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基于simulink的能源信息物理仿真平台的开发
21世纪以来，环境污染、能源效率等问题不断对传统能源系统提出新的挑战，并且随着新能源比重不断扩大，经济发展和物质水平的不断提高，人们对能源的需求越来越高，也越来越复杂。同时改善能源的利用方式和继续提高新能源和清洁能源的利用率也正在成为人们的共识。能源产业被人们赋予了很多新的使命，例如不断提高能源利用效率，推动新能源的使用，加强环境保护等等。然而传统模式下的能源系统建设仅仅只是以单一系统的纵向延伸为主，各个不同的能源系统间的关联和耦合比较少，比较独立，并且能量主要是电力。但是在新时代的能源消费模式下能源的主要形式不再是单一的电力，冷、热、气等各类能源也逐渐在人们的日常生活的地位也越来越重要。这使得传统能源系统建设路径和发展模式也需要相应不断改变，构建综合能源系统。当然，不仅仅是对于能源类型的需要变化，除此之外，科技的发展为供暖、运输等负荷需求种类的多样化提供了坚实的基础。将电、热、冷、气这类综合能源协同开发，构建综合能源系统并满足各类负荷需求的优化分配是目前能源产业的热点问题[1][2]。
文献[3]指出，综合能源系统IES (integrated energy system)是指在规划、设计、建设和运行等过程中，利用先进的科学技术和管理模式，通过对电、热、冷、气等等能源的生产、运输、分配等等环节的协调和优化，在满足人民日益增长的多元化能源需求的同时还可以进一步提升能源利用效率，进而促进了可持续发展，最后形成的一个综合性的，一体化的能源系统。多能互补、协调优化是综合能源系统的基本内涵。多能互补是综合能源系统中的各个能源子系统之间互补协调，突出强调各类能源之间的平等性、可替代性和互补性。协调优化是指通过多种能源子系统在能源生产、运输等各个环节的相互协调，以实现提高用能效率、降低能耗和减少污染排放等目的。
而将目光放到我国的能源工业上。能源，在我国社会的各个领域中都发挥着重要作用，推动着社会的发展，因此，我国的能源工业很大程度上带动了国民经济的发展，但是我国的能源现状不容乐观。文献[4]分析了我国能源的现状。首先，虽然我国能源总产量呈上升趋势但是仍然难以完全满足需求。最近几年，科学技术突飞猛进，因此带动着能源总产量的逐年增加，很大程度上缓解了能源的供求矛盾，但是不断的发展也导致了能源的需求不断提升，供求关系依然紧张；其次，能源结构不断优化，但仍与社会的需求有差距，在我国过去的发展中，能源产业对于煤炭等传统能源消费量过大，虽然在目前的产业发展中，新能源以及可再生能源的开发和利用正在逐渐成为产业关注的重点。事实上，近几年的发展中新能源比重在不断的提升，这有助于能源结构的调整与能源效率的提高。然而煤炭等传统能源依然会在未来占有相当一部分的比重，给生态环境等方面造成不小的压力；最后就是能源、经济、环境之间的联系越来越强，其中的矛盾也越来越多，统筹三者的协调发展也是十分重要的。因此综合能源系统的开发和利用是实现新时代下的能源产业使命，保持我国国民经济继续增长的重要一步。
而实现综合能源系统的建模是实现综合能源系统的开发和利用的重要一步。对于综合能源系统建模，已有许多关于此的资料。
文献[5]中提到一点，为简化求解模型，引入了能源集线器EH（energy hub）的概念，而国内外多数基于EH的综合能源系统模型的系统矩阵中的元件参数都是常数，即假设各个能量元件和能量转换过程的效率都是恒定的。但是这种设定没有考虑能量转换部件的参数随实际情况而变化的事实，忽略了在外界环境干扰下的动态变化，局限性很大。文献[6]对包含燃气锅炉、热水管网等热系统下的设备进行了进一步的建模，并且与电系统加强了联系，形成了热、电综合能源系统仿真模型，并且在MATLAB/Simulink仿真平台上研究热电联产(CHP)机组，在并网工作下热负荷的运行状况，进一步验证了建立的模型的准确性。文献[7]建立了包含电网、气网、以微型发电系统和P2G(Power to Gas)系统为核心的电-气耦合环节的模型，并且在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了系统的仿真模型，验证了这个模型可以准确反映微型发电系统和P2G系统在参与动态调节过程中天然气管道内的气体变化。还有资料阐述了含有P2G的电-气互联综合能源系统的建模原理，研究了电网、气网的建模办法，并且对燃气轮机及P2G装置的建模进行介绍[8]。
一直以来，在综合能源系统建模的过程中存在着一个问题，就是系统中能量转换部件和储能部件的可变能源效率引入了非线性的问题，复杂化了建模问题。大量论文讨论了基于EH的多能源系统MES(multi-energy system)的优化运行，但很少有论文研究了MES的标准化和计算机自动化的建模。
文献[9]建立了一个多能源系统的集成建模与优化的框架。基于EH概念的基础上，建立了一个通用的稳态模型，该模型可以用用于描述多种类型的能源(如电力、天然气、氢气等)的转换和储存，并且分析了一个案例以证明其模型的特点。也有资料提出了一种全面的投入产出矩阵方法，对小型冷热电联产CCHP(Combined Cooling, heating and power generation)设备进行建模，如文献[10]。建模过程利用了图论，提供了用于能源市场CCHP的优化问题的基本框架。并且举例说表明了所提出的矩阵公式的建模有效性。文献[11]介绍了一种线性和自动建模工具Hubert，它对有着“输入、输入存储、转换器、输出存储、输出”的能量结构的EH使用简明的ASCII描述格式。文献[12]通过在“转换器”模块和“输出存储”模块之间添加“输出”支路来改善Hubert，用以向外部电网提供电能。文献[13]引入增广变量的概念，设计无调度因子耦合矩阵的标准化程序以促进对任意配置的EH的计算机计算。并且通过案例验证了所提出模型的有效性和柔性分析的合理性。还有资料针对任意配置的EH，提出了一种自动化、标准化的矩阵建模方法[14]。
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