郇嘉嘉，張小輝，黃學(xué)勁，李家淇，陳喆，劉宗揚(yáng)

(1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，廣州510080；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東東莞523008)

0 引言

隨著傳統(tǒng)化石能源的日漸枯竭以及環(huán)境壓力的日趨嚴(yán)重，如何改變傳統(tǒng)的供能模式、提高能源的綜合利用效率，已經(jīng)成為了當(dāng)前世界范圍亟待解決的重要研究問(wèn)題，也是解決能源需求增長(zhǎng)與能源短缺及環(huán)保壓力之間矛盾的重要手段[1 - 2]。在此背景下，能源互聯(lián)網(wǎng)[3]的概念應(yīng)運(yùn)而生，而作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要物理載體，綜合能源系統(tǒng)[4]是通過(guò)將電力與燃?xì)?、熱力系統(tǒng)進(jìn)行緊密耦合，在規(guī)劃、運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)不同的能源環(huán)節(jié)實(shí)施有機(jī)協(xié)調(diào)與優(yōu)化，進(jìn)而形成以電為核心的能源產(chǎn)供消一體化系統(tǒng)。對(duì)綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效分析，進(jìn)而提出合理的運(yùn)行策略，是系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮多能互補(bǔ)與梯級(jí)利用優(yōu)勢(shì)的重要前提，也是未來(lái)建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)以及吸引綜合能源系統(tǒng)建設(shè)投資的有力保障。作為衡量系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要依據(jù)，資產(chǎn)利用效率以及可靠性能夠分別對(duì)系統(tǒng)的正常以及故障運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效分析，研究資產(chǎn)利用效率有利于綜合能源系統(tǒng)的投資與規(guī)劃方案比選，而研究運(yùn)行可靠性評(píng)估對(duì)規(guī)避綜合能源系統(tǒng)的短期風(fēng)險(xiǎn)、保障其安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要價(jià)值。目前電力系統(tǒng)中對(duì)于資產(chǎn)利用效率以及可靠性已有一定的研究與應(yīng)用，而對(duì)于綜合能源系統(tǒng)而言，有效分析系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率以及可靠性進(jìn)而總體評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)同樣重要。

在運(yùn)行可靠性的研究方面，文獻(xiàn)[5]對(duì)運(yùn)行可靠性評(píng)估建模、模型驅(qū)動(dòng)以及評(píng)估方法3個(gè)方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理與總結(jié)，并提出了模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性研究的技術(shù)路線，為綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[6]通過(guò)對(duì)比系統(tǒng)及設(shè)備層面的可靠性指標(biāo)，分析了儲(chǔ)能設(shè)備不同運(yùn)行策略對(duì)綜合能源微網(wǎng)供能可靠性的影響。文獻(xiàn)[7]通過(guò)建立電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性模型，模擬了系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障后的連鎖反應(yīng)，并提出了系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)挖掘的方法。文獻(xiàn)[8]研究了風(fēng)機(jī)-光伏-儲(chǔ)能協(xié)調(diào)運(yùn)行策略對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的影響。

在資產(chǎn)利用效率的研究方面，文獻(xiàn)[9]從設(shè)備建設(shè)投資與運(yùn)行成本降低的角度定義了區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率，并分析了終端負(fù)荷不確定性對(duì)系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率的影響。文獻(xiàn)[10]綜合考慮了“N-x”準(zhǔn)則、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?fù)荷特性及其發(fā)展裕度等因素的影響，提出了配電網(wǎng)設(shè)備利用率的計(jì)算方法，并提出了相應(yīng)的提升措施。文獻(xiàn)[11]通過(guò)分析配電網(wǎng)負(fù)荷率、設(shè)備預(yù)期壽命等影響因素，提出了不同負(fù)載率場(chǎng)景下配電網(wǎng)設(shè)備在生命周期內(nèi)利用率的合理范圍。文獻(xiàn)[12]從設(shè)備負(fù)載特性、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間及設(shè)備參數(shù)3個(gè)維度出發(fā)，分析了有源配電網(wǎng)設(shè)備利用率的影響因素，并基于Pignistic概率距離最優(yōu)證據(jù)合成法，提出了影響因素的組合賦權(quán)方法。

上述文獻(xiàn)為本文的研究奠定了一定的理論與模型基礎(chǔ)，然而目前的研究仍存在以下問(wèn)題：第一，目前對(duì)于綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行方面的研究大多集中在以“年”為量級(jí)的長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)，而未考慮運(yùn)行過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)性問(wèn)題；第二，如何在系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率的評(píng)估中進(jìn)一步考慮可靠性因素，進(jìn)而從正常運(yùn)行與故障運(yùn)行2個(gè)方面對(duì)綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，相關(guān)的研究仍有待進(jìn)一步開(kāi)展。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了考慮負(fù)荷不確定性與運(yùn)行可靠性的綜合能源系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率評(píng)估方法，并從正常運(yùn)行與故障運(yùn)行2個(gè)層面對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。首先，采用不確定度集合對(duì)綜合能源系統(tǒng)終端負(fù)荷的不確定性進(jìn)行建模；其次，分別以綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及資產(chǎn)利用效率作為評(píng)估系統(tǒng)故障以及正常運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)，對(duì)其評(píng)估方法進(jìn)行研究，并采用隸屬度函數(shù)的方法將不同量綱的指標(biāo)進(jìn)行結(jié)合；最后，通過(guò)實(shí)際算例仿真，具體分析了綜合能源系統(tǒng)全年及典型日的運(yùn)行狀態(tài)，并分析了負(fù)荷不確定性對(duì)系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率及運(yùn)行可靠性產(chǎn)生的影響。

1 綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析框架

綜合能源系統(tǒng)主要由供能網(wǎng)絡(luò)(如供電、供氣、供冷/熱等網(wǎng)絡(luò))、能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(如冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)(combined cold heat and power system, CCHP)、發(fā)電機(jī)組、鍋爐、空調(diào)、熱泵等)、能源存儲(chǔ)環(huán)節(jié)(儲(chǔ)電、儲(chǔ)氣、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷等)、終端綜合能源供用單元和大量終端用戶共同構(gòu)成[13 - 14]，在能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中能夠起到“承上啟下”的功能。對(duì)綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行合理分析，并提出有效的改進(jìn)與提升措施，能夠有效促進(jìn)綜合能源系統(tǒng)發(fā)揮多能源互補(bǔ)與梯級(jí)利用優(yōu)勢(shì)，提高綜合能源系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率，同時(shí)也是未來(lái)進(jìn)一步吸引綜合能源系統(tǒng)投資建設(shè)的重要保障。

本文對(duì)綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析的主體思路框架如圖1所示，在通過(guò)資產(chǎn)利用效率指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步通過(guò)運(yùn)行可靠性指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的故障運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，以保證運(yùn)行場(chǎng)景的完整性；同時(shí)，考慮到資產(chǎn)利用效率指標(biāo)與運(yùn)行可靠性指標(biāo)的量綱差異問(wèn)題，通過(guò)隸屬度函數(shù)將不同指標(biāo)進(jìn)行結(jié)合，從而有效分析系統(tǒng)的綜合運(yùn)行狀態(tài)，為系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度提供有力支持；除此之外，在對(duì)綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析的過(guò)程中，本文也充分考慮了終端負(fù)荷的不確定性問(wèn)題。

圖1 綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析框架Fig.1 Integrated energy system operating state analysis framework

2 負(fù)荷不確定性建模

受到天氣、能源價(jià)格、用戶調(diào)度計(jì)劃和用能模式等外部因素的影響，在綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，終端需求側(cè)的電/熱/冷等負(fù)荷會(huì)具有較強(qiáng)的不確定性，針對(duì)上述問(wèn)題，本文具體采用不確定度集Ω來(lái)描述電/熱/冷負(fù)荷功率的不確定度，具體表示如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

基于對(duì)電/熱/冷等負(fù)荷不確定性的建模，綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的供需平衡應(yīng)滿足以下條件：

(5)

式中PG,s,h為電/熱/冷等能源供給側(cè)的輸出功率。

3 運(yùn)行可靠性及資產(chǎn)利用效率分析

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析

綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性分析是綜合考慮系統(tǒng)負(fù)荷水平、運(yùn)行環(huán)境等因素的影響，對(duì)系統(tǒng)在當(dāng)前狀態(tài)下未來(lái)短期內(nèi)的可靠性與風(fēng)險(xiǎn)性水平進(jìn)行分析，屬于對(duì)系統(tǒng)故障運(yùn)行狀態(tài)的分析。本文主要從兩個(gè)方面度量系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性RIES，即事件發(fā)生的概率以及事件造成的后果。

RIES(S)=∑jP(Ej)I(Ej)

(6)

式中：S為綜合能源系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)；Ej為第j個(gè)事件場(chǎng)景，本文主要考慮綜合能源系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的故障失效；P(Ej)為第j個(gè)事件場(chǎng)景發(fā)生的概率，與設(shè)備的故障概率有關(guān)；I(Ej)為第j個(gè)事件場(chǎng)景造成的影響。

本文具體采用缺供能量期望(loss of energy expectation，LOEE，其值用L來(lái)表示)來(lái)衡量設(shè)備故障失效產(chǎn)生的影響，具體計(jì)算方式參見(jiàn)文獻(xiàn)[15]。從能量損失的角度，設(shè)備故障失效產(chǎn)生的影響可表示為：

IP(Ej)=Le,j+Lh,j+Lc,j

(7)

式中：Le,j為第j個(gè)事件場(chǎng)景發(fā)生造成電能的缺供能量期望；下標(biāo)e，h，c分別代表綜合能源系統(tǒng)內(nèi)電/熱/冷3種終端能源。

從經(jīng)濟(jì)性損失的角度，基于文獻(xiàn)[16]的分析理念，通過(guò)計(jì)算不同類型能源缺供能量期望結(jié)合相應(yīng)能源損失價(jià)格，計(jì)算設(shè)備故障失效產(chǎn)生的影響，具體表示為：

IE(Ej)=ωeLe,j+ωhLh,j+ωcLc,j

(8)

式中：ωe、ωh、ωc分別為電能/熱能/冷能的能源損失價(jià)格。

3.2 系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率分析

綜合能源系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率分析能夠?qū)υO(shè)備的投資建設(shè)以及由此帶來(lái)的運(yùn)行效率提升進(jìn)行評(píng)價(jià)，屬于對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)的分析?？紤]到在綜合能源系統(tǒng)內(nèi)同一種設(shè)備可能涉及到多種能源負(fù)荷的供給，并且不同能源負(fù)荷之間也存在品位差異，故本文基于文獻(xiàn)[9]提出的概念，將資產(chǎn)利用效率AIES定義為綜合能源系統(tǒng)在給定年限內(nèi)所節(jié)約的運(yùn)行成本與設(shè)備投資成本的比值，即：

(9)

式中：ΔEOP為對(duì)綜合能源系統(tǒng)實(shí)施投資建設(shè)前后在統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)節(jié)約的運(yùn)行成本；Ein,i為設(shè)備i的投資建設(shè)成本；NT為調(diào)度時(shí)段總數(shù)；NM為設(shè)備總數(shù)。

對(duì)于變量EOP的求解，投資后綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行成本的計(jì)算方式如式(10)所示。

(10)

作為投資后綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行成本的對(duì)比對(duì)象，可以用式(10)計(jì)算投資前的運(yùn)行成本EOP,0；而對(duì)于新建的綜合能源系統(tǒng)，可以與所有的能源需求(電/熱/冷等)由外部能源網(wǎng)絡(luò)直接提供情況下的購(gòu)能成本進(jìn)行比較，即進(jìn)行綜合能源供能模式與獨(dú)立供能模式的比較，獨(dú)立供能模式下購(gòu)能成本的計(jì)算方式如式(11)所示。

EOP,1=ωePL,e+ωhPL,h+ωcPL,c

(11)

式中PL,e、PL,h、PL,c分別為電、熱、冷能源的負(fù)荷需求。

考慮到綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與資產(chǎn)利用效率的分析結(jié)果的量綱不同，因此，本文參照模糊集理論，采用隸屬度函數(shù)[17]F將綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與資產(chǎn)利用效率的分析指標(biāo)進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而綜合評(píng)價(jià)綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，指標(biāo)k隸屬度函數(shù)的表達(dá)式為：

(12)

式中：Fk(X)為綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與資產(chǎn)利用效率分析指標(biāo)的綜合隸屬度函數(shù)，表征綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；fk(X*)為不同分析指標(biāo)的最佳狀態(tài)，其中，在分析運(yùn)行可靠性時(shí)，fk(X*)為系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)，即系統(tǒng)的可靠性損失為0，在分析資產(chǎn)利用效率時(shí)，fk(X*)為最佳運(yùn)行策略下系統(tǒng)的運(yùn)行成本；fk,w(X)為不同分析指標(biāo)的最差狀態(tài)，其中，在分析運(yùn)行可靠性時(shí)，fk,w(X)為系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷全部斷供時(shí)系統(tǒng)的可靠性損失；在分析資產(chǎn)利用效率時(shí)，fk,w(X)為系統(tǒng)不同運(yùn)行策略下，所需承擔(dān)的最多的運(yùn)行成本。隸屬度函數(shù)的取值范圍在0～1之間，其中，取值越接近于1表征系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)越好。

基于不同指標(biāo)的隸屬度函數(shù)，利用線性加權(quán)求和法將隸屬度函數(shù)值進(jìn)行結(jié)合，即可得到綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)值。

(13)

式中：wk為調(diào)度部分針對(duì)系統(tǒng)故障運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行可靠性指標(biāo)以及系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下資產(chǎn)利用效率指標(biāo)設(shè)置的計(jì)算權(quán)重，且∑kwk=1， 本文將運(yùn)行可靠性指標(biāo)以及資產(chǎn)利用效率指標(biāo)的權(quán)重均設(shè)置為0.5。

4 算例分析與對(duì)比

4.1 算例概況

本文以中國(guó)南方某綜合能源系統(tǒng)為例，系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)與設(shè)備構(gòu)成如圖2所示，綜合考慮可用面積、環(huán)境氣候等因素，光伏的裝機(jī)容量為4.6 MW。系統(tǒng)內(nèi)其他機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)如表1所示，其中，儲(chǔ)電設(shè)備的初始容量為額定容量的30%，最大充放電功率為額定容量的7.5%[18]，資金年折現(xiàn)率δ為5%，參考文獻(xiàn)[19]中給出的設(shè)備一次性投資建設(shè)成本，綜合能源系統(tǒng)的一次性投資建設(shè)成本總計(jì)為1 852萬(wàn)元。系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組設(shè)備的可靠性參數(shù)如表2所示[20 - 21]。

圖2 綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 Architecture of the integrated energy system

表1 設(shè)備運(yùn)行參數(shù)Tab.1 Equipment operating parameters

表2 機(jī)組設(shè)備可靠性參數(shù)Tab.2 Reliability parameters

綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行策略參考文獻(xiàn)[11]所提出的策略，即燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)將為吸收式冷機(jī)、換熱器等自身設(shè)備以及系統(tǒng)內(nèi)的電/熱/冷負(fù)荷供能，運(yùn)行方式為以熱(冷)定電，當(dāng)冷熱電負(fù)荷差異較大時(shí)，為保證其運(yùn)行效率，燃?xì)鈾C(jī)三聯(lián)供系統(tǒng)的出力按照熱負(fù)荷和冷負(fù)荷中較小的值進(jìn)行設(shè)置，綜合能源系統(tǒng)內(nèi)的電制冷機(jī)、燃?xì)鉄岜谩㈦姛岜玫仍O(shè)備通過(guò)互補(bǔ)互濟(jì)實(shí)現(xiàn)調(diào)峰以及其他負(fù)荷供給的任務(wù)。設(shè)備的運(yùn)行成本參數(shù)參考文獻(xiàn)[21]。

綜合能源系統(tǒng)的典型年負(fù)荷曲線如圖3所示。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際的階梯電價(jià)政策，11:00—15:00、19:00—21:00時(shí)段為峰值電價(jià)，00:00—07:00時(shí)段為谷值電價(jià)，剩余時(shí)段為平值電價(jià)[22]，其他能源為固定能源價(jià)格形式，具體能源價(jià)格如表3所示。綜合能源系統(tǒng)內(nèi)終端電/熱/冷失負(fù)荷價(jià)值分別為200元/kWh，120元/kWh，120元/kWh[23]。

圖3 負(fù)荷需求曲線Fig.3 Load demand curve

4.2 典型場(chǎng)景運(yùn)行狀態(tài)分析

基于仿真算例場(chǎng)景，在不考慮負(fù)荷不確定性影響的情況下，系統(tǒng)的典型年運(yùn)行成本為873.79萬(wàn)元，而采用獨(dú)立供能模式的情況下，基于式(11)的測(cè)算方法，系統(tǒng)在典型年的購(gòu)能成本為1 246.76萬(wàn)元，故系統(tǒng)的典型年資產(chǎn)利用效率AIES= 0.21，轉(zhuǎn)換為隸屬度函數(shù)即為FA= 0.18；同理，在不考慮負(fù)荷不確定性影響的情況下，系統(tǒng)的典型年可靠性期望為IP(E)= 35.4 MWh，可靠性損失期望為IE(E)= 436.6萬(wàn)元，轉(zhuǎn)換為隸屬度函數(shù)即為FR= 0.22；則綜合能源系統(tǒng)綜合運(yùn)行狀態(tài)的隸屬度函數(shù)FOP= 0.2，采用綜合供能模式后的運(yùn)行狀態(tài)較好。

表3 不同類型能源價(jià)格Tab.3 Different energy prices

在對(duì)綜合能源系統(tǒng)典型年運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步選取典型日，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行分析。本文選取供冷季以及供熱季內(nèi)的典型日進(jìn)行分析，這樣所選取的典型日既具有季節(jié)特性又能夠體現(xiàn)用能差異特性。供冷季與供熱季典型日負(fù)荷曲線分別如圖4和圖5所示，供冷季與供熱季典型日的設(shè)備出力分布分別如圖6和圖7所示，其中，圖中燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)的出力為電力生產(chǎn)出力。

圖4 供熱季典型日負(fù)荷曲線Fig.4 Typical daily load curve in heating season

圖5 供冷季典型日負(fù)荷曲線Fig.5 Typical daily load curve during cooling season

圖6 供熱季設(shè)備出力分析Fig.6 Analysis of equipment output during heating season

圖7 供冷季設(shè)備出力分析Fig.7 Analysis of equipment output during cooling season

通過(guò)對(duì)正常運(yùn)行狀態(tài)下設(shè)備出力分布的分析可知，由于分布式光伏的清潔性以及較低的運(yùn)行成本，因此，綜合能源系統(tǒng)會(huì)最大程度地利用系統(tǒng)內(nèi)的光伏資源以滿足電力負(fù)荷需求；相比較于電力價(jià)格，系統(tǒng)所在地區(qū)的燃?xì)鈨r(jià)格較高，因此，燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)主要運(yùn)行在基荷狀態(tài)，并通過(guò)電制冷機(jī)、電熱泵、燃?xì)鉄岜玫仍O(shè)備進(jìn)行負(fù)荷的調(diào)峰；儲(chǔ)能設(shè)備會(huì)參考電力價(jià)格信號(hào)以及分布式電源出力的大小來(lái)進(jìn)行充放電調(diào)整。綜上所述，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)會(huì)盡量投入運(yùn)行成本低、能效較高的設(shè)備，在保證系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也提高了系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率。

4.3 負(fù)荷不確定性影響分析

本節(jié)進(jìn)一步分析負(fù)荷不確定性對(duì)綜合能源系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率以及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的影響。假定綜合能源系統(tǒng)主要包括如圖4—5所示的供熱季以及供冷季負(fù)荷，兩種負(fù)荷場(chǎng)景分別占總天數(shù)的50%，負(fù)荷不確定性的上下限設(shè)置為10%。在設(shè)定不同的不確定性波動(dòng)總閾值情況下，以供熱季為例，綜合能源系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備出力的變化情況如圖8所示，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)不同不確定性波動(dòng)總閾值情況下設(shè)備的平均出力進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9所示。在不同不確定性波動(dòng)總閾值情況下綜合能源系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率、供能可靠性以及綜合運(yùn)行狀態(tài)分析結(jié)果如表4所示。

圖8 綜合能源系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備出力對(duì)比Fig.8 Comparison of equipment output in integrated energy system

圖9 不同不確定性閾值下典型設(shè)備的平均出力Fig.9 Average output of typical equipment under different uncertainty thresholds

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的分析可知，當(dāng)不確定性閾值Γ從0增加到1時(shí)，電制冷機(jī)、燃?xì)鉄岜玫仍O(shè)備的功率會(huì)不斷提升；當(dāng)不確定性閾值Γ從1增加到2時(shí)，外購(gòu)電的功率有顯著的增加，說(shuō)明負(fù)荷的不確定性對(duì)系統(tǒng)的備用容量配置提出了更大的需求。通過(guò)對(duì)設(shè)備的平均出力的進(jìn)一步分析可知，隨著不確定性閾值的增加，設(shè)備的平均出力也會(huì)提升。然而，通過(guò)對(duì)不同不確定性閾值下系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析，雖然負(fù)荷的不確定性會(huì)對(duì)綜合能源系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率以及可靠性產(chǎn)生一定的影響，但相比較于傳統(tǒng)的獨(dú)立供能模式，系統(tǒng)依然能夠保持較為良好的運(yùn)行狀態(tài)。

表4 不同不確定性閾值下系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析Tab.4 Analysis of system operation status under different uncertainty thresholds

5 結(jié)論

在當(dāng)前大力倡導(dǎo)提高能源利用效率，構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)的背景下，本文提出了考慮負(fù)荷不確定性與運(yùn)行可靠性的綜合能源系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率分析方法，從系統(tǒng)正常運(yùn)行與故障運(yùn)行兩個(gè)維度對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了分析，通過(guò)理論及實(shí)際仿真驗(yàn)證，得到的主要結(jié)論如下。

1)相比較于傳統(tǒng)的多能源負(fù)荷獨(dú)立供能模式，采用多能互補(bǔ)的綜合供能模式能夠減少系統(tǒng)的購(gòu)能成本，進(jìn)而提高系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率；

2)終端負(fù)荷的不確定性會(huì)對(duì)系統(tǒng)的資產(chǎn)利用效率以及運(yùn)行可靠性產(chǎn)生影響，因此，綜合能源系統(tǒng)在進(jìn)行規(guī)劃與運(yùn)行策略制定的過(guò)程中應(yīng)充分考慮負(fù)荷不確定性產(chǎn)生的影響；

3)采用隸屬度函數(shù)方法能夠有效將系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率以及運(yùn)行可靠性兩項(xiàng)量綱不同的指標(biāo)進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而有效評(píng)估系統(tǒng)的綜合運(yùn)行狀態(tài)。

在未來(lái)的研究中，會(huì)在已有模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究系統(tǒng)不同調(diào)度運(yùn)行策略以及故障后不同負(fù)荷削減策略以及終端負(fù)荷的需求響應(yīng)策略對(duì)資產(chǎn)利用效率以及運(yùn)行可靠性的影響。