定义：综合能源系统指的是在规划、建设和运行等过程中，通过对能源的产生、传输与分配( 能源网络) 、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化后，形成的能源产供销一体化系统。它主要由供能网络( 如供电、供气、供冷/热等网络) 、能源交换环节(如CCHP机组、发电机组、锅炉、空调、热泵等) 、能源存储环节( 储电、储气、储热、储冷等) 、终端综合能源供用单元( 如微网) 和大量终端用户共同构成。综合能源系统是能源互联网的物理载体。

（1）多能互补：   多能耦合、协同互补是综合能源系统的重要特征之一。 （2）物理与信息深度融合：   综合能源系统覆盖能源生产、传输、消费、存储、转换的整个能源链，系统内信息共享，能量流与信息流有机整合、互联互动、紧密耦合，形成信息物理系统。   互联网、物联网、大数据、云计算等的深度应用，可有效提升园区综合能源系统的灵活性、适应性及智能化。通过对等开放的信息物理系统架构，综合智慧能源系统将具备高可靠安全的通信能力、全面的态势感知能力、大数据处理计算能力以及分布式协同控制能力。 （3）源网荷储协调互动：   综合能源系统能量流与信息流深度融合使传统能源由单纯的生产、传输、消费和存储为主体，转变为集能源生产、传输、消费和存储多种角色于一体的自我平衡的主体。传统用户成为产消者，能源生产和能源消费的边界将不再清晰，对应的角色和功能可以实现相互兼容和替代。综合能源服务商、供电公司、各类工业、商业和居民用户、电动汽车、分布式能源、储能、热电冷联产系统等各类参与主体在供需关系和价格机制的引导下，灵活调整能源供应、能源消费和能源存储，从而实现综合智慧能源柔性互动以及供需储的纵向一体化。

  该系统以电力系统为核心，以风力发电技术、太阳能发电技术、天然气分布式供能技术、空气及储能电池等技术为主要的供能手段，建设和完善能源输配网和储能设施（包含电、热、冷储能），并配套建设智慧能源管理平台，构建一个完整的园区级能源互联网。综合智慧能源系统的物理构成包括供配电系统、冷热电三联供系统、光伏系统、风机系统、储能系统、充电系统、智慧管控系统等。   整个能源系统改变了以往供电、供气、供冷等各种能源供应单一规划、单一建设、单一运行的独立模式，利用现代信息通信技术、智能技术提高系统管理效率，在系统设计、建设、运行过程中，减少各类能源在分配、转化、存储、消纳等环节的资源浪费。

（1）能源转化技术：   此项技术应用侧重于对一次、二次能源的有效转换，从而使得能源利用价值得到大幅度的提升，其中常见的一次能源既涉及太阳能、风能及生物能等可再生的清洁能源，也包括石油、天然气等不可再生能源，二次能源则主要为电能。   当前在综合智慧能源系统中应用最为广泛的能源转换技术主要包括以下两种类型：一是太阳能发电技术。二是风电转化技术。 （2）冷热电三联供CCHP：   冷热电三联供CCHP不仅可以满足发电需求，同时释放的热量将成为副产品被回收利用，作为空间加热、水加热以及空间冷却的热源。   CCHP由燃气发动机、发电机、热交换器和吸收式冷却器组成。燃气发电机肩负产热和产电功能，而废热将被输送到吸收式冷却器中，并以此产生冷却能。该技术常常应用于建筑物的空调设备，而吸收式制冷机产生的电能与废热之比可以通过变化来满足特定的要求。 （3）热泵技术：   在新能源供热技术中，热泵是杰出的代表。其原理是利用制冷系统的热循环过程，将低温热源，如室外空气、循环水或地面热能，传递到高温物体中，用来加热水或采暖。常见的热泵种类有空气源热泵、水源热泵和地源热泵。 （4）储能技术   当前常用的储能技术包括储热、储气、储电、蓄冷四种。其中，适用于综合能源系统中的储电技术主要为储能电池。 （5）多能协同优化控制技术   综合能源系统能够为用户提供分布式供能，通过多能协同优化调度策略，提高能源利用率，促进不同能源之间的互补和协调，实现系统整体效能发挥的最大化。

  以系统经济成本最低与综合能效最高为目标建立了电-气- 热综合能源系统多目标优化调度模型。求解得到 Pareto 最优解集，为不同的运行需求提供综合性能优良的调度方案。

  电-气-热综合能源系统（integrated electricgas-heat energy system，IEGHES）是以电力系统为核心，融合天然气系统与热力系统，能够实现电力、天然气与热能间的耦合互补。整体构架如下：   对于供能侧，风能、煤炭、天然气等作为输入能源，分别通过发电环节和供热环节实现电能和热能的转换。由燃气轮机和余热回收锅炉组成的热电联产CHP机组和燃气锅炉GB作为电-气-热耦合环节将天然气系统 、电力系统和热力系统进行融合。 电转气（power to gas，P2G）装置可将低谷时段的剩余风电转化为易于存储的天然气，与储气设施共同作用，在用电和用热的高峰时段由燃气轮机、余热回收锅炉和燃气锅炉转化为电能和热能，促进风电消纳，提升系统用能效率。对于用能侧，多能用户通过合理选择负荷削减、负荷转移、负荷转换等 3 种综合需求响应IDR方式，利用电力与气、热间的耦合关系与峰谷时间差异，配合运行需求实现系统的协调优化，充分提升系统能效。

  建立含系统总成本 、综合能效目标的IEGHES 多目标优化调度模型，以实现 IEGHES 的 经济、高效运行。

1）目标函数 1：IEGHES 总成本   式中：F1 为系统总成本；NT 为调度周期内时段总数； C OP，t和 CIDR，t分别为系统运行成本和 IDR 成本。 2）目标函数 2：IEGHES 综合能效   式中：F2 为系统完整调度周期内的综合能效；E’ out j，t 和 Ej，i，t 分别为时段 t内考虑 IDR 后第 j个能源子系统的总负荷量和第 i 个供能设备的能源供给量；t ∈ T 表示时间尺度为一个完整的调度周期。

  综合需求响应约束   电力系统约束：系统节点平衡约束，线路传输容量约束，机组出力约束   天然气系统约束：天然气管道约束，加压器约束，储气装置约束，节点流量平衡约束   热力系统约束：流量连续方程，节点热功率平衡方程，管道温降方程，节点功率平衡方程，燃煤锅炉出力约束   能源耦合单元约束

  构建计及综合能效的 IEGHES 多目标优化模型包括式目标函数和众多约束，是一个混合整数非线性规划（mixed integer nonlinear programming，MINLP）问题，模型复杂度高。为快速求解，对综合能效目标及非线性约束进行线性化，将原问题转化为混合整数二次 规 划（mixed integer quadratic programming，MIQP）问题，并采用改进ε-约束法对多目标问题进行求解，该方法会将第二个目标函数转为约束条件，从而化为求单目标优化问题的混合整数二次规划问题，本文模型通过 MATLAB/ CPLEX 联合求解。

  为合理平衡经济成本最低与综合能效最高 2个目标之间的关系，决策者可依据系统对经济与能效的实际运行需求，从 Pareto 前沿集中选取综合性能适宜的调度方案。

[1]余晓丹, 徐宪东, 陈硕翼,等. 综合能源系统与能源互联网简述[J]. 电工技术学报, 2016, 31(001):1-13. [2]丁煜蓉, 陈红坤, 吴军,等. 计及综合能效的电-气-热综合能源系统多目标优化调度[J]. 电力系统自动化, 45(2):64. [3] 俞学豪,袁海山,叶昀. 综合智慧能源系统及其工程应用