引言为了提高能源利用率，实现各类能源的节能减排，需要合理开发和利用各类能源。传统的能源输送消耗方式比较单一，各类能源之间难以实现互补，能源综合利用效率较低。智慧能源管理系统融合了能源与信息化技术，主要通过融合信息化技术与云数据实现系统的远程监控、诊断和分析等操作，为企业提供科学合理的能源管理方案，从而实现能源优化配置、用户之间互补互动等多种功能[1-4]。1综合能源管理系统功能的需求分析目前，各类能源主要包括电能、风能、热能、气能以及光能等。随着经济不断增长，各类能源的消耗量不断增加。通过采用综合智慧能源管理系统可以有效平衡和优化能源调度，使各类能源之间能够相互转换使用；能够实时监测能源消耗情况，并对能源消耗量、需求数据进行分析，使企业可以实时掌握能源的消费、需求情况，根据监测数据制定相应的策略。综合智慧能源管理系统功能设计需要满足以下需求：（1）能源集中管控。构建综合能源管理系统可以帮助企业打破传统能源管控方式单一的问题，对各类能源进行平衡、监测，使各类能源之间可以相互转换，从而达到集中管控、合理利用的目的。（2）能源供需互动。智慧能源管理系统具有能源利用情况监测、数据汇总分析、节能监管、能源信息检索、能源数据统计分析等功能，可以解决能源高消耗问题，为能源供需双方提供互动平台以及优质的能源服务，满足各个节能减排主管部门、企业以及社会的需求。2系统的功能设计2.1智慧能源管理系统（IEMS）支撑平台IEMS支撑平台作为热力网与电力网之间的枢纽，主要包含数据库管理系统、人机界面系统、网络通信和进程管理系统、安全管理、自动诊断系统、WEB浏览子系统等，最核心功能是实现互联微网内电、热/冷、气多能流主要设备的建模，支持建立以下设备的稳态模型和动态模型：（1）线路、变压、调压器、母线等多能流系统设备（稳态模型）；（2）管道、热力站、循环泵、换热器、阀门、散热器等热/冷网设备（稳态模型、动态模型）；（3）管道、降压站等天然气网设备（稳态模型、动态模型）；（4）CCHP系统，包括燃气轮机、余热锅炉、溴化锂吸收式制冷机（稳态模型、动态模型）；（5）分布式光伏发电设备（稳态模型）；（6）储能（电、热、冷、气）设备（稳态模型）；（7）电动汽车及集群（稳态模型）；（8）数据中心（稳态模型）；（9）用户模型、需求侧模型（稳态模型）；（10）空调设备和室温变化模型（稳态模型、动态模型）。符合相关条件（用户许可、测点能够覆盖）时，IEMS数据的采集与建模应深入用户内部。文中项目的IEMS开发需要预留用户模型以及用户需求侧响应功能模块接口，供未来补充更完整细致的用户负荷模型并进行用户需求侧响应功能的开发。2.2多能流数据采集与监视（SCADA）系统多能流SCADA系统平台架构如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.016.F001图1多能流SCADA系统平台架构多能流SCADA系统作为IEMS的众多系统之一，主要功能包括综合监视、分析评估、遥控操作以及实时数据的采集，能够实现电、热、冷、天然气等多能流系统的数据采集和监控功能。（1）实时数据采集和处理。数据采集采用网络化IEC60870-5-104、DL/T 476—2012、DNP3.0标准规约，支持自定义规约。按照设定的参数，通过广域网直接进入系统采集网段，从而提高实际数据的采集效率。系统能够采集电厂监测数据，包括CHP电厂、换能站、制热/冷站、变电站、开闭站或其他能源控系统传送及人工设定的数据。数据处理方面，要求系统具有测量值处理、状态量处理、计划值、数据质量标志、公式定义和计算等功能。（2）设备控制。多能流SCADA系统平台能够帮助调度人员有效地控制各种设备的开关，对设备进行调节与参数设定。（3）事件和告警处理。系统监测到事故时，会根据事故的具体情况发出不同警报，能够在屏幕上发出报警提示或弹出报警符号，以声音的形式发出警报声，可以将事故展示到屏幕上，以便工作人员及时发现并处理。（4）自动记录和打印。可以根据报警级别和种类，通过报警提示音及界面设备符号闪烁等方式向有关人员报警；也可以根据需要与现场自动化报警寻呼系统连接，为其提供报警数据。（5）网络拓扑着色。系统一般根据设备运行状态确定各类能源设备的运行情况。在电网接线图和冷、热、水管网图上使用不同的颜色表示设备运行状态，可以利用颜色的深浅表示热/冷水管网流量状态，利用不同的颜色表示不同的电压等级。（6）事故追忆。事故追忆是多能流SCADA系统的重要功能，可以在事故发生后，向调度人员播放保存记录的事故数据，以便调度员根据数据分析事故的原因，并进行调整。2.3多能流实时建模与状态感知多能流SCADA流程如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.016.F002图2多能流SCADA流程（1）状态与量测估计维护。模块用于设置状态估计的参数，如启动周期、收敛精度、坏数据门槛等；有助于提高状态估计计算结果的精度，可以人为将单个或多个明显错误进行量测过滤、量测极性置反、人工置数等。（2）网络拓扑。网络拓扑能够对设备的运行变化进行实时处理，自动对电厂、供热锅炉、热力站、变电站、天然气站等主体进行划分与节点计算，使其形成新的网络结线并对其进行分配测量，以便为后期的分析工作提供可以计算网络结构与实时运行参数的基础数据。网络结构分析主要对厂站的结线与系统进行分析。（3）量测预过滤。量测预过滤也被称作量测预检测，主要对量测量进行状态估计计算前的统计分析，确定量测中的简单错误，功能包括检测冷/热管网能量是否平衡；母线、厂站的功率量测总和是否平衡；检测冷/热水管道首尾两边的流量、线路以及功率测量是否存在争议；检测冷/热水管道的电压是否超过额定压力（母线的电压量测、线路以及变压器功率量测是否超过额定压力）；检测母线频率量测是否正确。（4）可观测性分析。系统可观测性分析主要对当前拥有的量测系统进行分析，能够计算网络的运行状态；在可观测的基础上，进行状态估计等后续分析。（5）伪量测量生成与处理。针对不可观测部分，通过自动增加的伪量测量实现可观测操作。程序自动增加的伪量测均为关键量测，可保证增加的伪量测量不影响原本可观测部分的精度。（6）网络拓扑错误辨识。网络拓扑错误辨识利用EMS获得的各类信息，特别是SCADA采集的量测信息，检测和辨识网络中错误的开关刀闸状态，从而确定正确的网络拓扑结构。远动信息的采集和传输过程会受噪声的影响，EMS获得的遥信信息经常出现错误，造成网络拓扑与实际情况不符，动摇实时网络分析的数学基础，导致错误的分析与判断。EMS中的实时网络分析周期刷新（如每隔1分钟刷新一次）的实时新面，对拓扑错误辨识的实时性要求很高。实际多能流系统的结线模式复杂，存在量测坏数据与遥信错误互相污染的问题，给拓扑错误成功辨识带来一定的难度。（7）状态估计与坏数据辨识。状态估计是能量管理的重要基础，可以根据经过预处理的实时量测数据判断整个系统的状态，以便为后续的在线分析和优化调度提供稳定精准的实时状态数据，构建多能流综合量测方程，提升求解速度，使其满足在线要求。状态估计应该具有抗差性，能够辨识坏数据，自动除去坏数据的影响。（8）参数辨识与估计。可估计的参数包括线路的电阻、电抗以及变压器的电阻、电抗和分接头档位。参数错误具有长期性；参数的估计需要采用大量的历史数据断面，计算时间较长。因此，模块以较大周期启动，不作为状态估计的内循环出现（档位估计除外，该模块为内循环）。各软件模块可以选择在线周期计算、事件触发启动、人工调用等运行模式，也可以对历史数据和研究态断面进行分析计算。2.4多能流安全分析预警能源互联微网的安全运行是其他功能的基础。电、热、冷、天然气多能流系统较复杂，相互作用机理复杂。安全分析及预警是能源互联微网安全运行的基础。系统在多能流实时建模和根据状态感知给出多能流系统实时模型的基础上，通过N-1安全评估，自动对发电机、输电线路、变压器等电力设备和供热管网、循环泵等热力设备以及燃气管网、压缩机等天然气设备进行N-1扫描，发现多能流系统实时运行中潜在的静态安全隐患，实时给出支路开新和发电机开新的预警报告。需要扫描的电力设备数量庞大，N-1扫描的实时性是设计重点。静态安全预警和预防控制子系统的运行模式可以人工启动运行，具有自动和智能的特点。自动方面，系统平时可以自动运行，24 h不间断，针对多能流系统运行的安全状态，以趋势曲线和表格形式自动给出直观的和易理解的结果，以便提出相应的防控方案；智能方面，系统自动计算多能流系统安全性程度特征量，根据系统特征指标的数值确定多能流系统的安全等级，并以不同颜色代表不同等级的安全警报，以此向调度人员进行预警，方便调度人员根据预警提示进行安全分析。另外，系统能够给出故障严重程度的排序，自动排除不重要的故障。2.5多能流优化调度控制能源互联微网是包含电、热、冷、天然气的多能流系统，结构、相互作用机理复杂，主动负荷参与需求侧管理导致运行方式多样化。多能流优化调度控制是实现能源互联微网经济运行的最核心功能，通过协同可以调控资源，实现分布式光伏的消纳、峰谷电价的充分利用，降低负荷峰值，提高能源使用效率。多能流优化调度控制需要面向电、热、冷、天然气多能流系统，实现不同能源类型的耦合互补与最优流动，从而最大化经济效益。（1）多能流负荷预测（日前、短期和超短期）。多能流负荷预测指多能流可以提供后期负荷的预测数据，包含园区内的电能、热能、气能等各类能源的长期、短期以及超短期等各阶段的负荷预测数据，数据来源主要包括以往的数据以及结合实时数据。在系统中，通过需求管理可以查找所有需求用户的数据，利用用户数据、设备进行深入分析、建模以及识别，以便能够提升负荷预测数据的精准度。（2）分布式能源出力预测。预测园区内的分布式能源出力，供调度使用。结合天气预报数据预测24 h能源出力曲线，并根据气象雷达数据进行短期和超短期预测，提高能源出力预测的准确度。（3）多能流日前机组组合。多能流日前机组组合需要根据负荷、光伏的预测结果，在日前确定CHP机组、锅炉等的启停及电、热/冷出力，同时确定向多能流系统购电的曲线、储能的充放电曲线等。机组组合的目标是成本最小（效益最大），应满足相应的能量平衡、设备运行约束、网络约束等，考虑预测的不确定性，满足安全运行的需求。（4）多能流日内经济调度（小时级）。多能流日内经济调度在日前机组组合的基础上进行小时级的调度。预测存在误差，机组组合的计划值和实际运行存在偏差，需要在小时级别进行调节，消除偏差。此时的调节一般不决定机组的启停，主要调节各出力。日内调度能够利用当前信息，得到更准确的预测值。（5）多能流实时调度（分钟级）。多能流实时调度是在每天调度的基础上开展的分钟级调度，以便消除每天调度与实际运行之间的误差，以期调度各机组出力、储能的充放电等过程。（6）多类型储能的协同优化调度。能源互联微网存在多种类型储能，包括电储能、热储能、冷储能等，不同储能的容量、充放电速率存在差别，可以被应用在不同场合，如容量型储能主要用于削峰填谷，功率型储能主要用于应对新能源出力的波动性。因此，调度控制中需要对不同储能进行协同优化，充分发挥不同储能的作用。3结语能源管理系统的功能设计作为能源建设的重点内容，能够帮助电厂提高能源利用率，有效降低能耗，从而达到节能减排的目的。综合智慧能源管理系统功能的构建对于提升能源利用效率、提高电厂经济效益具有积极的作用。