王　丹, 智云強(qiáng), 賈宏杰, 王偉亮, 孟政吉, 馬　莉

(1. 智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津大學(xué), 天津市 300072; 2. 國網(wǎng)能源研究院有限公司, 北京市 102209)

0　引言

能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ),是國民經(jīng)濟(jì)的命脈,能源可持續(xù)、低碳供應(yīng)是當(dāng)今世界各國共同關(guān)心的問題[1-3]。為此,社會(huì)各界從提高能源利用率及減少化石能源比重兩個(gè)方向開展了大量研究[4]。

在提高能源利用率方面,一種能源的高效利用,往往需要多種能源的轉(zhuǎn)換配合才能實(shí)現(xiàn),熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)通過對(duì)電/熱環(huán)節(jié)的有機(jī)協(xié)調(diào),有效提高了一次能源利用率,因而得到廣泛應(yīng)用。在減少化石能源比重方面,世界諸多國家都制定了提高可再生能源發(fā)電比例的相關(guān)政策[5-6],在此背景下分布式可再生能源發(fā)電技術(shù)迅速發(fā)展[7],但可再生能源的隨機(jī)性、間歇性給配電網(wǎng)帶來了諸多挑戰(zhàn),如引起功率倒送、增大電網(wǎng)電壓波動(dòng)、降低電能質(zhì)量、影響系統(tǒng)可靠性等[8],其廣泛接入及高度滲透對(duì)配電網(wǎng)靈活性提出了更高的要求。然而,CHP的熱電耦合關(guān)系卻加重了可再生能源發(fā)電功率與負(fù)荷在時(shí)間和空間上的不匹配[9],進(jìn)而限制了配電網(wǎng)的靈活性,CHP對(duì)于解決能源危機(jī)具有重要意義,但卻與可再生能源并網(wǎng)存在矛盾。

區(qū)域綜合能源系統(tǒng)是解決上述問題的有效方式之一[10],通過對(duì)配電網(wǎng)與區(qū)域熱力系統(tǒng)聯(lián)合分析,可以在更廣時(shí)空范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置[11],在實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的同時(shí),提高配電網(wǎng)靈活性,促進(jìn)可再生能源的有效利用。文獻(xiàn)[12-13]在不同場(chǎng)景綜合考慮電儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等資源對(duì)區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度,更好地匹配了可再生能源出力及電熱負(fù)荷的峰谷特性;文獻(xiàn)[14]考慮CHP補(bǔ)燃裝置提出了區(qū)域電力—熱力雙層優(yōu)化模型。上述文獻(xiàn)的研究均未考慮區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)約束的影響。文獻(xiàn)[15]建立了區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)混合潮流模型,提出了統(tǒng)一計(jì)算和順序計(jì)算兩種混合潮流的計(jì)算方法;文獻(xiàn)[16]考慮了用戶互補(bǔ)聚合響應(yīng)建立了區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型;文獻(xiàn)[17]考慮了區(qū)域熱網(wǎng)管道及建筑的熱慣性提出了區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略,提高了可再生能源消納能力。目前針對(duì)區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)的研究,均側(cè)重于不同能源在生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)環(huán)節(jié)的耦合,而對(duì)不同區(qū)域能源站間的有機(jī)協(xié)調(diào)鮮有研究,區(qū)域能源站作為區(qū)域熱力系統(tǒng)的熱源,是區(qū)域熱力系統(tǒng)與配電網(wǎng)耦合的核心環(huán)節(jié),不同類型區(qū)域能源站可為實(shí)現(xiàn)多能源的科學(xué)調(diào)度提供了空間。通過不同類型區(qū)域能源站的協(xié)調(diào),有效降低區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)運(yùn)行成本的同時(shí),提高可再生能源消納率,是本文研究的重點(diǎn)。

本文首先構(gòu)建不同類型區(qū)域能源站并對(duì)區(qū)域能源站、區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)及配電網(wǎng)進(jìn)行建模分析。然后構(gòu)建以配電網(wǎng)網(wǎng)損、棄風(fēng)懲罰及區(qū)域能源站運(yùn)行費(fèi)用最優(yōu)為目標(biāo)的區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。進(jìn)而提出區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略求解方法與框架。最后通過三種不同場(chǎng)景下的測(cè)試結(jié)果,證明所提策略的有效性。

1　區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)模型

1.1　區(qū)域能源站

區(qū)域能源站作為區(qū)域熱力系統(tǒng)的熱源,與區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)通過一級(jí)換熱站(primary heat exchanger,PHE)相連接,其正常運(yùn)行不僅受配電網(wǎng)和區(qū)域熱力系統(tǒng)狀態(tài)所約束,同時(shí)其運(yùn)行狀態(tài)的改變也將引起整個(gè)區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)狀態(tài)的改變。

本文主要構(gòu)建了兩種類型的區(qū)域能源站,見附錄A。第Ⅰ類區(qū)域能源站包含CHP、電力變壓器以及PHE,CHP所產(chǎn)生的電能一部分經(jīng)電力變壓器提供給其內(nèi)的加壓水泵,剩余的電能則輸送到配電網(wǎng);所產(chǎn)生的熱能經(jīng)PHE輸送到區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)中,其能量平衡方程為:

(1)

加壓水泵實(shí)際消耗的電能為:

(2)

(3)

由式(1)和式(2)可知:

(4)

其中,λ1不僅與區(qū)域能源站的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān),而且也受區(qū)域熱力系統(tǒng)的運(yùn)行模式所影響。文獻(xiàn)[18]提出區(qū)域熱力系統(tǒng)采用量調(diào)節(jié)模式可以減少熱量傳輸過程中的損耗及滿足熱負(fù)荷變化同時(shí)性的要求,因而本文采用該模式,則由式(1)和式(3)可知:

(5)

式中:ΔTPHE為PHE的供回水溫度差;Cp為工質(zhì)水流的比熱容。

第Ⅱ類能源站包含電鍋爐、儲(chǔ)熱裝置、電力變壓器以及PHE,電鍋爐所產(chǎn)生的熱量既可以經(jīng)PHE輸送到區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)也可以存儲(chǔ)到儲(chǔ)熱裝置中,同時(shí)儲(chǔ)熱裝置中的熱量也可以經(jīng)PHE輸送到區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò);區(qū)域能源站中水泵所需電能則由配電網(wǎng)電能經(jīng)電力變壓器提供,其能量平衡方程為:

(6)

1.2　區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)模型

圖1　區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)單元結(jié)構(gòu)圖Fig.1　Unit structure of district heating network

1)水力模型

區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)中供暖與回水網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嗤?且水流在供暖與回水網(wǎng)絡(luò)中形成一個(gè)循環(huán),因而針對(duì)供暖網(wǎng)絡(luò)的水力模型進(jìn)行分析即可。

根據(jù)質(zhì)量守恒定律,供暖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的水流流動(dòng)規(guī)律為:

(7)

供暖網(wǎng)絡(luò)中水流的流動(dòng)需要克服管道的摩擦阻力而做功,文獻(xiàn)[19]指出管道內(nèi)水壓壓降為:

(8)

根據(jù)能量守恒定律,供暖網(wǎng)絡(luò)中的封閉回路水壓壓降滿足:

(9)

2)熱力模型

熱力模型描述了區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)水流溫度的變化規(guī)律?？紤]熱量在區(qū)域熱力管道中傳輸?shù)膿p失,管道中水流的溫度降落可以描述為:

(10)

若不同溫度的水流在進(jìn)入節(jié)點(diǎn)時(shí)視為瞬間均勻混合,則式(11)和式(12)成立:

(11)

(12)

忽略熱量在節(jié)點(diǎn)處的損失,根據(jù)能量守恒定律,節(jié)點(diǎn)處的各溫度間存在如下關(guān)系:

(13)

根據(jù)熱力學(xué)基本定律,有式(15)成立:

(14)

式(14)表明了水力與熱力模型間的聯(lián)系,對(duì)區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)能量流的求解。首先,選取合適的區(qū)域能源站作為區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)能量流求解的平衡節(jié)點(diǎn)。其次,基于負(fù)荷供熱溫度和區(qū)域能源站返回溫度的假設(shè)求解其水力模型。再次,基于所求解出的水力模型求解其熱力模型,更新負(fù)荷供熱溫度和區(qū)域能源站返回溫度。最后,檢查其是否滿足式(14);若滿足,則求解完畢,否則繼續(xù)迭代。

1.3　熱負(fù)荷模型

城鎮(zhèn)居民冬季取暖是區(qū)域熱力系統(tǒng)的熱負(fù)荷。為了保證居民用戶溫度舒適度,所設(shè)計(jì)室內(nèi)溫度保持為22.5 ℃。根據(jù)文獻(xiàn)[21],區(qū)域熱力系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算為:

(15)

區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)提供給SHE的熱量為:

(16)

1.4　配電網(wǎng)絡(luò)

配電網(wǎng)具有三相線路參數(shù)不對(duì)稱及三相負(fù)荷不平衡等特征,且隨著非全相并網(wǎng)分布式發(fā)電設(shè)備的增多,配電網(wǎng)三相不平衡特征更加顯著[22-23]。配電網(wǎng)三相潮流模型第i個(gè)節(jié)點(diǎn)功率方程可表示為:

(17)

配電網(wǎng)三相潮流模型可用矩陣表示為:

(18)

2　區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

2.1　目標(biāo)函數(shù)

本文以區(qū)域能源站運(yùn)行成本與配電網(wǎng)網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo),同時(shí)考慮可再生能源消納,將棄風(fēng)電量以懲罰項(xiàng)的形式加入目標(biāo)函數(shù)中。即

(19)

2.2　約束條件

2.2.1區(qū)域能源站約束

Ⅰ型區(qū)域能源站中CHP和Ⅱ型區(qū)域能源站中電鍋爐運(yùn)行約束為:

(20)

儲(chǔ)熱裝置儲(chǔ)充/釋放熱能前后能量關(guān)系[24]為:

(21)

定義描述儲(chǔ)熱裝置的運(yùn)行狀態(tài)為:

(22)

為保證儲(chǔ)熱裝置穩(wěn)定運(yùn)行,需滿足的約束為:

(23)

為了給下一個(gè)調(diào)度周期預(yù)留一定的調(diào)節(jié)裕量,儲(chǔ)熱裝置在運(yùn)行一個(gè)周期后的狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)[25]為:

(24)

為保證區(qū)域熱力系統(tǒng)穩(wěn)定供暖,各區(qū)域能源站PHE所提供熱量應(yīng)滿足:

(25)

區(qū)域能源站中的加壓水泵實(shí)際功率不能超過其額定功率,即

(26)

2.2.2區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)約束

區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)中管道的水壓降不能超過其最大允許水壓損失,即

(27)

2.2.3配電網(wǎng)絡(luò)約束

為保證配電網(wǎng)電能質(zhì)量,其節(jié)點(diǎn)電壓在運(yùn)行過程中需要保持在一定范圍內(nèi),即

(28)

為安全運(yùn)行,配電網(wǎng)線路上輸送的功率不能超過線路允許的最大功率,即

(29)

考慮配電網(wǎng)中分布式發(fā)電設(shè)備的影響,為保證供電可靠性,配電網(wǎng)平衡節(jié)點(diǎn)處的功率約束為:

(30)

配電網(wǎng)中風(fēng)機(jī)應(yīng)滿足的約束為:

(31)

式中:Sw為風(fēng)機(jī)的集合。

2.3　模型求解

本文的優(yōu)化調(diào)度模型含有多種可調(diào)度資源及諸多復(fù)雜非線性約束,因而是一個(gè)高維非凸非線性問題,求解比較困難。粒子群優(yōu)化(particle swarm optimization,PSO)算法對(duì)不同優(yōu)化問題都有良好的適應(yīng)性,但該算法容易陷入局部最優(yōu)[25]。文獻(xiàn)[26]指出約束處理機(jī)制(constraint handling technique,CHT)能夠有效提高PSO算法的速度,改善其容易陷入局部收斂的缺點(diǎn),并提出了相應(yīng)約束處理機(jī)制原理與方法,其原理可描述如下[26]。

基于PSO算法基本原理可知,第i個(gè)粒子第j維第k次迭代時(shí)速度和位置分別滿足式(32)和式(33):

(32)

(33)

CHT的基本原理圖見附錄A,受PSO算法中粒子更新時(shí)速度的影響,其每一維度都存一個(gè)“飛行區(qū)間”,意味著粒子更新的位置存在一個(gè)“飛行空間”,盡可能地在粒子位置的“飛行空間”內(nèi)通過CHT修正粒子的空間位置,使得粒子從不可行域進(jìn)入可行域,在進(jìn)行約束處理時(shí)盡可能保持PSO算法的自然過程。

本文優(yōu)化調(diào)度模型涉及的諸多約束中,Ⅱ型能源站中的電鍋爐約束及儲(chǔ)能約束采用文獻(xiàn)[27]所提出CHT進(jìn)行相應(yīng)處理。而區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)約束、Ⅰ型能源站設(shè)備約束以及配電網(wǎng)潮流約束不能通過CHT直接處理,本文采用罰函數(shù)方法對(duì)其進(jìn)行間接處理。本文優(yōu)化調(diào)度模型的求解過程如下,流程圖見附錄A。

步驟1:讀取能源系統(tǒng)、外界環(huán)境相關(guān)信息,設(shè)置PSO算法優(yōu)化變量(包括區(qū)域熱力系統(tǒng)中非平衡節(jié)點(diǎn)處區(qū)域能源站部分設(shè)備狀態(tài)及各分布式可再生能源發(fā)電出力)初始空間,設(shè)置目標(biāo)函數(shù)及相應(yīng)約束,初始化PSO算法產(chǎn)生初始種群及相應(yīng)粒子速度。

步驟2:采用CHT直接處理部分約束。

步驟3:區(qū)域熱力系統(tǒng)能量流求解,計(jì)算不同類型區(qū)域能源站能量交互信息,進(jìn)行配電網(wǎng)潮流仿真。

步驟4:采用罰函數(shù)法間接處理其他相關(guān)約束,計(jì)算各個(gè)粒子的適應(yīng)值,更新當(dāng)前種群的最優(yōu)位置gb和所有粒子的最優(yōu)位置pb。

步驟5:判斷gb是否滿足結(jié)束要求或者達(dá)到最大迭代次數(shù),若是則生成日前最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度計(jì)劃,否則返回步驟2。

3　算例分析

3.1　仿真參數(shù)

本文中區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見附錄B。區(qū)域能源站供熱溫度為70 ℃,供暖區(qū)域室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為22.5 ℃。本文中風(fēng)機(jī)WT1,WT2,WT3額定功率分別為200,300,300 kW,Ⅰ型區(qū)域能源站CHP額定功率為2 MW,爬坡率上限為300 kW/h,Ⅱ型區(qū)域能源站電鍋爐額定功率為500 kW,爬坡率上限為200 kW/h,儲(chǔ)熱設(shè)備最大儲(chǔ)熱容量為400 kW·h,區(qū)域能源站中關(guān)鍵設(shè)備其他參數(shù)見附錄C;天然氣價(jià)格為0.33 美元/m3,區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)管道最大允許水壓損失[28]、外界環(huán)境溫度預(yù)測(cè)曲線、配電網(wǎng)日電負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線、日電價(jià)預(yù)測(cè)圖[27]及風(fēng)機(jī)最大功率預(yù)測(cè)曲線[29]見附錄C。

3.2　仿真結(jié)果分析

本文針對(duì)三種不同仿真場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比分析,場(chǎng)景1中Ⅱ型區(qū)域能源站中電鍋爐出力恒定,均為300 kW,且不投運(yùn)儲(chǔ)熱設(shè)備,場(chǎng)景2多能源站協(xié)調(diào)運(yùn)行但不投運(yùn)儲(chǔ)熱設(shè)備;場(chǎng)景3多能源站協(xié)調(diào)運(yùn)行且投運(yùn)儲(chǔ)熱設(shè)備。

3.2.1運(yùn)行成本與風(fēng)電消納分析

不同場(chǎng)景下區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)運(yùn)行成本及各風(fēng)機(jī)發(fā)電消納率分別如表1和圖2所示。

表1　不同場(chǎng)景下區(qū)域電力-熱力系統(tǒng)運(yùn)行成本Table 1　Operation cost of regional electricity-heating energy system under different scenarios

圖2　不同場(chǎng)景下各風(fēng)機(jī)發(fā)電消納率Fig.2　Consumptive rates of wind power under different scenarios

較之于場(chǎng)景1,場(chǎng)景2中區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)的運(yùn)行成本減少了219.1美元,降低約15.2%,表明多能源站的協(xié)調(diào)運(yùn)行能有效降低配電網(wǎng)網(wǎng)損及區(qū)域能源站運(yùn)行費(fèi)用,同時(shí)顯著提高風(fēng)電消納率。場(chǎng)景3通過儲(chǔ)熱設(shè)備的調(diào)度,在進(jìn)一步降低運(yùn)行成本的基礎(chǔ)上,改善了場(chǎng)景2中區(qū)域能源站C比區(qū)域能源站B出力顯著偏高的現(xiàn)象,有利于設(shè)備壽命的提高。

在00:00—03:00時(shí)段,配電網(wǎng)電負(fù)荷處于低谷期而區(qū)域熱力系統(tǒng)熱負(fù)荷處于高峰期,同時(shí)各風(fēng)機(jī)的最大功率高,場(chǎng)景1中此時(shí)段WT1,WT2,WT3的棄風(fēng)量分別為333.75 kW·h,192.55 kW·h,143.12 kW·h；棄風(fēng)率達(dá)到58.75%,22.60%,16.70%,各風(fēng)機(jī)棄風(fēng)量的不同與配電網(wǎng)的負(fù)荷分布相關(guān),其出力的配合有利于降低配電網(wǎng)網(wǎng)損。場(chǎng)景2和場(chǎng)景3通過多能源站的協(xié)調(diào)運(yùn)行,一定程度上提高了配電網(wǎng)電負(fù)荷,降低了CHP的發(fā)電出力,因而顯著提高了風(fēng)電消納率。而在其他時(shí)段,由于風(fēng)機(jī)發(fā)電功率與配電網(wǎng)電負(fù)荷水平不匹配程度在一定的范圍內(nèi),因而在各個(gè)場(chǎng)景中均未出現(xiàn)棄風(fēng)現(xiàn)象。

3.2.2區(qū)域能源站工況分析

不同場(chǎng)景下各區(qū)域能源站的運(yùn)行狀態(tài)如圖3所示。

圖3　不同場(chǎng)景下各區(qū)域能源站運(yùn)行狀態(tài)Fig.3　Operation states of different regional energy stations under different scenarios

在00:00—06:00時(shí)段,配電網(wǎng)電負(fù)荷處于低谷期,但各風(fēng)機(jī)最大發(fā)電功率高且區(qū)域熱力系統(tǒng)熱負(fù)荷處于高峰期,場(chǎng)景1中熱量供需平衡由區(qū)域能源站A來滿足,其天然氣消耗量高,既增加了系統(tǒng)運(yùn)行成本,又不利于風(fēng)電消納;場(chǎng)景2中區(qū)域能源站B和C承擔(dān)了大部分熱量供應(yīng)?？梢?多能源站的協(xié)調(diào)運(yùn)行既降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本,又有效提高了風(fēng)電的消納率。同時(shí)從圖3可看出,區(qū)域能源站C的出力高于區(qū)域能源站B,這與區(qū)域熱力系統(tǒng)熱負(fù)荷分布及區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)所滿足規(guī)律有關(guān),說明相較于區(qū)域能源站B,區(qū)域能源站C出力的提高更有利于降低熱量在區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的損耗。場(chǎng)景3中通過儲(chǔ)熱設(shè)備的投運(yùn),改善了場(chǎng)景2中區(qū)域能源站C比區(qū)域能源站B出力顯著偏高的現(xiàn)象。

在11:00—14:00時(shí)段,配電網(wǎng)電負(fù)荷處于高峰期而區(qū)域熱力系統(tǒng)熱負(fù)荷處于低谷期,較之于場(chǎng)景1,場(chǎng)景2通過多能源站的協(xié)調(diào),有效降低區(qū)域能源站B和C消耗的電能,提高了區(qū)域能源站A的出力,承擔(dān)了部分高峰期的電負(fù)荷;場(chǎng)景3由于儲(chǔ)熱設(shè)備作用,進(jìn)一步降低了區(qū)域能源站B和C消耗的電能。

在16:00—18:00時(shí)段,區(qū)域熱力系統(tǒng)熱負(fù)荷逐漸升高,場(chǎng)景1中區(qū)域能源站A出力雖上升,但由于風(fēng)機(jī)功率較低且電負(fù)荷仍處于較高水平,所以風(fēng)電仍可完全消納;場(chǎng)景2中區(qū)域能源站B和C受電價(jià)降低的影響,其出力逐步上升;場(chǎng)景3儲(chǔ)熱設(shè)備處于儲(chǔ)熱狀態(tài),進(jìn)一步提高了區(qū)域能源站B和C的出力。

在20:00—22:00時(shí)段,區(qū)域熱力系統(tǒng)熱負(fù)荷處于上升期而配電網(wǎng)的電負(fù)荷處于高峰期,場(chǎng)景1中區(qū)域能源站A出力不斷上升,承擔(dān)部分高峰期的電負(fù)荷,有利于減少網(wǎng)損;場(chǎng)景2中通過多能源站的協(xié)調(diào),進(jìn)一步提高了區(qū)域能源站A的出力,承擔(dān)了更多高峰期電負(fù)荷;而場(chǎng)景3通過儲(chǔ)熱設(shè)備釋放熱量,進(jìn)一步降低了區(qū)域能源站B和C消耗的電能。

3.2.3配電網(wǎng)與區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)工況分析

選取03:00,13:00,17:00,21:00這4個(gè)典型時(shí)間點(diǎn),不同場(chǎng)景下配電網(wǎng)C相節(jié)點(diǎn)電壓見圖4。場(chǎng)景2較之場(chǎng)景1,在03:00和17:00時(shí),有效緩解了配電網(wǎng)電負(fù)荷處于低谷期而電壓升高的問題;在13:00和21:00時(shí),顯著提升了配電網(wǎng)電負(fù)荷處于高峰期時(shí)的電壓。場(chǎng)景3通過儲(chǔ)熱裝置的作用,進(jìn)一步改善了配電網(wǎng)電壓水平,場(chǎng)景2在21:00時(shí),區(qū)域能源站B和C電能消耗量仍較高,故儲(chǔ)熱裝置的作用在21:00時(shí)尤為明顯。可見多區(qū)域能源站協(xié)調(diào)運(yùn)行對(duì)配電網(wǎng)電壓具有較好的支撐作用。

圖4　不同場(chǎng)景下配電網(wǎng)C相節(jié)點(diǎn)電壓Fig.4　Node voltage of phase C in electric distribution network under different scenarios

不同場(chǎng)景下,典型時(shí)段區(qū)域熱力網(wǎng)絡(luò)管道水流質(zhì)量流量見附錄C,各區(qū)域能源站的熱能主要通過管道6,10,24實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)分配。以管道6為例,場(chǎng)景2較之場(chǎng)景1,在03:00時(shí),管道6中水流質(zhì)量流量明顯降低,表明節(jié)點(diǎn)7附近的熱負(fù)荷更多依賴于區(qū)域能源站B供暖,在13:00時(shí)恰與之相反;17:00和21:00時(shí),由于CHP爬坡率的約束,兩者供暖情形差別不大;而場(chǎng)景3中儲(chǔ)熱裝置的調(diào)節(jié)作用使得CHP爬坡率對(duì)區(qū)域能源站B和C出力限制在一定程度上減弱,因而在17:00時(shí),管道的水流方向反向,區(qū)域能源站B向原本區(qū)域能源站A供暖的負(fù)荷提供熱量。

仍以管道6為例,不同場(chǎng)景下其水壓壓降見附錄C,與場(chǎng)景1相比較,由于多區(qū)域能源站協(xié)調(diào)供暖,管道中的水壓降會(huì)有更加明顯的變化,因而需要特別關(guān)注。

4　結(jié)語

本文以分布式可再生能源高滲透率的區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)為研究對(duì)象,構(gòu)建了不同類型區(qū)域能源站并對(duì)區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)進(jìn)行建模分析。在考慮區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)運(yùn)行約束基礎(chǔ)上,從多能源站協(xié)調(diào)的角度,提出了以配電網(wǎng)網(wǎng)損、棄風(fēng)懲罰及區(qū)域能源站運(yùn)行費(fèi)用最優(yōu)為目標(biāo)的區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型,并提出了相應(yīng)的求解方法及框架。最后,通過三種不同場(chǎng)景優(yōu)化結(jié)果表明所提調(diào)度策略可以有效降低配電網(wǎng)網(wǎng)損及區(qū)域能源站運(yùn)行費(fèi)用,提高風(fēng)電消納率,同時(shí)在一定程度上改善配電網(wǎng)的電壓水平。

在以后的研究中,將圍繞區(qū)域電力—熱力系統(tǒng)配電網(wǎng)中儲(chǔ)電設(shè)備、區(qū)域能源站中的儲(chǔ)熱設(shè)備及區(qū)域熱力系統(tǒng)末端負(fù)荷的虛擬儲(chǔ)能特性進(jìn)行進(jìn)一步研究。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。