吉興全，劉 健，張玉敏，于一瀟，韓學(xué)山，張 旋

（1. 山東科技大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,山東省青島市 266590；2. 電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（山東大學(xué)）,山東省濟(jì)南市 250061）

0 引言

逐步提高新能源發(fā)電的占比是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰·碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵措施之一,但大規(guī)模的新能源并網(wǎng)在帶來(lái)環(huán)境效益的同時(shí),也給系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn),因此,需要挖掘更多的靈活性資源來(lái)提高調(diào)度的空間［1-3］。電-氣-熱互聯(lián)的綜合能源系統(tǒng)（integrated energy system,IES）中多能耦合雖然增加了系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性［4］,但其中蘊(yùn)含著巨大的靈活性資源［5］,充分挖掘并量化IES 的靈活性對(duì)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度有著重要的意義。

近年來(lái),已有學(xué)者對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性問(wèn)題進(jìn)行了初步的研究。文獻(xiàn)［6］通過(guò)分析各類(lèi)靈活性資源對(duì)系統(tǒng)靈活性概率分布曲線的作用效果,揭示出系統(tǒng)靈活性的平衡機(jī)理。文獻(xiàn)［7-8］表明源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度供給的靈活性可有效平抑風(fēng)電的隨機(jī)波動(dòng)性。文獻(xiàn)［9］提出的考慮多能靈活性的IES 多時(shí)間尺度優(yōu)化模型,可有效提升系統(tǒng)的靈活性和平抑功率波動(dòng)的能力,但未考慮網(wǎng)絡(luò)約束對(duì)系統(tǒng)靈活性的影響。

目前,針對(duì)IES 優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行靈活性的研究主要以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、提升系統(tǒng)對(duì)凈負(fù)荷波動(dòng)的應(yīng)對(duì)能力和利用可調(diào)控設(shè)備提升系統(tǒng)的調(diào)度靈活性為主。其中,在電-氣互聯(lián)系統(tǒng)提供運(yùn)行靈活性方面,文獻(xiàn)［10］通過(guò)對(duì)比穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)氣體流動(dòng)模型,量化了燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)為電力系統(tǒng)提供的靈活性,并引入層間管存的概念評(píng)估電-氣系統(tǒng)的靈活性。文獻(xiàn)［11-12］表明,天然氣網(wǎng)絡(luò)可利用壓縮機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的管道壓力水平,以此來(lái)提高電力系統(tǒng)的靈活性。在電-熱互聯(lián)系統(tǒng)提供運(yùn)行靈活性方面,文獻(xiàn)［13-14］建立了熱網(wǎng)傳輸動(dòng)態(tài)特性以及建筑物的蓄熱特性模型,證明了管道和建筑物的蓄熱特性能夠有效降低棄風(fēng)率并提高靈活性。文獻(xiàn)［15］驗(yàn)證了熱網(wǎng)傳輸延時(shí)特性能夠有效提升IES 的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)［16-17］表明,電鍋爐和蓄熱罐均可提高電熱系統(tǒng)的靈活性。然而,上述研究?jī)H考慮2 種能流時(shí)間尺度的耦合提供的運(yùn)行靈活性,未同時(shí)計(jì)及電-氣-熱3 種能流時(shí)間尺度的耦合對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行靈活性提升的影響。在電-氣-熱互聯(lián)系統(tǒng)提供運(yùn)行靈活性方面,文獻(xiàn)［18-19］提出了一種同時(shí)計(jì)及氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性的IES 調(diào)度模型,通過(guò)分析電網(wǎng)特性和氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性之間的關(guān)系得出IES 調(diào)度模型能夠有效提高系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力。文獻(xiàn)［20］建立的考慮網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)化調(diào)度模型表明,網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性能夠提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)［21］搭建的IES 氣熱慣性提供功率支撐的模型表明,IES 的氣熱慣性可作為柔性備用為電力系統(tǒng)提供功率支撐。上述研究證明了氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性能夠提高系統(tǒng)的靈活性,但未能對(duì)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性提供靈活性進(jìn)行精細(xì)化數(shù)學(xué)建模。

目前,對(duì)電-氣-熱互聯(lián)系統(tǒng)提供靈活性資源的研究大多利用配置更多靈活性設(shè)備的方法,沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性對(duì)系統(tǒng)供給靈活性的影響,并缺乏對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)有靈活性資源的挖掘和IES 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性供給靈活性的考慮,也未計(jì)及小時(shí)尺度內(nèi)更小的調(diào)度時(shí)間間隔（如10 min,本文定義為次小時(shí)尺度）下的靈活性需求約束。

為此,本文基于氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性,提出了一種計(jì)及次小時(shí)運(yùn)行靈活性的IES 日前優(yōu)化調(diào)度方法。首先,分析考慮凈負(fù)荷波動(dòng)特性的靈活性需求；其次,根據(jù)氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性,分別構(gòu)建電-氣-熱網(wǎng)絡(luò)供給靈活性模型,并建立系統(tǒng)運(yùn)行靈活性資源供給與需求的平衡約束；再次,以運(yùn)行成本和失負(fù)荷成本最小為目標(biāo)函數(shù),構(gòu)建計(jì)及網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性和運(yùn)行靈活性約束的IES 優(yōu)化調(diào)度模型,采用增量線性化的手段將模型轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃（MILP）模型以降低求解難度；最后,通過(guò)算例驗(yàn)證了本文優(yōu)化調(diào)度模型的有效性。

1 電力系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性分析

電力系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性是指在一定的時(shí)間尺度下,在保證有功平衡的前提下,電力系統(tǒng)對(duì)凈負(fù)荷不確定波動(dòng)的應(yīng)對(duì)能力。即在一定時(shí)間尺度下,系統(tǒng)的靈活性供給要大于靈活性需求。電力系統(tǒng)靈活性具有如下5 個(gè)特征［6］:1）方向性,具有上調(diào)和下調(diào)的靈活性需求；2）多時(shí)間關(guān)聯(lián)性,在不同時(shí)間尺度下系統(tǒng)的靈活性供給能力與需求不相同；3）狀態(tài)關(guān)聯(lián)性,系統(tǒng)靈活性的供給能力與機(jī)組以及系統(tǒng)的歷史狀態(tài)有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián),靈活性需求水平與凈負(fù)荷的變化密切相關(guān)；4）雙向轉(zhuǎn)化性,如在下行靈活性需求較高時(shí)所儲(chǔ)存的能量,可以在其他上行靈活性需求較高時(shí)進(jìn)行釋放；5）不確定性,由于電力系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性以及系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的變化,相應(yīng)的靈活性評(píng)估往往選用概率方法或者明確關(guān)鍵調(diào)度場(chǎng)景設(shè)置運(yùn)行靈活性約束。

1.1 運(yùn)行靈活性需求分析

運(yùn)行靈活性約束需要在小時(shí)階段的調(diào)度結(jié)果中滿足實(shí)時(shí)調(diào)度的靈活性需求,故需要在小時(shí)尺度的優(yōu)化調(diào)度中,考慮凈負(fù)荷次小時(shí)尺度的變化［22］。因此,在確定靈活性需求的限值時(shí),需要同時(shí)考慮凈負(fù)荷的次小時(shí)尺度變化和該時(shí)刻凈負(fù)荷值變化的兩方面影響,故系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性需求可表示為:

1.2 IES 供給運(yùn)行靈活性能力分析

1.3 運(yùn)行靈活性評(píng)估指標(biāo)

本文采用的靈活性判斷依據(jù)為:在ΔT次小時(shí)時(shí)間尺度內(nèi),系統(tǒng)運(yùn)行靈活性的供給能力應(yīng)不小于某一限值。即

2 電-氣-熱系統(tǒng)靈活性模型

2.1 電力系統(tǒng)供給靈活性模型

本文中僅考慮常規(guī)火電機(jī)組的供給靈活性,常規(guī)機(jī)組供給的靈活性與時(shí)間尺度以及當(dāng)前的運(yùn)行點(diǎn)有關(guān),即機(jī)組以當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)為基準(zhǔn),通過(guò)增大出力提供上行靈活性,減小出力提供下行靈活性。并且,常規(guī)火電機(jī)組的上、下調(diào)節(jié)能力還受到爬坡速率的制約,因此,火電機(jī)組的上行、下行靈活性如式（5）所示。

2.2 熱網(wǎng)系統(tǒng)供給靈活性分析

2.2.1 熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性分析

熱網(wǎng)系統(tǒng)可以分為動(dòng)態(tài)水力系統(tǒng)模型和動(dòng)態(tài)熱力系統(tǒng)模型兩部分。動(dòng)態(tài)水力模型主要表達(dá)傳輸延時(shí)特性,由于熱水的傳輸速度緩慢,因此會(huì)有一部分的能量?jī)?chǔ)存在熱網(wǎng)系統(tǒng)中,這使得熱網(wǎng)管道具有天然的儲(chǔ)熱特性；動(dòng)態(tài)熱力模型主要表達(dá)溫度損耗特性,由于熱水與周?chē)h(huán)境溫度有一定的差異,在傳輸過(guò)程中存在熱量流失,導(dǎo)致溫度下降。

1）動(dòng)態(tài)水力系統(tǒng)模型

2.2.2 熱網(wǎng)供給靈活性模型

考慮CHP 機(jī)組的容量和爬坡速率的限制,熱網(wǎng)系統(tǒng)供給的靈活性可進(jìn)一步表達(dá)為:

圖1 氣熱動(dòng)態(tài)特性供給靈活性模型Fig.1 Supply flexibility model for dynamic characteristics of gas and heat

2.3 氣網(wǎng)系統(tǒng)供給靈活性模型

2.3.1 天然氣網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性

式中:Ωgline為天然氣網(wǎng)管道的集合。

2.3.2 氣網(wǎng)供給靈活性模型

式中:cgas,t和dgas,t為二進(jìn)制0-1 變量,分別表示天然氣系統(tǒng)在t時(shí)刻的儲(chǔ)氣和放氣狀態(tài)。

天然氣管道的進(jìn)出口流量達(dá)到平衡時(shí),天然氣管道可通過(guò)釋放天然氣,增大燃?xì)廨啓C(jī)的可用氣量來(lái)提供上行靈活性；也可通過(guò)存儲(chǔ)天然氣,減小燃?xì)廨啓C(jī)的可用氣量來(lái)提供下行靈活性。為最大限度地滿足氣負(fù)荷的需求,天然氣管道提供的次小時(shí)時(shí)間尺度下的靈活性不能超過(guò)該時(shí)間段內(nèi)管道的最大存儲(chǔ)和釋放天然氣的能力。于是有:

3 計(jì)及次小時(shí)尺度靈活性約束的IES 優(yōu)化調(diào)度模型

考慮到IES 中天然氣系統(tǒng)管道管存的特性和熱力系統(tǒng)管道時(shí)滯的特性,均可作為系統(tǒng)提供運(yùn)行靈活性的資源,本文構(gòu)建了計(jì)及網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性提供靈活性的IES 優(yōu)化調(diào)度模型。

3.1 目標(biāo)函數(shù)

綜合考慮氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性提供靈活性的能力,構(gòu)建計(jì)及運(yùn)行靈活性約束的IES 優(yōu)化調(diào)度模型。本文以調(diào)度周期內(nèi)IES 總的運(yùn)行成本C最小為目標(biāo)函數(shù)。

3.2 約束條件

3.2.1 電力系統(tǒng)約束

3.3 線性化方法

4 算例分析

4.1 算例參數(shù)

本文搭建了如附錄C 圖C1 所示的電-氣-熱互聯(lián)系統(tǒng)模型,該系統(tǒng)包含IEEE 24 節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)［26］、20 節(jié) 點(diǎn) 天 然 氣 系 統(tǒng)［27］和16 節(jié) 點(diǎn) 熱 力 系統(tǒng)［28］。其 中 電 網(wǎng) 系 統(tǒng) 有17 個(gè) 電 負(fù) 荷、4 臺(tái) 火 電 機(jī)組、2 臺(tái)CHP 機(jī) 組、2 臺(tái) 燃 氣 輪 機(jī) 組 和1 臺(tái) 風(fēng) 電 機(jī)組；天然氣系統(tǒng)有8 個(gè)氣負(fù)荷、6 個(gè)氣井和2 臺(tái)壓縮機(jī)；熱力系統(tǒng)有8 個(gè)熱負(fù)荷和14 條熱力管道。仿真系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)編號(hào)和設(shè)備詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)附錄C。凈負(fù)荷峰值為2 440 MW,根據(jù)實(shí)際情況,失電負(fù)荷懲罰系數(shù)為100 美元/（MW·h）,棄風(fēng)懲罰系數(shù)為50 美元/（MW·h）。調(diào)度周期為24 h,調(diào)度間隔為1 h,次小時(shí)尺度為10 min。IES 電負(fù)荷、熱負(fù)荷、氣負(fù)荷和風(fēng)電預(yù)測(cè)值的預(yù)測(cè)曲線如附錄C 圖C2 所示［19］。凈負(fù)荷為電負(fù)荷和風(fēng)電預(yù)測(cè)值的差值,如附錄C 圖C3 所示［19］。

為分析IES 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性的影響,本文對(duì)比分析了以下4 種場(chǎng)景:

場(chǎng)景1:不計(jì)及網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性。

場(chǎng)景2:僅計(jì)及氣網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性。

場(chǎng)景3:僅計(jì)及熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性。

場(chǎng)景4:同時(shí)計(jì)及氣網(wǎng)和熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性。

4.2 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性的作用分析

在3 種不同靈活性需求下,分別對(duì)4 種場(chǎng)景進(jìn)行建模求解。表1 列出了不同場(chǎng)景下的系統(tǒng)運(yùn)行成本。對(duì)比場(chǎng)景1 中不同靈活性需求情況可見(jiàn),考慮次小時(shí)尺度凈負(fù)荷的變化將導(dǎo)致運(yùn)行成本的上升,當(dāng)系統(tǒng)靈活性需求增加至120 MW 時(shí),場(chǎng)景1 系統(tǒng)因發(fā)電調(diào)節(jié)能力有限,無(wú)法應(yīng)對(duì)凈負(fù)荷的強(qiáng)變化性出現(xiàn)無(wú)解。在場(chǎng)景2 和場(chǎng)景3 中,次小時(shí)尺度凈負(fù)荷的增加,運(yùn)行成本的上升幅度較小,是由于利用了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性供給的靈活性資源,單獨(dú)計(jì)及熱網(wǎng)或氣網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí),因管道需要一定的恢復(fù)時(shí)間,也無(wú)法滿足較高的運(yùn)行靈活性需求。場(chǎng)景4中同時(shí)計(jì)及熱網(wǎng)和氣網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性,提供靈活性時(shí),氣熱管道可以相互配合、互為補(bǔ)充,能夠應(yīng)對(duì)較高的運(yùn)行靈活性需求。

表1 運(yùn)行成本的對(duì)比Table 1 Comparison of operation costs

表2 列出了不同場(chǎng)景下的火電機(jī)組平均在線臺(tái)數(shù)。靈活性需求增加時(shí),各種情景下平均在線機(jī)組數(shù)均會(huì)增加,以跟隨凈負(fù)荷的快速變化,但在計(jì)及網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性時(shí),由于氣-熱網(wǎng)絡(luò)管道的緩沖作用,在線的機(jī)組數(shù)會(huì)減小?？梢?jiàn),計(jì)及網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性不僅能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行靈活性水平,還能減小火電機(jī)組的平均在線機(jī)組數(shù),并且運(yùn)行靈活性需求越高,IES網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性的作用效果越明顯。

表2 火電機(jī)組的運(yùn)行情況Table 2 Operation of thermal power units

4.3 熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性供給靈活性分析

為了驗(yàn)證熱網(wǎng)管道傳輸延時(shí)特性提供靈活性的能力,本文通過(guò)場(chǎng)景1 和場(chǎng)景3 的CHP 機(jī)組熱出力的結(jié)果（如圖2（a）所示）和熱網(wǎng)系統(tǒng)溫度變化的情況（如圖2（b）所示）進(jìn)行對(duì)比分析。由圖2（a）可知,場(chǎng)景3 的CHP 機(jī)組熱出力與熱負(fù)荷實(shí)現(xiàn)了解耦,在時(shí)段9～22,CHP 機(jī)組熱出力高于熱負(fù)荷,將部分的熱能存儲(chǔ)在熱網(wǎng)管道中,此時(shí)的CHP 機(jī)組出力增大,以應(yīng)對(duì)凈負(fù)荷的快速上升。此外,熱網(wǎng)管道被動(dòng)存儲(chǔ)的這部分熱能為熱網(wǎng)下一階段的放熱留作備用。由圖2（b）可見(jiàn),在時(shí)段1～8、23～24,CHP 機(jī)組的熱出力小于熱負(fù)荷,熱量的缺額由熱網(wǎng)管道之前存儲(chǔ)的熱能提供,此時(shí)CHP 機(jī)組的出力減小,可以應(yīng)對(duì)負(fù)荷的突然下降,為風(fēng)電提供了更多的接納空間。因此,熱網(wǎng)管道可以扮演被動(dòng)儲(chǔ)能的角色來(lái)應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)凈負(fù)荷的變化,降低火電機(jī)組的啟停次數(shù),協(xié)助火電機(jī)組進(jìn)行削峰填谷,可以在一定時(shí)間段內(nèi)提供一定時(shí)間尺度的靈活性。

圖2 熱網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)變化Fig.2 Status changes of heat network system

4.4 氣網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性供給靈活性分析

為了驗(yàn)證氣網(wǎng)管存特性提供靈活性的潛力,本文通過(guò)氣網(wǎng)系統(tǒng)壓強(qiáng)變化的情況（如圖3（a）所示）和天然氣管道管存容量的變化情況（如圖3（b）所示）進(jìn)行對(duì)比分析。由圖3（b）可見(jiàn),計(jì)及氣網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性后,天然氣管道的進(jìn)出口流量不需要再保持一致,如在時(shí)段2～6 和19～23,管道進(jìn)口流量大于出口流量,由于天然氣具有壓縮性,此時(shí)相當(dāng)于給天然氣管道充氣,燃?xì)廨啓C(jī)的可用氣量減小,應(yīng)對(duì)凈負(fù)荷的快速下降,并為下一階段釋放管存做好儲(chǔ)備；如在時(shí)段7～14,管道的進(jìn)口流量要小于出口流量,氣電負(fù)荷均較高,天然氣管道釋放管存,此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)有充足的可用氣量,以應(yīng)對(duì)凈負(fù)荷快速上升。由圖3（b）可見(jiàn),相比場(chǎng)景1,場(chǎng)景2 的氣源出力的變化更加緩和,可見(jiàn)在計(jì)及天然氣管道的動(dòng)態(tài)特性后,管存的儲(chǔ)放氣減輕了對(duì)氣源的沖擊,同時(shí)緩解了氣電高峰時(shí)刻氣源出力的壓力。綜上,天然氣管道動(dòng)態(tài)管存的特性能夠緩沖氣負(fù)荷的波動(dòng),在凈負(fù)荷發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)為燃?xì)廨啓C(jī)提供充足的調(diào)節(jié)裕度。因此,計(jì)及氣網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性可以?xún)?yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)的出力,從而在一定時(shí)間尺度下提高系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性。

圖3 天然氣系統(tǒng)狀態(tài)變化Fig.3 Status changes of natural gas system

4.5 靈活性約束的有效性

進(jìn)一步研究IES 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性對(duì)電力系統(tǒng)靈活性的影響,對(duì)在120 MW 靈活性限值約束下的場(chǎng)景4計(jì)算IES 各時(shí)段供給的可用上行靈活性容量,結(jié)果如圖4（a）所示。圖中折線為120 MW 限值約束下各時(shí)段的靈活性需求,各個(gè)時(shí)段的上行靈活性需求與各時(shí)段凈負(fù)荷的變化有關(guān),故不同時(shí)段的靈活性需求有所不同。由圖4（a）可見(jiàn),氣網(wǎng)系統(tǒng)和熱網(wǎng)系統(tǒng)供給靈活性是分時(shí)的,主要原因在于天然氣管道有最大儲(chǔ)氣和放氣時(shí)間限制,熱網(wǎng)有最大儲(chǔ)熱和放熱時(shí)間限制。氣網(wǎng)與熱網(wǎng)的協(xié)調(diào)調(diào)度能夠保證在整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)都可以提供充足的靈活性。圖4（a）中IES 供給的上行靈活性均在靈活性需求以上,表明電力系統(tǒng)的上行靈活性是充足的,同理可分析下行靈活性的情況,如圖4（b）所示。

圖4 系統(tǒng)靈活性Fig.4 System flexibility

分別計(jì)算場(chǎng)景2、場(chǎng)景3 和場(chǎng)景4 在120 MW 靈活性需求下的靈活性裕度,如圖4（c）和圖4（d）所示,場(chǎng)景4 的數(shù)值均大于等于零,場(chǎng)景2 和場(chǎng)景3 會(huì)出現(xiàn)小于零的時(shí)刻。由圖4（c）和圖4（d）可見(jiàn),在高靈活性需求下,單獨(dú)計(jì)及氣網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性或者熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性會(huì)在某些時(shí)刻出現(xiàn)靈活性不足的可能。對(duì)比圖4（c）和圖4（d）還可發(fā)現(xiàn),上行靈活性不足與下行靈活性不足并非同時(shí)出現(xiàn),兩者并不存在確定的耦合關(guān)系。由此可得:在考慮常規(guī)機(jī)組運(yùn)行靈活性的基礎(chǔ)上,單獨(dú)計(jì)及氣網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性或者單獨(dú)計(jì)及熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性,由于儲(chǔ)放氣量和儲(chǔ)放熱能的限制,提供的靈活性容量較小；同時(shí),計(jì)及氣網(wǎng)和熱網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性的協(xié)調(diào)調(diào)度,能夠減小管道最大儲(chǔ)放氣量和最大儲(chǔ)放熱能的限制,進(jìn)而提供更多的靈活性。

綜上所述,計(jì)及網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性后,CHP 熱出力不再需要完全跟隨熱負(fù)荷的變化,天然氣管道的進(jìn)出口流量也不再需要保持一致,利用熱網(wǎng)管道儲(chǔ)放熱能的特性和氣網(wǎng)管存儲(chǔ)放氣的特性,可應(yīng)對(duì)凈負(fù)荷的快速變化和較高水平的靈活性需求。此外,氣-熱網(wǎng)絡(luò)的綜合協(xié)調(diào)調(diào)度可有效防止氣熱儲(chǔ)放能量不能長(zhǎng)時(shí)間投入的問(wèn)題,從而為系統(tǒng)提供更多的靈活性。

4.6 靈活性對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響

為分析靈活性資源對(duì)IES 優(yōu)化結(jié)果的影響,圖5（a）和圖5（b）分別列出了不同場(chǎng)景下的失電負(fù)荷和風(fēng)電出力的情況。由圖5（a）可知,對(duì)比4 種場(chǎng)景的失電負(fù)荷量,前3 種場(chǎng)景由于未充分挖掘?qū)嶋H系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性潛力,導(dǎo)致電力系統(tǒng)對(duì)凈負(fù)荷的靈活性調(diào)節(jié)能力不足,失電負(fù)荷量較大。場(chǎng)景4 中全面考慮氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性供給的靈活性容量,使得電力系統(tǒng)有足夠的靈活性容量來(lái)應(yīng)對(duì)凈負(fù)荷的波動(dòng)。此外,場(chǎng)景2 與場(chǎng)景3 均存在一定量的失電負(fù)荷,而場(chǎng)景4 實(shí)現(xiàn)了零失電負(fù)荷,表明熱網(wǎng)、氣網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性相互關(guān)聯(lián),進(jìn)一步擴(kuò)大了協(xié)同優(yōu)化的空間,能為電力系統(tǒng)供給更多的靈活性資源。由圖5（b）可知,場(chǎng)景4 的接納空間要大于其他3 種情景,說(shuō)明計(jì)及IES 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性能夠在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,提高系統(tǒng)對(duì)新能源的接納能力。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果Fig.5 Results of system operation

由此可見(jiàn),計(jì)及氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性供給的靈活性資源,能夠有效應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)凈負(fù)荷的波動(dòng),從而提高系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力,降低系統(tǒng)的失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn),提升系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性,提出了氣-熱網(wǎng)絡(luò)供給電力系統(tǒng)靈活性容量的等效模型,通過(guò)設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行靈活性的供給與需求,推導(dǎo)了兼顧日前與次小時(shí)尺度協(xié)調(diào)的靈活性約束?；诖?構(gòu)建了一種考慮次小時(shí)尺度運(yùn)行靈活性約束的IES 優(yōu)化調(diào)度模型。通過(guò)算例分析得到以下結(jié)論:

1）在日前調(diào)度中,考慮次小時(shí)尺度的運(yùn)行靈活性約束,利用IES 中氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性的延時(shí)特點(diǎn),提供電力系統(tǒng)靈活性容量,提高系統(tǒng)靈活性；

2）充分利用IES 動(dòng)態(tài)特性提供的靈活性資源,能夠減少火電機(jī)組的平均在線臺(tái)數(shù),增大風(fēng)電接納空間,有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；

3）相比火電機(jī)組提供靈活性資源,氣-熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性響應(yīng)時(shí)間短,能夠跟蹤負(fù)荷的快速變化,但實(shí)際系統(tǒng)中氣熱管道不能長(zhǎng)時(shí)間處于儲(chǔ)能或者放能的狀態(tài)下,因此需要?dú)?熱網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)運(yùn)行。

本文提出的考慮運(yùn)行靈活性約束的綜合能源優(yōu)化調(diào)度方法僅計(jì)及了多時(shí)間尺度耦合的靈活性資源,未考慮電-氣-熱網(wǎng)絡(luò)空間維度耦合。如何利用電網(wǎng)互聯(lián)互濟(jì)特點(diǎn)挖掘IES 互補(bǔ)特性進(jìn)而提高系統(tǒng)靈活性潛力的研究工作正在進(jìn)行當(dāng)中。

本文研究得到青島西海岸新區(qū)2020 年科技項(xiàng)目（源頭創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)）（2020-92）資助，特此感謝！

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