化碳和主要污染物排放约束等十余类约束。其中，为适应高比例新能源发展，确保电力系统调节能力与新能源发展规模相适应，减少因系统对新能源接纳能力不足导致的弃风、弃光问题，在规划模型中加入了调峰容量约束与调节速率约束。
图1 源-网-荷-储协调规划模型示意图
三、程序开发
基于国际顶尖数学优化建模开发环境GAMS完成模型程序开发，全部代码为院研究人员自主编写。目前基于中国区域尺度的规划应用中，模型程序包括总计10000余个公式，7000余个决策变量和53000余个非零参数。
图2 源-网-荷-储协调规划模型GAMS程序运行截图
四、模型应用
支撑开展《中国能源电力发展展望》研究，用于中长期分区域源、网、荷、储各类元素优化发展规模展望分析，模型部分代表性求解结果如下所示。支撑开展《全球能源研究统一平台模型体系研究与系统研发》，用于电力系统源网荷储协调规划模块开发。支撑《智库研究平台全领域一体化仿真方法与实用技术研究》《能源互联网企业决策支撑关键模型研发》等国网公司科技项目推进。支撑与IRENA联合报告《Electrification with Renewables》编写。相关成果曾获得中国产学研合作创新成果奖一等奖、中国能源研究会能源创新奖三等奖、国家电网公司软科学成果奖二等奖。
图3 电气化加速情景下2019—2050年全国各类
电源装机容量
图4 电气化加速情景下2019—2050年全国各类
电源发电量
图5 电气化加速情景2035年电力流示意图
图6 电气化加速情景下规划期内需求响应发展情况
图7 电气化加速情景下规划期内新型储能发展情况
专家介绍
张宁，国网能源院能源互联网研究所高级研究员，电力系统自动化专业博士，高级工程师。主要从事能源电力规划、能源转型、能源互联网、综合能源等领域研究。发表SCI、EI检索论文30余篇，其中一作一区SCI4篇，一作SCI论文他引200余次，担任《Energy》等20余个SCI期刊审稿人。主笔《中国能源电力发展展望》等著作，参编国网标准3项。曾获行业级一等奖、二等奖，国家电网公司特等奖、一等奖、二等奖等奖项。
团队简介：国网能源院能源互联网研究所（简称互联网所）于2015年7月份成立，主要负责能源互联网市场分析及技术经济研究、能源互联网发展政策与战略规划研究、综合能源系统规划运行、城市智慧能源系统研究、综合能源服务业务发展及市场分析、国际能源政策及战略研究等。互联网所内设国际能源政策研究室、物联网经济研究室、综合能源研究室，共有19名员工，平均年龄34岁，其中博士12人，具有高级职称14人，专业覆盖电气工程及其自动化、经济学、环境科学与工程、法学、计算机科学等。曾多次获得“国家电网公司先进集体”、“国家电网公司先进班组”、“国网能源院先进集体”、“先进党支部”以及“课题攻关党员创新团队”等称号。
