孫維佳，王 琦，湯 奕，丁茂生

（1.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇省南京市 210000；2.國網(wǎng)寧夏電力有限公司，寧夏回族自治區(qū)銀川市 750001）

0 引言

綜合能源系統(tǒng)（integrated energy system，IES）具有電氣熱多能互補特性，能夠促進能源高效利用、提高可再生能源消納能力［1-2］。但同時，IES中多能耦合增加了運行復(fù)雜性與不確定性，給系統(tǒng)安全可靠運行帶來挑戰(zhàn)［3-4］，因此，有必要充分挖掘IES靈活性，通過協(xié)調(diào)優(yōu)化［5］保障運行可靠性與安全性。

一方面，相比傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，多能耦合的IES中氣熱系統(tǒng)的慢動態(tài)特性給系統(tǒng)多時間尺度協(xié)調(diào)優(yōu)化提出難題［6-9］；另一方面，充分利用多時間尺度動態(tài)特性所蘊含的靈活性，將有助于提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性［10］。

目前，針對熱力系統(tǒng)慢動態(tài)特性，已有研究提出熱慣性概念，并利用其挖掘IES靈活性。文獻［11-13］考慮熱負荷舒適度、熱管道熱時滯構(gòu)建熱力系統(tǒng)熱慣性模型，將其轉(zhuǎn)化為約束條件參與IES優(yōu)化調(diào)度。文獻［14-15］計及熱網(wǎng)復(fù)雜拓撲和動態(tài)過程，提出更具精確性、通用性的熱慣性模型。文獻［16-17］將熱慣性視為具有調(diào)度價值的熱需求響應(yīng)資源，與電需求響應(yīng)資源共同參與源荷協(xié)調(diào)。此外，還有部分文獻在系統(tǒng)靈活性評估［18］、可靠性評估［19］、負荷恢復(fù)策略［20］、調(diào)頻策略［21］等研究中考慮熱慣性，驗證其對IES協(xié)調(diào)優(yōu)化的積極作用。

針對天然氣系統(tǒng)慢動態(tài)特性，目前研究主要關(guān)注如何利用氣管存特性為IES優(yōu)化運行提供靈活性。文獻［22］證明氣管存特性能夠提高IES調(diào)度經(jīng)濟性。文獻［23-25］考慮到氣管存在應(yīng)對源荷能量波動時呈現(xiàn)緩沖特性，可充分調(diào)動天然氣系統(tǒng)潛力以提高系統(tǒng)靈活性。文獻［26-27］采用電穩(wěn)態(tài)、氣暫態(tài)模型，將構(gòu)建的天然氣系統(tǒng)管存模型轉(zhuǎn)化為約束條件參與IES優(yōu)化調(diào)度。此外，還有部分文獻在系統(tǒng) 電 氣 相 互 作 用 機 理［28］、靈 活 性 評 估［29］、備 用 配置［30］、最優(yōu)潮流計算［31］等研究中證明氣管存對提高IES靈活性起到積極作用。

目前研究主要單獨從天然氣系統(tǒng)氣管存特性或熱力系統(tǒng)熱慣性特性角度挖掘IES靈活性，鮮有研究綜合考慮兩者；在利用氣熱系統(tǒng)靈活性方面，現(xiàn)有研究主要關(guān)注如何進行系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化，而缺少針對氣熱系統(tǒng)動態(tài)特性增加系統(tǒng)靈活性的基本機理分析?？紤]到氣管存、熱慣性為系統(tǒng)提供靈活性時，均是利用緩沖空間為系統(tǒng)提供功率支撐，二者行為具有本質(zhì)相似性。

針對上述問題，為充分挖掘氣熱系統(tǒng)蘊含的靈活性，通過IES協(xié)同優(yōu)化保障系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行，本文利用氣熱慣性，從備用配置角度開展IES電氣熱協(xié)調(diào)優(yōu)化。現(xiàn)有研究中，IES配置備用時一般考慮發(fā)電側(cè)［32］、儲能側(cè)［33］、需求側(cè)［34］備用，以傳統(tǒng)機組作為主要備用形式，儲能及需求響應(yīng)作為輔助備用形式，通過IES彈性調(diào)度應(yīng)對源荷出力不確定性?？紤]到IES中氣熱系統(tǒng)具備的慣性特征，本文在原有備用形式基礎(chǔ)上加入氣熱慣性備用。

因此，本文首先類比IES氣管存與熱慣性特征，定義IES氣熱慣性，并基于氣熱慣性基本原理，建立IES氣熱慣性功率支撐模型。進而，提出以氣熱慣性為柔性備用形式的IES備用配置方案。最后，利用實際算例驗證所提方案的合理性。通過對比各類備用特征，分析氣熱慣性備用的適用性。

1 IES氣熱慣性定義

熱力學(xué)中，物體熱慣性的物理意義為:當(dāng)物體所處的環(huán)境溫度瞬間變化時，由于比熱容的存在，物體本身溫度變化具有滯后性。

IES中熱能具有慣性特征，如圖1（a）所示。一方面，由于傳輸管道較長，熱源與熱負荷間存在幾分鐘到幾小時的熱時滯［35］；另一方面，熱負荷可在舒適度區(qū)間內(nèi)運行，即使熱源處停止供熱，由于熱慣性，熱負荷也能在長時間內(nèi)維持舒適溫度。

圖1 IES氣熱慣性示意圖Fig.1 Schematic diagram of gas and thermal inertia in IES

由此，定義IES熱慣性為:熱源供熱瞬間變化時，由于熱管道時滯、熱負荷慣性存在，熱負荷溫度變化相對滯后，可在一定時間內(nèi)維持舒適溫度。

IES中天然氣同樣具有慣性特征，如圖1（b）所示，天然氣管存具有負反饋調(diào)節(jié)特性［36］:氣負荷增加時，傳輸管道釋放部分管存給負荷，管道壓強下降，管存減少，輸入流量增加；氣負荷減少時，傳輸管道存儲部分氣源供給的天然氣，管道壓強上升，管存增加，輸入流量減少。

考慮到原理的相似性，此處將氣管道末端壓強類比為熱負荷溫度，氣管存類比為熱管道時滯、熱負荷慣性，定義IES氣慣性為:負荷需求瞬間變化時，由于氣管存存在，管道末端壓強變化相對滯后，可在一定時間內(nèi)維持適宜壓強。

綜上，可定義IES氣熱慣性為:外部供需瞬間變化時，由于緩沖空間存在，系統(tǒng)狀態(tài)變化相對滯后，可在一定時間內(nèi)維持可接受狀態(tài)，因此能夠為外部提供一定時間尺度的功率支撐。相應(yīng)的，外部供需恢復(fù)時，系統(tǒng)狀態(tài)不能立即恢復(fù)正常值，可能對系統(tǒng)正常運行產(chǎn)生一定影響。

2 IES氣熱慣性功率支撐模型

基于IES氣熱慣性的基本原理，分別建立IES氣熱慣性功率支撐模型。

2.1 氣慣性功率支撐模型

基于天然氣管道動態(tài)特性，建立氣慣性應(yīng)對系統(tǒng)功率缺額的出力模型。

2.1.1 天然氣管道動態(tài)模型

基于天然氣流的連續(xù)性方程和動量方程，建立天然氣管道動態(tài)模型。

已知天然氣管道動態(tài)傳輸過程可表征為［37］:

式中:ρ、v、P分別為天然氣的密度、流速、壓強；λ、D、θ分別為管道的摩擦系數(shù)、內(nèi)徑、管道與水平面的傾角；g為重力加速度；x和t分別為空間變量和時間變量。

定義f為管道流量，則滿足如下關(guān)系:

式中:RM為氣體常數(shù)與摩爾質(zhì)量的商；T為天然氣溫度；A為管道橫截面積。

考慮到v2微分項對管道壓降影響很小，該項可忽略不計，同時認為管道與水平面傾角θ為零，并假設(shè)管道橫截面積A恒定，天然氣溫度T保持不變。結(jié)合式（1）和式（2）簡化得到天然氣管道動態(tài)模型:

2.1.2 天然氣管道末端壓強響應(yīng)模型

基于有限元近似的思想，利用式（4）簡化上文建立的天然氣動態(tài)模型。

式中:fout(t)和fin(t)分別為t時刻的管道出口流量和進口流量；Pout(t)和Pin(t)分別為t時刻的管道出口壓強和進口壓強；L為管道長度。

假設(shè)氣源采用恒壓力控制模式，將式（4）代入天然氣動態(tài)模型式（3）得到:

將式（5）對時間t求導(dǎo)后代入式（6），整理可得表征天然氣末端壓強響應(yīng)過程的二階方程:

假設(shè)t1時刻負荷需求瞬時增加，fout瞬時從正常值f1上升到較高值f2，其過程由式（8）表示。

式中:ξ(t)為階躍函數(shù)；δ(t)為沖激函數(shù)。

由上式可知，天然氣管道末端壓強響應(yīng)為階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)的線性疊加結(jié)果，利用拉普拉斯變換求解得知，末端壓強將按負指數(shù)曲線下降。

2.1.3 氣慣性應(yīng)對系統(tǒng)功率缺額出力模型

考慮天然氣系統(tǒng)運行約束，構(gòu)建氣慣性備用應(yīng)對系統(tǒng)功率缺額出力模型。

而實際運行中，天然氣管道末端壓強不得超過其運行上、下限。

式中:Pout，max和Pout，min分別為天然氣管道末端壓強運行上、下限。

一方面，為避免系統(tǒng)功率缺額情況下，天然氣管道末端壓強不斷降低至運行下限，有必要設(shè)置最長連續(xù)運行時間的約束。假設(shè)t2，max時刻Pout(t)降低至運行下限Pout，min，則有:

氣慣性功率支撐最長連續(xù)運行時間OGmax為:

假設(shè)t2時刻氣管存停止為系統(tǒng)填補功率缺額，末端壓強逐漸恢復(fù)至正常值，則t2需滿足:

另一方面，考慮到天然氣管道末端壓強恢復(fù)到正常狀態(tài)需要一定時間，有必要設(shè)置最短恢復(fù)間隔時間的約束。假設(shè)t3，min時刻Pout(t)恢復(fù)至運行正常值Pout，0，則有:

氣慣性功率支撐最短恢復(fù)間隔時間IGmin可表示為:

若t3時刻天然氣系統(tǒng)需要繼續(xù)為系統(tǒng)提供功率支撐，fout瞬時從正常值f1上升到較高值f3，則t3需滿足:

則氣慣性功率支撐模型RG(t)如式（16）所示，氣慣性功率支撐模型示意圖如圖2（a）所示。

式中:GM為天然氣熱力值。

圖2 氣熱慣性功率支撐模型Fig.2 Power supply model of gas and thermal inertia

2.2 熱慣性功率支撐模型

基于熱力系統(tǒng)動態(tài)特性，建立熱慣性應(yīng)對系統(tǒng)功率缺額出力模型。

2.2.1 熱力系統(tǒng)動態(tài)模型

綜合考慮熱力系統(tǒng)熱時滯、熱損耗、熱慣性特性，建立熱力系統(tǒng)動態(tài)模型。

假設(shè)熱力系統(tǒng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)模式［38］，t時刻熱源處供應(yīng)熱功率為Hin，t，由于供熱管網(wǎng)傳輸距離較長，水作為熱媒比熱容很大，因此熱源與用戶間存在熱時滯［39］。熱負荷建筑物m對應(yīng)傳輸管道為n管道，其熱時滯τn如式（17）所示，t時刻從熱源流入熱網(wǎng)的熱水熱能將在t+τn時刻流出熱網(wǎng)供給負荷。

式中:ln為管道n總長度；vn為管道n中熱水流速。

此外，熱傳輸過程中存在熱損耗功率Hloss，n:

綜合考慮供熱管道熱時滯、熱損耗特性可得到t+τn時刻流出熱網(wǎng)的熱功率為:

考慮建筑物本身熱損耗及熱慣性，熱負荷建筑m的溫度動態(tài)變化可表示為:

式中:Δt為間隔時間；Tm，t和Tm，t+Δt分別為熱負荷建筑m在t時刻和t+Δt時刻的室內(nèi)溫度；Tout，t為t時刻室外溫度；Hm，t為t時刻熱網(wǎng)絡(luò)給負荷m的供熱功率；Lm，t為熱損耗功率；CA為室內(nèi)空氣比熱容；MA為室內(nèi)空氣質(zhì)量；εloss為建筑散熱系數(shù)。

綜上，式（17）至式（20）共同構(gòu)成簡化后的熱力系統(tǒng)動態(tài)模型。

2.2.2 熱負荷建筑室內(nèi)溫度響應(yīng)模型

基于時頻域變換，求解熱負荷建筑室內(nèi)溫度響應(yīng)模型。

假設(shè)一定時間內(nèi)室外溫度Tout不變，式（20）可簡化得到表征熱負荷建筑室內(nèi)溫度響應(yīng)過程的一階方程:

式中:Tm(t)為熱負荷建筑m在t時刻的室內(nèi)溫度；Hm(t)為t時刻熱網(wǎng)絡(luò)給負荷m的供熱功率。

假設(shè)t8時刻熱網(wǎng)絡(luò)給熱負荷建筑m供熱功率瞬時減少，從正常值Hm，1下降到較低值Hm，2，其過程可由式（22）表示。

由上式可知，熱負荷建筑室內(nèi)溫度響應(yīng)為一階階躍響應(yīng)結(jié)果，利用拉普拉斯變換求解得知，室內(nèi)溫度將按負指數(shù)曲線下降。

2.2.3 熱慣性應(yīng)對系統(tǒng)功率缺額出力模型

考慮熱力系統(tǒng)運行約束，構(gòu)建熱慣性應(yīng)對系統(tǒng)功率缺額出力模型。

實際情況下，熱負荷建筑室內(nèi)溫度需要維持在舒適度區(qū)間內(nèi)，如式（23）所示。

一方面，為避免系統(tǒng)功率缺額情況下，熱負荷建筑室內(nèi)溫度不斷降低至舒適度區(qū)間下限，有必要設(shè)置最長連續(xù)運行時間的約束。假設(shè)t9，max時刻Tm(t)降低至舒適度區(qū)間下限Tm，min，則有:

假設(shè)t9時刻熱負荷停止為系統(tǒng)填補功率缺額，室內(nèi)溫度逐漸恢復(fù)至正常值，則t9需滿足:

另一方面，考慮到熱負荷建筑室內(nèi)溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)需要一定時間，有必要設(shè)置最短恢復(fù)間隔時間的約束。假設(shè)t10，min時刻Tm(t)恢復(fù)至運行正常值Tm，0，則有:

若t10時刻熱負荷建筑需要繼續(xù)為系統(tǒng)提供功率支撐，熱網(wǎng)絡(luò)給熱負荷建筑m供熱功率從正常值Hm，1下降到較低值Hm，3，則t10需滿足:

考慮到傳輸管道熱時滯特性，存在以下約束:

繼而得到熱慣性功率支撐模型RH(t)如下:

式中:z為園區(qū)IES熱負荷建筑總數(shù)目。

熱慣性功率支撐模型示意圖如圖2（b）所示。綜上所述，IES氣熱慣性具備功率支撐能力，可為系統(tǒng)提供一定時間尺度、一定大小范圍、一定恢復(fù)時間的功率支撐。

3 考慮氣熱慣性的IES備用配置模型

考慮到IES氣熱慣性功率支撐能力，氣熱慣性備用可作為柔性備用形式參與系統(tǒng)備用配置。因此，本章將搭建綜合考慮氣熱慣性備用、傳統(tǒng)發(fā)電側(cè)及需求側(cè)備用的多備用形式配置方案。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文研究的某園區(qū)級IES結(jié)構(gòu)見附錄A圖A 1。系統(tǒng)具有電力和天然氣2種能源輸入，電負荷由外部電網(wǎng)、光伏、熱電聯(lián)產(chǎn)（combined heat and power，CHP）機組共同供應(yīng)，熱負荷由電鍋爐、CHP機組共同供應(yīng)。

該園區(qū)級IES能源集線器輸入輸出模型如下:

3.2 目標函數(shù)

綜合考慮氣熱慣性備用、發(fā)電側(cè)備用、需求側(cè)備用，構(gòu)建園區(qū)IES備用模型，在保證可靠性的前提下，以日前調(diào)度周期內(nèi)（本文以1日為一個完整調(diào)度周期，等分為24個時段）系統(tǒng)運行總成本C(k)最低為目標函數(shù)，其中k表示時段數(shù)。

3.3 約束條件

根據(jù)IES中各備用參與者的實際運行情況，各約束條件分別描述如下。

1）功率平衡約束

2）備用配置可靠性約束

3）外部電網(wǎng)輸入及爬坡約束

4）外部氣網(wǎng)輸入及爬坡約束

考慮到IES氣熱慣性功率支撐具有一定時間尺度、一定大小范圍、一定恢復(fù)時間的特點，對氣熱慣性備用約束進行合理簡化。第一，以最大備用支撐功率對應(yīng)的最長連續(xù)運行時間，作為所有情況下的最長連續(xù)運行時間，以保證任何情況下系統(tǒng)參數(shù)不越限；第二，考慮到最短恢復(fù)間隔時間一般不得小于最長連續(xù)運行時間，將慣性備用最長連續(xù)運行時間、最短恢復(fù)間隔時間的雙約束轉(zhuǎn)為更為靈活的一段時間內(nèi)最長備用投入時間約束。

7）氣可投備用、爬坡及時間約束

4 算例分析

本文在MATLAB/Simulink中搭建IES模型進行仿真分析，驗證氣熱慣性功率支撐模型的合理性。接著，以某園區(qū)級IES為研究對象，驗證考慮氣熱慣性備用配置方案的合理性。通過對比不同備用配置方案結(jié)果，分析各備用形式特點，得出氣熱慣性備用的優(yōu)勢與不足。

4.1 氣熱慣性功率支撐模型驗證

為驗證系統(tǒng)發(fā)生功率缺額時氣熱慣性能夠為系統(tǒng)提供功率支撐，本節(jié)搭建包含電氣熱多能源形式的IES仿真模型，相應(yīng)拓撲圖見附錄A圖A 2，得到相關(guān)仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 氣熱慣性功率支撐算例結(jié)果Fig.3 Case results of power support of gas and thermal inertia

由圖3（a）可知，天然氣管道末端流量、末端壓強仿真結(jié)果與圖2（a）一致:負荷增加需求功率時，氣管末端流量瞬時增加，氣傳輸管道釋放管存，末端壓強呈負指數(shù)下降；負荷減少需求功率時，氣管末端流量瞬時減少，氣傳輸管道存儲管存，末端壓強呈負指數(shù)上升。

由圖3（b）可知，熱網(wǎng)輸出功率、熱負荷室內(nèi)溫度仿真結(jié)果與圖2（b）一致:熱源減少供給功率時，熱負荷犧牲運行舒適度，室內(nèi)溫度呈負指數(shù)下降；熱源增加供給功率時，熱負荷恢復(fù)運行舒適度，室內(nèi)溫度呈負指數(shù)上升。

仿真結(jié)果驗證了本節(jié)所提氣熱慣性功率支撐模型的合理性，外部供需瞬間變化時，可利用氣熱慣性為系統(tǒng)提供一定時間尺度、一定大小范圍、一定恢復(fù)時間的功率支撐。在此基礎(chǔ)上，可將氣熱慣性作為新備用形式參與下節(jié)的IES備用配置，但有必要充分考慮氣熱慣性備用相關(guān)約束以保證研究結(jié)果的準確性和合理性。

4.2 考慮氣熱慣性備用的配置結(jié)果分析

本文在MATLAB 2020a環(huán)境下運行YALMIP工具箱，利用Intlinprog函數(shù)求解上述混合整數(shù)線性規(guī)劃問題。為了驗證本文所提考慮氣熱慣性的IES備用配置方案的合理性，將其應(yīng)用于某園區(qū)級IES，光伏及電熱負荷的日前預(yù)測數(shù)據(jù)見附錄A圖A 3［5］，各備用類型出力及爬坡率參數(shù)見附錄A表A 1［40-41］，購電及購買發(fā)電側(cè)備用采取分時價格見附錄A表A 2［40，42］，購氣及購買氣慣性備用采取固定價格見附錄A表A 3［41］，購買熱慣性備用及需求側(cè)備用采取階梯價格見附錄A表A 4［41］。此外，該IES中不確定性因素包括光伏出力預(yù)測不確定性和電熱負荷預(yù)測不確定性，兩者預(yù)測誤差均近似服從正態(tài)分布［40］，產(chǎn)生一組光伏出力預(yù)測和電熱負荷預(yù)測誤差數(shù)據(jù)見附錄A圖A 4。

基于本文所提備用配置方案，結(jié)合算例數(shù)據(jù)和實際場景，得到考慮氣熱慣性的園區(qū)IES備用配置結(jié)果。其中，外部電氣網(wǎng)輸入、各備用出力情況如圖4所示。

圖4 考慮氣熱慣性的IES備用配置結(jié)果Fig.4 Results of r eserve allocation in IES considering gas and thermal inertia

如圖4（a）所示，為保障IES運行經(jīng)濟性與可靠性，外部電氣網(wǎng)協(xié)調(diào)出力供應(yīng)熱電負荷，通過電能分配系數(shù)的合理選擇實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運行。如圖4（b）所示，以16:00為例，氣慣性備用出力為300 kW，熱慣性備用出力為200 kW，發(fā)電側(cè)備用出力為100 k W，需求側(cè)備用出力為77.25 k W，系統(tǒng)運行不確定性功率缺額為677.25 k W，可見本文提出的備用配置方案集合了多種備用形式，能夠靈活應(yīng)對系統(tǒng)運行不確定性造成的功率缺額。一方面，系統(tǒng)備用配置手段更加多樣，突破傳統(tǒng)備用形式桎梏，提高了IES備用配置及系統(tǒng)運行的靈活性；另一方面，氣熱系統(tǒng)慣性特征得到充分利用，體現(xiàn)出IES本身的運行優(yōu)勢。

同時，配置結(jié)果體現(xiàn)了氣熱慣性的本質(zhì)局限性:氣熱慣性備用不能過長時間連續(xù)投入，并且需要一定的恢復(fù)間隔時間。

以氣慣性備用為例，如圖4（b）中07:00—12:00所示，氣慣性分別在07:00—08:00、10:00投入備用，其余時間無法投入備用，原因是為保障天然氣管存及壓強不超過上下限要求，配置備用時約束每6 h中氣慣性備用最多出力3 h。

以熱慣性備用為例，如圖4（b）中06:00—15:00所示，熱慣性分別在06:00—07:00、09:00、13:00—14:00投入備用，其余時間無法投入備用，原因是為保障熱負荷側(cè)始終運行在舒適度區(qū)間，配置備用時約束每10 h中熱慣性備用最多出力5 h。

兩者時間差異是由于氣慣性備用時間尺度較?。?3］，恢復(fù)時間短，而熱慣性備用時間尺度較大，恢復(fù)時間長。

4.3 不同配置方案及不同備用形式對比

對比同時考慮氣熱慣性備用和需求響應(yīng)備用、僅考慮需求響應(yīng)備用、不考慮氣熱慣性備用和需求響應(yīng)備用3種備用配置方案，各方案下IES備用配置結(jié)果見附錄A圖A 5，系統(tǒng)備用總成本如圖5所示。以20:00為例，同時考慮氣熱慣性備用和需求響應(yīng)備用時，系統(tǒng)備用成本僅為33.26元/h；僅考慮需求響應(yīng)備用時，系統(tǒng)備用成本為67.48元/h；而不考慮氣熱慣性備用和需求響應(yīng)備用時，系統(tǒng)備用成本達到83.48元/h。對比可知，在考慮需求響應(yīng)備用能夠提高系統(tǒng)備用配置經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上，考慮氣熱慣性可以進一步提高系統(tǒng)經(jīng)濟性。

針對以上備用配置結(jié)果，對比氣慣性備用、熱慣性備用、發(fā)電側(cè)備用、需求側(cè)備用的備用機理及備用類型如表1所示。其中，利用緩沖空間、需要恢復(fù)時間的備用形式可視為柔性備用，不存在緩沖空間、即用即停的備用形式可視為直接備用。

圖5 各備用配置方案成本Fig.5 Costs of different reserve allocation schemes

表1 各備用形式特征對比Table 1 Compar ison of char acteristics among differ ent reser ve for ms

對比氣熱慣性備用與發(fā)電側(cè)備用，氣熱慣性備用具有快速響應(yīng)能力，能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)功率支撐；同時，氣熱慣性備用不需要單獨配置，不造成資源閑置浪費。對比氣熱慣性備用與需求側(cè)備用可知，由于存在緩沖空間，氣熱慣性備用不需要直接中斷負荷，只需犧牲負荷舒適度，對用戶側(cè)影響更小。但氣熱慣性備用局限之處為恢復(fù)間隔時間的存在，可能對系統(tǒng)運行產(chǎn)生一定影響。

5 結(jié)語

本文計及IES氣熱慢動態(tài)特征蘊含的豐富靈活性，進行IES氣熱慣性定義與建模，提出考慮氣熱慣性的備用配置方案，并分析氣熱慣性備用作為柔性備用形式的優(yōu)勢與不足。算例結(jié)果驗證了所提模型與方案的合理性，得出以下結(jié)論:①IES氣熱慣性具備功率支撐能力，可提供一定時間尺度、一定大小范圍、一定恢復(fù)時間的功率支撐；②考慮氣熱慣性備用突破了傳統(tǒng)備用形式桎梏，使得IES備用配置手段更加多樣化，提高了IES協(xié)調(diào)運行的靈活性；③在充分利用氣熱慣性的基礎(chǔ)上，綜合多種備用形式能夠有效提高系統(tǒng)備用配置的經(jīng)濟性，體現(xiàn)出IES自身運行優(yōu)勢；④作為柔性備用，氣熱慣性備用響應(yīng)快速、無須閑置、用戶影響小，但需要一定恢復(fù)間隔時間。

本文所提備用配置方案為目前IES協(xié)調(diào)優(yōu)化提供了新思路。下一階段將考慮系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)約束，針對氣熱慣性備用特征進一步精細化建模，采用經(jīng)濟性更優(yōu)的隨機優(yōu)化方法，從而完善當(dāng)前相對保守的IES備用配置方案，以進一步應(yīng)用于實際復(fù)雜系統(tǒng)。

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