本书以人民美好生活日益激增能源需求与农村能源发展错位为切入点，以构建清洁化、电气化、数字化的农村现代能源系统为目标，创新农村能源资源优化配置理论，攻克以电为中心的农村能源协同运行关键技术，研发农村智慧能源支撑平台，并结合兰考农村能源革命试点建设进行整体性示范应用，加速农村资源能源化进程、提升农村能源系统利用效率，加速农村能源数字转型，支撑清洁低碳、安全高效现代农村能源体系构建，为乡村振兴农业强、农村美、农民富目标实现提供动力保障。
（1）构建了农村能源资源优化配置理论，指导农村可再生能源因地制宜开发利用。（2）攻克了多源-荷协同运行关键技术难题，促进农村分布式能源就地高效利用。（3）研发了适应农村地区的智慧能源支撑平台，服务农村能源普遍服务水平提升。
2014年6月13日，习近平总书记提出四个革命、一个合作能源安全新战略，指明了新时代我国能源转型发展的新方向，要全面推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。农村能源是我国能源体系的重要组成部分。党的十九大提出，农业农村农民问题是关系国计民生的根本性问题，必须始终把解决好三农问题作为全党工作的重中之重，实施乡村振兴战略。2020年9月，习近平总书记在联合国大会上提出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和（以下简称30·60），对农村能源发展提出了新的约束。农村具有丰富的水能、风能、太阳能和生物质能等自然资源，同时具有广大的土地空间资源，具备可再生能源开发的天然优势，近年来，农村沼气、太阳能、小微水电发展势头强劲。面对乡村振兴、新型城镇化建设、30·60等国家战略，农村能源转型变革迎来重大发展机遇。长期以来，农村能源处于我国能源政策边缘地带，发展不平衡、不充分的问题突出，农村能源呈现三低两弱特点，即资源利用率低、用能效率低、能量密度低、基础设施薄弱和经济承受力弱。乡村振兴背景下推动农村能源高质量发展，必须加快构建农村现代能源系统，将农村地区丰富的能源资源优势转化为发展优势。本书将人民美好生活日益激增的能源需求与农村能源发展错位为切入点，以构建清洁化、电气化、数字化的农村现代能源系统为目标，围绕配置理论构建运行技术突破支撑平台研发研究主线，开展技术攻关，并结合兰考农村能源革命试点建设进行实践，推动农村资源能源化进程，提升农村能源系统利用效率，加速农村能源数字转型，支撑清洁低碳、安全高效现代农村能源体系构建，为乡村振兴农业强、农村美、农民富目标实现提供动力保障的成果。本书分别从新时代农村能源变革与农村现代能源系统构建方面、农村能源系统规划关键技术研究、农村能源系统协同优化关键技术研究、农村智慧能源支撑平台建设四个方面进行介绍。在新时代农村能源变革与农村现代能源系统构建研究方面，主要内容是农村能源发展概论和农村能源发展现状、转型发展思路及典型范式，具体包括农村能源定义及主要形式、农村能源供需体系发展现状及现存问题，农村能源发展政策、农村能源转型思路，农村能源转型发展路径、农村能源转型典型范式。通过上述研究形成了农村能源发展的政策基础、路径趋势以及典型范式，为开展农村现代能源系统规划与运行提供研究基础。在农村能源系统规划关键技术研究方面，主要内容是农村能源供需特征刻画、农村能源差异化规划配置理论研究。农村能源供需特征刻画主要内容是建立农村能源供给预测模型和需求预测模型刻画农村能源供需特征。在能源供给侧，提出基于不确定性的分布式电源场景分析方法；在能源消费侧，基于非侵入负荷辨识模型进行用户用能行为分析，提出考虑不同能源消费需求的农村主/被动用能负荷需求预测方法。在农村能源差异化规划配置理论研究方面，主要内容是考虑我国农村发展的差异化特征，构建农村能源差异化发展场景，确立农村能源供需配置方法，建立以电为中心的农村能源网络规划模型，构建农村现代能源系统。具体包括根据我国不同地区农村发展的差异性，分别建立基于地理位置、发展阶段、产业结构差异的农村能源发展场景，形成多维度农村能源差异化发展场景特点与能源结构配置映射关系。根据农村能源资源分布特点及用能需求，确定农村能源多能互补利用的实现形式，建立农村多能互补典型方案。构建适合农村能源供需特点的综合能源系统，建立基于差异化场景的农村能源供需配置多目标规划模型，根据差异化场景的特征，提出基于混合模拟退火粒子群（PSO-SA）的多目标规划求解算法。建立以电为中心的农村分布式能源系统，研究农村分布式能源发电建模技术，分析多种能源耦合关系，提出多种能源耦合下的农村能源系统多目标优化规划模型，确定不同模式下的设备配置规划以及经济性水平。在农村能源系统协同优化关键技术研究方面，主要内容是围绕电源控制、电能协调、多能协同三个层面，农村大规模分布式能源群控群调技术、基于5G 虚拟电厂的农村能源协调优化技术、含多种能源微能网能量优化技术，建立多分布式能源协同运行策略体系。具体包括根据农村分布式能源随机性、波动性的物理特征以及点多、面广的空间特征，提出分布式电源分层控制架构。研究基于多智能主体系统的虚拟电源与配电网的信息交互技术，构建多智能主体系统信息交互体系，提出虚拟电源的自律控制通信模型，设计虚拟电源的动态SCADA数据采集系统，并提出虚拟电源互补优化控制、发电平滑出力控制、协调发电计划自律控制、协同紧急发电等优化控制策略。提出多元复合储能优化、柔性负荷自制控制策略，建立基于5G 虚拟电厂的低碳双层调度优化模型，提出基于混沌细胞膜粒子群算法的双层模型求解算法。在农村能源互联化智慧支撑平台研究方面，主要内容是设计农村分布式能源数据采集体系、多品类能源数据归集机制、农村能源互联网平台建设，构建农村能源互联化智慧支撑平台。提出基于CFN的云边系统分布式云架构、设计通信资源平滑分配机制，建立智慧物联体系关键技术。针对能源系统数据采集终端现状问题，提出NEG-802新能源数据采集终端，明确多分布式能源系统数据采集终端工作机制。设计包含社会经济统计数据、能源资源统计数据、全品类能源全链条数据、接入用户能源消费数据等农村能源数据归集体系，明确数据归集原则、归集机制、体系标准，形成农村能源数据归集体系。结合农村能源的综合利用、价值共创、信息集成需求，设计农村能源互联网平台总体架构，提出农村互联网平台主要功能。形成包含技术架构、应用架构、数据架构、技术路线等农村能源互联网平台建设方案。国网河南省电力公司经济技术研究院张艺涵、李慧璇、郑永乐、谢安邦、祖文静、张泓楷及华北电力大学汪鹏、杨莘博、尹哲参与了本书的编写工作。本书在编写过程中得到国网河南省电力公司经济技术研究院和华北电力大学经济与管理学院的支持与配合，在此表示衷心的感谢和诚挚的敬意。本书承蒙国家电网有限公司科技项目能源互联网环境下农村能源产业关键技术及商业模式研究（1400-202024222A-0-000）、国网河南省电力公司课题河南农村多能互补模式及在兰考能源互联网中的应用研究（5217L018000P）、国家电网有限公司管理咨询项目打造全国农村能源互联网综合示范样板路线图研究（8117L021001Y）、国家自然科学基金青年项目微能源网群多能分层互补及协同递进优化模型研究（71904049）的资助，特此致谢。 编 者2021年8月30日
，管理学博士，国网河南省电力公司经济技术研究院能源互联网经济研究中心，高级经济师。长期从事农村能源变革、农村能源互联网等领域的研究，主持完成国家能源局、河南省、国网公司能源电力重大研究课题10余项，发表论文18篇，授权发明专利15项，参与出版论著6部，获得河南省、国网公司科技进步奖5项。 鞠立伟，管理学博士，华北电力大学经济与管理学院，副教授，现任北京能源发展研究基地研究员、华北电力大学能源环境经济研究所副所长，中国优选法统筹法与经济数学研究会统筹分会理事。主持北京哲学社会科学青年项目、北京能源发展研究基地一般项目、中央高校科研基金项目等；以作者身份发表学术论文25篇，包括17篇SCI期刊论文，并获得3项计算机软件著作权和1项发明专利；出版专著1部；获得国家能源局等省部级奖项3项、中国产学研促进会等行业协会奖项5项；担任国际学术期刊《applied energy》、《energy》、《energy journal》等多个国内外著名期刊论文评审人。 田春筝，工学硕士，国网河南省电力公司经济技术研究院副总工程师，教授级高级工程师。长期从事能源转型、电网规划、能源互联网等领域的研究，连续5年编制河南能源发展报告（能源蓝皮书），获得省部级科技进步奖10项，发明专利15项，具有丰富的工作经验；同时在电力系统自动化、电力系统保护与控制等杂志发表SCI、EI检索论文25篇。 王世谦，工学硕士，国网河南省电力公司经济技术研究院能源互联网经济研究中心主任，高级工程师，长期从事能源电力、能源互联网、输电网规划等领域的研究，先后主持或参与国网公司、河南省公司级科技项目10余项，荣获河南省科技进步奖、国网公司科技进步奖等省部级奖励6项，发表学术论文20余篇，授权发明专利9项，参与出版论著4部。 谭忠富，教授，博士生导师，现任华北电力大学经济与管理学院能源环境经济研究所所长。先后获得教育部新世纪优秀人才称号、北京市优秀人才、上海电力学院光明学者、北京市优秀青年教师、北京市教育先锋个人、美国Naperville市授予荣誉市民、北京昌平科委一校带一镇科普进村先进工作者等称号。
前言
第1章 概述?1
1.1 研究背景及意义?1
1.1.1 研究背景?1
1.1.2 研究意义?3
1.2 国内外农村能源发展经验借鉴?5
1.2.1 国外农村能源发展经验?5
1.2.2 我国农村能源发展历程?10
1.2.3 国外农村能源发展经验总结及启示?16
1.3 总体研究框架?26
1.4 本章小结?29
第2章 农村能源发展现状、路径及范式?30
2.1 农村能源发展现状及政策?30
2.1.1 农村能源定义及主要形式?30
2.1.2 千户百村农村用能情况调研?35
2.1.3 农村能源发展政策要求?73
2.2 农村能源发展问题及转型思路?76
2.2.1 农村能源发展现存问题?76
2.2.2 农村能源转型思路?79
2.3 农村能源变革模式及路径?81
2.3.1 农村能源转型发展路径?81
2.3.2 农村能源转型典型范式?83
2.4 本章小结?90
第3章 农村能源供给与需求特征刻画?91
3.1 农村能源供需影响因素?91
3.1.1 影响农村能源生产的因素?91
3.1.2 影响农村能源消费的因素?92
3.2 基于不确定性的分布式电源场景分析方法?95
3.2.1 分布式电源出力统计特性分析?95
3.2.2 基于不确定性的场景生成技术?97
3.3 非侵入负荷辨识模型的用户用能行为分析?101
3.3.1 数据选择与预处理?101
3.3.2 空洞残差网络模型?102
3.3.3 结果分析?105
3.4 考虑不同能源消费需求的农村主/被动用能负荷需求预测?107
3.5 本章小结?118
第4章 农村能源差异化规划配置理论研究?119
4.1 农村能源差异化发展场景?119
4.1.1 基于地理位置差异的农村能源发展场景?119
4.1.2 基于发展阶段差异的农村能源发展场景?122
4.1.3 基于产业结构差异的农村能源发展场景?123
4.2 农村能源供需配置方法研究及应用?127
4.2.1 农村多能互补系统运行模式?127
4.2.2 农村能源供需配置模型?132
4.2.3 农村能源供需配置方案验证?140
4.3 以电为中心的农村能源网络规划模型研究?146
4.3.1 以电为中心的农村分布式能源系统?146
4.3.2 农村分布式能源发电建模技术?146
4.3.3 农村能源系统多目标规划模型?152
4.3.4 实例分析?165
4.4 本章小结?176
第5章 农村能源集群化协同运行关键技术研究?177
5.1 农村大规模分布式能源群控群调技术研究?177
5.1.1 虚拟电源概念及架构?177
5.1.2 虚拟电源与配电网的信息交互技术?182
5.1.3 虚拟电源优化控制策略?186
5.2 基于5G 虚拟电厂的农村能源协调优化技术研究?196
5.2.1 虚拟电厂概念及架构?196
5.2.2 虚拟电厂控制策略分析?206
5.2.3 基于5G 虚拟电厂的低碳双层调度优化模型?216
5.3 含多种能源的微能网能量优化技术研究?238
5.3.1 微能源网结构框架?238
5.3.2 微能源网间三级协同运行优化模型?242
5.4 本章小结?257
第6章 农村能源互联化智慧支撑平台?259
6.1 农村分布式能源数据采集体系?259
6.1.1 农村能源智慧物联体系?259
6.1.2 智慧物联体系关键技术?262
6.1.3 多分布式能源系统数据采集终端?269
6.2 农村多品类能源数据归集机制?272
6.2.1 农村能源数据归集现状及存在问题?272
6.2.2 农村能源数据归集体系?275
6.2.3 农村能源数据归集机制?280
6.3 农村能源互联网平台建设?289
6.3.1 农村能源互联网平台基本内涵?289
6.3.2 农村能源互联网平台需求分析?291
6.3.3 农村能源互联网平台建设方案?304
6.4 本章小结?312
参考文献?313
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