综述：用于钠离子电池的铁/锰基聚阴离子正极材料

《Journal of Energy Storage》：Iron/manganese-based polyanionic cathode materials for sodium ion batteries

多能耦合微电网三层次优化框架研究|水-能耦合系统|多目标优化|地下水抽水量|电压稳定性|场景生成|电网依赖度|DIgSILENT|IEEE 33-bus|储能系统|

　　本研究提出了一种多层次、多目标的框架，用于微电网系统的部门耦合，整合了水、冷却、供暖和电力四个部分。该框架旨在实现能源系统的高效、可靠和可持续发展，同时应对可再生能源、负载以及能源价格的不确定性。通过分层建模和优化，研究不仅关注了能源系统的经济性，还兼顾了对主电网的依赖程度和地下水的使用情况。此外，该研究还引入了新的评估指标，以衡量系统在多能源耦合下的电压稳定性及对主电网的依赖程度。最终的优化模型被应用于IEEE 33节点的辐射测试系统，并取得了显著的改进效果。

在能源系统中，多能源系统（MES）被认为是整合多种能源载体的系统，如天然气、热能、电能和燃料，以优化能源的生产、分配和消费。MES能够利用不同形式能源之间的协同效应，提高系统的可靠性、效率和可持续性。近年来，MES在分布式系统中的作用日益凸显，尤其是在可再生能源的整合方面。通过将热能、电能和交通部门耦合，MES可以实现可再生能源在多个领域的应用，从而减少碳足迹，推动更清洁的能源发展。同时，MES还可以整合储能解决方案，如电池、热能和冰能储能，以应对可再生能源的间歇性，确保能源供应的稳定性。

尽管在MES的运行管理方面已有大量研究，但大多数研究主要集中在电气和热能系统，忽略了水和冷却系统的整合。此外，一些研究虽然考虑了需求响应（DSM）和储能技术，但未能全面评估这些措施对系统整体性能的影响。例如，某些研究提出使用遗传算法进行高阶能源管理，但未涉及水能与电能之间的联系。另一些研究则专注于热能和电能的协同优化，但未能考虑水能系统的存储和使用。还有一些研究虽然引入了多目标优化框架，但未能对系统的技术特性，如电压稳定性、网络损耗等进行深入评估。

在现有的研究中，虽然有一些模型尝试解决水能与电能之间的联系，但通常缺乏对系统整体性能的综合考虑。例如，某些研究提出了一种基于联盟形成的方法，用于建模多个水能相关的MES在独立和联网模式下的交互。该模型考虑了可再生能源的不确定性，以实现更现实的结果。然而，这些研究未能考虑环境影响，特别是地下水的过度开采问题。此外，一些研究虽然引入了新的评估指标，如电压偏差指数，但未能对系统与主电网之间的互动进行量化管理。

本研究的创新之处在于提出了一种多层次、多目标的优化框架，能够同时优化运行成本、碳排放以及地下水的使用。该框架的结构分为三个层次，每个层次都有其特定的功能和目标。第一层采用随机方法在MATLAB软件中研究可再生能源、负载和能源价格的概率特性，生成多种场景并导入第二层。第二层使用GAMS软件进行可持续的多目标优化，同时优化运行成本、对主电网的依赖程度以及从地下水中的提取量。该层采用混合妥协和变量加权和的方法，以定义多能源系统的不同解决方案。第三层则评估第二层的结果，以确保多能源系统的技术约束得到满足，如功率损耗、电压曲线和电压偏差指数等。

为了确保模型的可行性和有效性，第三层采用DIgSILENT电力工厂软件进行电力流模拟，以验证系统在各种技术限制下的表现。通过这种方法，模型能够确保电压曲线和功率损耗等指标在允许的范围内。此外，本研究还引入了新的评估指标，如上游电网独立性因子指数（UGIFI），以衡量系统对主电网的依赖程度。UGIFI的优化有助于提高系统的电压稳定性，并减少对主电网的依赖。

在模型的构建过程中，考虑了多种能源存储系统，如电池、热能和冰能存储，以及可再生能源发电资源、电动汽车、锅炉、联合热电（CHP）装置、电制冷机、吸收式制冷机、电容器和冰能存储装置。这些组件被整合到IEEE 33节点的测试系统中，以验证模型的性能。研究还考虑了吸收式制冷机和电制冷机的性能系数，分别为1.2和4，以确保模型的准确性。

本研究的结论是，提出了一种三层框架，用于多能源系统（MES）的运行调度。该框架考虑了MES的经济性、可持续性和技术性，以提供一个全面的模型用于日常运行。第一层负责通过基于场景的模型模拟可再生能源的不确定性。第二层则发展了一个三目标优化框架，考虑了运行成本、对主电网的依赖程度以及地下水的使用。第三层评估了第二层的结果，以确保系统的技术约束得到满足。

此外，本研究还强调了对知识产权的保护，确保研究成果的原创性和完整性。研究得到了伊朗国家科学基金会（INSF）的资助，项目编号为4040919。研究团队确认，提交的论文是原创作品，尚未发表，也不在其他期刊的考虑范围内，且不会在本期刊决定之前提交给其他期刊。所有作者都批准了论文，并同意将其提交给“能源存储期刊”。

通过本研究的框架，可以更好地理解多能源系统在实际应用中的复杂性，并为未来的研究提供新的思路和方法。该框架不仅能够优化运行成本和碳排放，还能够减少对主电网的依赖，提高系统的可持续性和可靠性。同时，该框架还能够评估系统的技术特性，如电压稳定性、网络损耗等，以确保系统的稳定运行。此外，该框架还能够考虑水能和冷却系统的整合，以提高系统的整体性能。

综上所述，本研究提出的多层次、多目标框架为多能源系统的运行调度提供了一个全面的解决方案。该框架不仅能够优化运行成本、碳排放和地下水的使用，还能够减少对主电网的依赖，提高系统的电压稳定性。此外，该框架还能够评估系统的技术特性，如电压偏差指数，以确保系统的稳定运行。通过将水能、冷却能和热能系统整合到一个统一的框架中，本研究为未来多能源系统的优化提供了新的思路和方法。