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传统的城市能源系统规划以单一网络为主,各网络间缺乏联系,无统筹规划。本文针对城市综合能源系统的配电-气-热网的联合规划问题开展深入研究,详细阐述了城市综合能源系统规划的内涵,从多网络耦合和可靠性研究两个层面,研究了城市综合能源系统规划的相关理论和方法。研究内容涵盖了城市综合能源系统规划中多网络协同、多控制对象、多网络松弛、大数据应用及N-1可靠性、N-k可靠性的关键技术问题等方面,形成了较为完善的城市综合能源系统的基本研究方法和技术方案,研究重点及相关成果主要体现中以下几个方面:(1)提出了 一种考虑配电网重构的配电-气-热综合能源系统网架扩展规划模型。分析了电网-气网-热网三者的相似性和区别;参考已有相关文献,提炼出三种单一网络规划通用模型;在详细研究配电网重构、网络的辐射状结构约束和潮流走向规律的基础上,提出了含重构的潮流剥离配电网规划方法,从规划层、运行层和重构层等三个层面对该方法进行了剖析;建立了三网耦合的能源集线器模型;提出了适用于热网的规划方法;实现了对三种网络的集中建模,化繁为简,使其能适应大规模网络规划;通过配电网54节点测试系统、配气网50节点测试系统、改进的配热网38节点测试系统和5个能源集线器耦合的联合测试网络验证了所提模型的正确性和有效性。(2)提出了 一种能源集线器中计及电-气储能的可重构配电网与配气网规划模型。从能源集线器的基本结构和电-气储能模型分析出发,对含电-气储能的能源集线器以及小时级别的充放电运行机理进行了理论分析,揭示了能源集线器和电-气储能运行的内在本质。案例结果说明了配电网重构可转移负荷并充分利用现有线路的容量,储能装置可平滑负荷波动并推迟甚至避免新设备安装;验证了理论分析的正确性,所得的结论能够为储能装置和配电网重构等城市综合能源系统控制资源的推广应用提供有益指导。(3)提出了 一种基于混合整数二阶锥的主动配电-气网联合扩展规划模型。从主动配电网潮流方程分析出发,在节点功率平衡方程中引用辅助变量,并进一步对节点功率平衡方程和电力线路电压降落方程松弛,得到混合整数二阶锥的形式;同时在分析配气网潮流方程的基础上,对非线性非凸且难以求解的气网管道稳态方程进行了研究,使用了二阶锥的松弛方法;建立了适度松弛的基于混合整数二阶锥规划模型,充分考虑了运行时各状态的变化;为城市综合能源系统规划提供理论指导。(4)提出了一种考虑供能可靠性及风光不确定性的城市综合能源系统规划方法。研究了大量历史数据质量欠佳情况时导致传统的场景削减技术偏离度过大的问题,在剖析聚类算法内在机理的基础上,提出了改进的DBSCAN算法,获得更为接近实际工况的典型场景及其故障发生概率;同时通过分离潮流的大小和方向引入负荷状态虚拟变量,提出了一种无需循环校验、适用于辐射状网络且可一体化建模求解的N-1供能可靠性评估算法,并从规划层面、运行层面和N-1故障层面说明了算法的正确性;建立了以总利润最大化为目标函数的城市多能源系统整数二次规划模型。为实际城市综合能源系统规划中大数据的应用和N-1供能可靠性的计算提供了理论参考。(5)提出了一种计及电转气耦合及辐射状网络供能可靠性的配电-气系统扩展规划模型。首先说明待规划模型的物理架构,对电转气进行建模,针对可再生能源存在的波动性问题,应用DBSCAN密度类聚类算法产生典型场景及其概率;继而建立故障停运模型,计算任意k条能量配送通道(包括配电网的的电力线路和配气网的配气管道)发生N-k的期望故障时间,并得到预想故障集;然后,通过分离潮流大小和方向,引入负荷状态虚拟变量,提出一种考虑N-k的辐射状网络供能可靠性算法,以配电-气系统总成本最小为目标,建立混合整数二次规划模型。测试系统使用24节点待规划配电网和改造的30节点待规划配气网并通过3个电转气装置耦合。案例分析结果证明了本文所提出的辐射状网络供能可靠性评估算法的正确性,说明了 N-k相比N-1更能获得合适的规划结果,表明了通过电转气装置耦合两种网络能有效提升系统供能可靠性并增加可再生能源的消纳能力。