歐陽(yáng)斌，袁志昌，陸超，屈魯，李東東

考慮源-荷-儲(chǔ)多能互補(bǔ)的冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行研究

歐陽(yáng)斌1,2，袁志昌2，陸超2，屈魯2，李東東1

（1．上海電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，上海市 楊浦區(qū) 200090；2．清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京市 海淀區(qū) 100084）

綜合能源系統(tǒng)(integrated energy system，IES)以多能互補(bǔ)和能量階梯利用為核心，將大大提高系統(tǒng)的能量利用率，實(shí)現(xiàn)多種能流互補(bǔ)優(yōu)化。通過(guò)建立冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)，以系統(tǒng)總運(yùn)行成本最低為目標(biāo)函數(shù)，考慮設(shè)備模型約束和功率平衡約束，采用日前負(fù)荷模擬綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行；同時(shí)考慮到系統(tǒng)在冬、夏季運(yùn)行工況差異較大，采用分季調(diào)節(jié)運(yùn)行模式，利用分支界定(branch and bound，B-a-B) 算法求解優(yōu)化模型。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)能量供給平衡，“源-荷-儲(chǔ)”互補(bǔ)搭配性強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行靈活、經(jīng)濟(jì)高效，同時(shí)，系統(tǒng)污染氣體排放量少，有利于環(huán)境保護(hù)。

綜合能源系統(tǒng)(IES)；多能互補(bǔ)；源-荷-儲(chǔ)；優(yōu)化運(yùn)行；分季調(diào)節(jié)；分支界定

0 引言

能源產(chǎn)業(yè)作為支撐日常生活消費(fèi)、工業(yè)生產(chǎn)等活動(dòng)的關(guān)鍵因素呈現(xiàn)出能源需求量大、能源種類多、能源結(jié)構(gòu)差異性大和能流變化迅速等特點(diǎn)[1-6]?，F(xiàn)有的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)大多彼此獨(dú)立，且單獨(dú)運(yùn)營(yíng)，這就容易造成能量轉(zhuǎn)換損失嚴(yán)重，各個(gè)系統(tǒng)彼此耦合關(guān)系稀疏，結(jié)構(gòu)單一；在能源消費(fèi)端，巨大的能量需求和能源消費(fèi)方式的快速轉(zhuǎn)變不斷沖擊現(xiàn)有的能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

近年來(lái)，有學(xué)者針對(duì)上述問(wèn)題，提出在靠近能源消費(fèi)終端建立起綜合能源系統(tǒng)(integrated energy system，IES)[7-11]，通過(guò)實(shí)現(xiàn)多種能源互相補(bǔ)充以及能量階梯利用的原理，充分消納吸收分布式能源(distributed energy，DE)，以解決現(xiàn)有的能源“生產(chǎn)-傳輸-存儲(chǔ)-消費(fèi)”困境。

在對(duì)綜合能源系統(tǒng)的研究方面，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)開(kāi)發(fā)了電-熱-氣系統(tǒng)及用戶交互平臺(tái)的綜合能源系統(tǒng)，對(duì)用戶終端實(shí)現(xiàn)了用能、節(jié)能和需求響應(yīng)3個(gè)功能[12]。德國(guó)通過(guò)鼓勵(lì)E-Energy項(xiàng)目建設(shè)，側(cè)重于能源和信息系統(tǒng)集成，采用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)發(fā)電的安全供給、高效利用以及氣候保護(hù)[13]。歐盟規(guī)劃了歐盟電網(wǎng)新計(jì)劃路線圖，致力于融合各國(guó)能源系統(tǒng)建設(shè)跨歐洲的高效能源系統(tǒng)[14]。日本早在2010年就成立日本智能社區(qū)聯(lián)盟，專注于智能社區(qū)技術(shù)與綜合能源系統(tǒng)示范工程建設(shè)[15]。近幾年，綜合能源系統(tǒng)研究在國(guó)內(nèi)成為潮流，在示范工程方面，廣州明珠工業(yè)區(qū)同構(gòu)冷-熱-電-氣的綜合能源系統(tǒng)，優(yōu)化提高能源利用率，積極打造智能工業(yè)示范園區(qū)[12]。北京延慶的“城市能源互聯(lián)網(wǎng)”示范工程，旨在建設(shè)支撐高滲透率的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)[16]。張家口張北的“多能互補(bǔ)高效階梯利用的分布式供能”示范工程[8]，綜合運(yùn)用多種能源生產(chǎn)方式、儲(chǔ)能設(shè)備以及光熱化學(xué)互補(bǔ)原理，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模綜合能源系統(tǒng)應(yīng)用和協(xié)調(diào)控制提供新的發(fā)展機(jī)遇。

由于綜合能源系統(tǒng)耦合了多類異質(zhì)能流，通過(guò)對(duì)多種能源生產(chǎn)方式的互補(bǔ)搭配和各個(gè)能源設(shè)備的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)更高的能源利用率和節(jié)能效益，但由于系統(tǒng)本身耦合關(guān)系復(fù)雜，非線性特征明顯，增加了系統(tǒng)在協(xié)調(diào)運(yùn)行上的難度。因此，迫切需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行。在優(yōu)化運(yùn)行方面，文獻(xiàn)[17]以433座樓宇組成的綜合建筑的冷熱需求為模型，比較了以熱定電和以電定熱2種運(yùn)行方式在樓宇中的適應(yīng)程度以及存在的不足。鑒于以熱定電和以電定熱方法并不合理，文獻(xiàn)[18]提出了分別以運(yùn)行成本、一次能源消耗(primary energy consumption，PEC)、二氧化碳排放量(carbon dioxide emissions，CDE)最小化為目標(biāo)的能源調(diào)度算法，并指出只要PEC和CDE達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，就應(yīng)該考慮系統(tǒng)的安裝運(yùn)行。文獻(xiàn) [19]則提出一種應(yīng)用于小型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，綜合考慮能源效率、資金消耗、環(huán)境效益，并對(duì)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析。文獻(xiàn)[20]提出了一種以運(yùn)行費(fèi)用和燃料價(jià)格最低為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的線性規(guī)劃方法。文獻(xiàn)[21]提出了一種光/儲(chǔ)/水/柴微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略，分3層對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制：經(jīng)濟(jì)調(diào)度層采用邊際成本競(jìng)價(jià)機(jī)制結(jié)合水電和光伏補(bǔ)償策略，安排下一時(shí)段的運(yùn)行計(jì)劃；穩(wěn)態(tài)控制層中，接收調(diào)度層指令并執(zhí)行；緊急控制層通過(guò)備用功率分配、可用功率調(diào)整、切負(fù)荷等手段維持系統(tǒng)功率平衡，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上所述，在綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化方面已有較多研究，但對(duì)耦合“源-荷-儲(chǔ)”的綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行以及考慮季節(jié)工況差異性方面，特別是季節(jié)負(fù)荷差異性大可能使系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行方面考慮較少，為此，本文將針對(duì)冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)的“源-荷-儲(chǔ)”多能互補(bǔ)和分季節(jié)優(yōu)化運(yùn)行開(kāi)展研究。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及工作原理

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣，形態(tài)多端，系統(tǒng)耦合關(guān)系復(fù)雜，本文針對(duì)冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行現(xiàn)狀分析，基于耦合多種能源生產(chǎn)方式，多種能流互相搭配補(bǔ)充，并且擁有對(duì)電、熱2種能量的儲(chǔ)能裝置的冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)的通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立綜合能源系統(tǒng)研究模型。

圖1中冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)的設(shè)備主要包括燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、缸套水換熱器、吸收式制冷機(jī)、電鍋爐、電制冷機(jī)以及煙氣吸收熱泵設(shè)備，并且配以儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱2種儲(chǔ)能設(shè)備，系統(tǒng)還接入了光伏發(fā)電機(jī)組，提高可再生能源的滲透率，并接入電網(wǎng)以保證有充足的電能供電力負(fù)荷使用。

圖1 冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)能流拓?fù)鋱D

1.2 工作原理

本文的冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)為微能源網(wǎng)，以燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為核心，通過(guò)消耗天然氣，產(chǎn)出電能直接供給部分電力負(fù)荷；燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱蒸汽則通過(guò)缸套水換熱器轉(zhuǎn)化為熱水供給熱力負(fù)荷；同時(shí)，天然氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣可以被煙氣吸收熱泵大部分接收，轉(zhuǎn)化為熱能和冷能直接供給用戶；為彌補(bǔ)冷能供給不足的情況，可由吸收式制冷機(jī)吸收部分熱能轉(zhuǎn)化為冷能供給負(fù)荷使用。當(dāng)電能供給充足而供冷或者供熱不足時(shí)，可以通過(guò)電鍋爐或者電制冷機(jī)工作補(bǔ)充。系統(tǒng)中還加入了儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱設(shè)備，保證系統(tǒng)有足夠的功率容量裕度，穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行。光伏發(fā)電機(jī)組的主動(dòng)接入，增加了系統(tǒng)的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)電能負(fù)荷需求較大時(shí)，系統(tǒng)可與電網(wǎng)交互，同時(shí)，為了降低系統(tǒng)與電網(wǎng)的信息通道以及物理通道的建設(shè)費(fèi)用和協(xié)調(diào)成本，本系統(tǒng)采用“并網(wǎng)不上網(wǎng)”原則，向電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)電能，以彌補(bǔ)系統(tǒng)的電能缺額，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 優(yōu)化運(yùn)行策略

在對(duì)冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行方面，本文考慮了系統(tǒng)負(fù)荷需求供給平衡約束、各類設(shè)備容量約束和設(shè)備運(yùn)行約束，采用同一時(shí)間尺度(D=1h)進(jìn)行系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率平衡和經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2.1 目標(biāo)函數(shù)

以系統(tǒng)總運(yùn)行成本最小為目標(biāo)構(gòu)建冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)，即

式中：grid()為系統(tǒng)與電網(wǎng)的購(gòu)電費(fèi)用，元；gas()為系統(tǒng)購(gòu)買(mǎi)天然氣費(fèi)用，元；main()為系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，元；poll()為污染氣體排放治理費(fèi)用，元。

其中，系統(tǒng)購(gòu)電費(fèi)用、購(gòu)氣費(fèi)用、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、污染氣體排放治理費(fèi)用具體表示如下：

2.2 約束條件

2.2.1 設(shè)備模型約束

1）燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)模型。

2）煙氣吸收熱泵。

3）缸套水換熱器。

4）吸收式制冷機(jī)。

5）電鍋爐。

式中：EB()為電鍋爐輸入電功率，kW；EB()為電鍋爐輸出熱功率，kW；EB為電鍋爐的制能系數(shù)；EB.min、EB.max分別為電鍋爐最小、最大電功率，kW；EB.max為電鍋爐的出力坡度約束，kW。

6）電制冷機(jī)。

7）光伏發(fā)電機(jī)組模型。

式中：PV()為光伏發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)出力，kW；STC()為光伏發(fā)電機(jī)組的額定出力，kW；ING()為實(shí)時(shí)輻照強(qiáng)度，W/m3；STC為光伏發(fā)電機(jī)組的額定輻照強(qiáng)度，W/m3；為光伏發(fā)電機(jī)組的發(fā)電系數(shù)；out()為外界溫度，℃；s為發(fā)電機(jī)組的參考溫度，℃。

8）儲(chǔ)電設(shè)備模型。

最后，健全農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的推廣體系，發(fā)展技術(shù)市場(chǎng)和中介服務(wù)體系，避免農(nóng)業(yè)科技與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)脫節(jié)的現(xiàn)象。加強(qiáng)農(nóng)科教相互協(xié)作，推進(jìn)農(nóng)業(yè)科研、教育、推廣體系“三位一體”建設(shè)，充分形成農(nóng)業(yè)科學(xué)教育系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)。

9）儲(chǔ)熱設(shè)備模型。

2.2.2 功率平衡約束

1）電功率平衡約束。

式中：batt.dis()、batt.cha()分別為儲(chǔ)電設(shè)備的放電、充電變量；ele()為電力負(fù)荷，kW。

2）熱功率平衡約束。

3）冷功率平衡約束。

式中：cool()為冷力負(fù)荷，kW。

2.3 求解算法和步驟

本優(yōu)化模型為混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，其耦合關(guān)系復(fù)雜、非線性特征明顯，特別是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和煙氣吸收熱泵設(shè)備存在多變量輸入、轉(zhuǎn)換，使得模型表現(xiàn)出強(qiáng)非凸特性，一般的優(yōu)化求解器(如CPLEX、GUROBI等)和普通算法均無(wú)法求解，因此，本文采取分支界定法求解該問(wèn)題。

求解步驟如附錄圖A1所示。分支界定算法通過(guò)放寬約束條件，將原問(wèn)題分解成眾多子問(wèn)題，采用求解子問(wèn)題的最優(yōu)解的方式，當(dāng)所求最優(yōu)解為原問(wèn)題可行解時(shí)，該最優(yōu)解為原問(wèn)題最優(yōu)解；否則，以最優(yōu)解的目標(biāo)函數(shù)為原問(wèn)題上界，最優(yōu)解的可行解最大值目標(biāo)函數(shù)為原問(wèn)題下界，繼續(xù)求解該程序，當(dāng)上界低于下界時(shí)，則原問(wèn)題無(wú)最優(yōu)解。

3 算例仿真與分析

冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)在季節(jié)負(fù)荷差異較大時(shí)，特別是冬、夏季對(duì)冷、熱負(fù)荷需求懸殊，系統(tǒng)工況運(yùn)行復(fù)雜。在系統(tǒng)冷、熱、電負(fù)荷相互獨(dú)立且不確定的情況下，如果對(duì)不同季節(jié)采用單一工況運(yùn)行，則存在系統(tǒng)無(wú)法滿足負(fù)荷需求、設(shè)備無(wú)法運(yùn)行的情況。此時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分季運(yùn)行調(diào)節(jié)。本文通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)，改變系統(tǒng)運(yùn)行工況，調(diào)節(jié)系統(tǒng)分季運(yùn)行。其中，冬、夏季部分設(shè)備模型參數(shù)如表1所示。其余部分模型參數(shù)可參考文獻(xiàn)[22-23]進(jìn)行設(shè)置，詳見(jiàn)附錄表A1。

表1 冬、夏季日前優(yōu)化部分設(shè)備參數(shù)

采用夏季日前負(fù)荷對(duì)綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果分析如下：

夏季日前冷-熱-電負(fù)荷及各個(gè)設(shè)備電功率出力情況如圖2、圖3所示，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)輸出電功率基本承擔(dān)了電能負(fù)荷的基荷部分；光伏發(fā)電設(shè)備主動(dòng)接入系統(tǒng)，且被系統(tǒng)完全消納，此時(shí)系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收電功率降低，尤其是在第9、11和12h用電高峰期為0kW，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)削峰填谷作用；系統(tǒng)中儲(chǔ)電設(shè)備的充、放電功率較低，儲(chǔ)電設(shè)備對(duì)系統(tǒng)參與度小，有利于提高儲(chǔ)電設(shè)備壽命，同時(shí)也說(shuō)明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自我消納，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。夏季日前各個(gè)設(shè)備熱功率出力情況如圖4所示，缸套水換熱器輸出的熱能功率穩(wěn)定，滿足一天的熱能負(fù)荷基荷。系統(tǒng)的熱能負(fù)荷在一天內(nèi)存在2個(gè)峰荷時(shí)段，煙氣吸收熱泵調(diào)節(jié)靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)熱能輸出的“隨入隨放，隨出隨?！惫δ?。同時(shí)，儲(chǔ)熱設(shè)備通過(guò)吸收和放出熱量維持熱力系統(tǒng)的功率穩(wěn)定性，有效調(diào)節(jié)熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。夏季日前各個(gè)設(shè)備冷功率出力情況如圖5所示，夏季冷能需求最大，主要由煙氣吸收熱泵供給冷能負(fù)荷，煙氣吸收熱泵輸出冷功率穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)冷能負(fù)荷平衡。電制冷機(jī)靈活運(yùn)行，在煙氣吸收熱泵冷功率不足時(shí)，提供部分冷能，滿足冷力系統(tǒng)負(fù)荷缺額，實(shí)現(xiàn)“源-荷-儲(chǔ)”功率平衡，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 夏季日前冷-熱-電負(fù)荷圖

圖3 夏季日前各個(gè)設(shè)備電功率出力圖

采用冬季日前負(fù)荷對(duì)綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果分析如下：

圖4 夏季日前各個(gè)設(shè)備熱功率出力圖

圖5 夏季日前各個(gè)設(shè)備冷功率出力圖

冬季日前冷-熱-電負(fù)荷情況及各個(gè)設(shè)備電功率出力情況如圖6、圖7所示，在電能谷時(shí)段(第1—6h以及第24h)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)電功率出力較少，此時(shí)，電網(wǎng)功率價(jià)格低，電網(wǎng)電功率出力大，有利于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；在電能峰時(shí)段(第7—22h) 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)電功率隨電能負(fù)荷需求增加而增加，其提供了電能負(fù)荷的50%以上，且輸出穩(wěn)定。從第9—17h，光伏發(fā)電出力明顯，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)完全消納光伏電功率，峰時(shí)段系統(tǒng)從電網(wǎng)接收的功率降低，特別是在第10、11h，系統(tǒng)幾乎不需要從電網(wǎng)吸收電能，能夠完全自主發(fā)電和消納，在用電的高峰期(第12—15h)電網(wǎng)電功率較低，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。在冬季日前優(yōu)化中，儲(chǔ)電設(shè)備的充、放電功率均在較低水平，既減少儲(chǔ)電設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，又提高設(shè)備的使用壽命。冬季日前各個(gè)設(shè)備熱功率出力情況如圖8所示，系統(tǒng)通過(guò)從缸套水換熱器中接納大量的熱能供給負(fù)荷使用。當(dāng)缸套水換熱器提供的熱功率不足時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)煙氣吸收熱泵、電鍋爐靈活運(yùn)行，并供給了熱能負(fù)荷缺額，當(dāng)熱能出力較多時(shí)，儲(chǔ)熱設(shè)備投入運(yùn)行，以儲(chǔ)存部分熱能或發(fā)出部分熱能方式調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)熱能系統(tǒng)的功率平衡。冬季日前各個(gè)設(shè)備冷功率出力情況如圖9所示，因冬季冷功率需求較低，系統(tǒng)則通過(guò)煙氣吸收熱泵良好的制冷效應(yīng)和電制冷機(jī)制冷運(yùn)行實(shí)現(xiàn)對(duì)冷負(fù)荷的全部供應(yīng)。

圖6 冬季日前冷-熱-電負(fù)荷圖

圖7 冬季日前各個(gè)設(shè)備電功率出力圖

圖8 冬季日前各個(gè)設(shè)備熱功率出力圖

圖9 冬季日前各個(gè)設(shè)備冷功率出力圖

在費(fèi)用方面，將冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)與未添加儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

表2 優(yōu)化費(fèi)用對(duì)比

由表2可知，通過(guò)添加儲(chǔ)能，系統(tǒng)功率存在一個(gè)緩沖空間，降低了系統(tǒng)在購(gòu)電和購(gòu)買(mǎi)天然氣的費(fèi)用，系統(tǒng)總成本減小。

綜上所述，冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)在冬、夏季日前負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)需求供給平衡，“源-荷-儲(chǔ)”各個(gè)設(shè)備充分參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，有效提高了系統(tǒng)的能源利用率，充分消納、吸收系統(tǒng)中光伏發(fā)電功率，大大促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

1）基于冷-熱-電綜合能源系統(tǒng)拓?fù)?，耦合多種能源生產(chǎn)方式，包括燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的制電、制冷效應(yīng)，煙氣吸收熱泵良好的制冷、制熱性能以及眾多的能源轉(zhuǎn)換裝置，系統(tǒng)中加入光伏發(fā)電機(jī)組，提高可再生能源的滲透率，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，加入儲(chǔ)熱/儲(chǔ)電設(shè)備以增加系統(tǒng)功率的容量裕度，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行。

2）以系統(tǒng)整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為優(yōu)化目標(biāo)，考慮設(shè)備模型約束與功率平衡約束，并采用冬、夏季日前負(fù)荷參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。由于冬、夏季負(fù)荷特性差異較大，系統(tǒng)運(yùn)行工況復(fù)雜，通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)使其運(yùn)行在較適宜條件下運(yùn)行。所建模型為強(qiáng)耦合、非線性和強(qiáng)非凸特征，采用分支界定算法求解模型。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)功率平衡，能夠穩(wěn)定運(yùn)行，且整體系統(tǒng)具有良好的制電、制熱、制冷效應(yīng)，滿足負(fù)荷需求，“源-荷-儲(chǔ)”的互補(bǔ)搭配極大地提高系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行能力，系統(tǒng)運(yùn)行方式靈活，能流供給多變，同時(shí)，系統(tǒng)所排放污染氣體少，治理成本較低，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)最大化。

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Research on Optimal Operation of Cold-Thermal-Electric Integrated Energy System Considering Source-Load-Storage Multi-Energy Complementarity

OYANG Bin1,2, YUAN Zhichang2, LU Chao2, QU Lu2, LI Dongdong1

(1. Electric Power Engineering, Shanghai University of Electricity Power, Yangpu District, Shanghai 200090, China; 2. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Haidian District, Beijing 100084, China)

The integrated energy system (IES) is based on multi-energy complementarity and energy ladder utilization, which will greatly improve the energy utilization of the system and achieve multiple energy flow complementary optimization. A cold-thermal-electric IES was established. The objective function is the lowest total operating cost of the system. Considering the constraints of equipment model and power balance, the daily load is used to simulate the economic optimal operation of the comprehensive energy system. Considering that the operating conditions of the system vary greatly in winter and summer, the operation mode is adjusted by the seasons,and the branch and bound (B-a-B) was used to solve the optimization model. The simulation results show that the system energy supply balance, "source-load-storage" complementary collocation, the system is flexible, economical and efficient, and at the same time, the system emits less pollutant gas, which is conducive to environmental protection.

integrated energy system (IES); multi-energy complementarity; source-load-storage; optimal operation; different seasonal adjusts; branch and bound

附錄A

圖A1 求解步驟

Fig. A1 Solving steps

表A1 綜合能源系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

續(xù)表

10.12096/j.2096-4528.pgt.19100

TK 01

2019-06-25。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFB0905105)。

Project Supported by National Key Research and Development Program (2018YFB0905105).

歐陽(yáng)斌(1993)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榫C合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，943278423@qq.com；

歐陽(yáng)斌

屈魯(1987)，男，博士，助理研究員，研究方向?yàn)橹绷麟娋W(wǎng)技術(shù)和綜合能源技術(shù)等，qulu@tsinghua.edu.cn。

屈魯

(責(zé)任編輯 楊陽(yáng))