潘 超 范宮博 王錦鵬 徐曉東 孟 濤

靈活性資源參與的電熱綜合能源系統(tǒng)低碳優(yōu)化

潘 超1范宮博1王錦鵬1徐曉東1孟 濤2

（1. 現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（東北電力大學(xué)） 吉林 132012 2. 國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院 長(zhǎng)春 130021）

針對(duì)可再生能源的消納問(wèn)題，研究可控負(fù)荷機(jī)制與電-熱耦合網(wǎng)中的儲(chǔ)能調(diào)控策略，構(gòu)建綜合靈活性資源模型優(yōu)化系統(tǒng)的低碳運(yùn)行。首先分析區(qū)域電網(wǎng)中差異化布局的工業(yè)負(fù)荷調(diào)控機(jī)制，基于城市能源網(wǎng)架電熱耦合建立可控負(fù)荷及電-熱儲(chǔ)能調(diào)控模型；然后以經(jīng)濟(jì)成本、風(fēng)光消納及碳排放為指標(biāo)構(gòu)建綜合效益模型，提出碳排放流動(dòng)拓?fù)?，描述依附于能量流的碳排放流信息；最后?duì)IEEE 33節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)和45節(jié)點(diǎn)熱網(wǎng)耦合能源系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析多元靈活性資源響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)綜合效益的改善效果，并通過(guò)拓?fù)渲庇^顯示典型場(chǎng)景中電-熱碳排放流動(dòng)過(guò)程。結(jié)果表明發(fā)掘靈活性資源能夠提升電熱綜合能源系統(tǒng)對(duì)風(fēng)光能源的消納裕度，驗(yàn)證了所提方法的合理性和有效性。

綜合能源系統(tǒng) 可控負(fù)荷 電/熱儲(chǔ)能 優(yōu)化運(yùn)行 碳排放流動(dòng)拓?fù)?/p>

0 引言

現(xiàn)代能源系統(tǒng)向清潔低碳體系轉(zhuǎn)型已成為主流趨勢(shì)，而以電-熱耦合為核心的綜合能源系統(tǒng)（Integrated Energy Systems, IES）為促進(jìn)可再生能源消納和提高能源效率提供了有效途徑[1]。隨著分布式電源（Distributed Generation, DG）滲透率的提高，IES中儲(chǔ)能、可控負(fù)荷等靈活性資源在參與調(diào)控的同時(shí)開(kāi)始承擔(dān)降低碳排放的職能，而各類資源的接入使得IES運(yùn)行變得更為復(fù)雜[2-3]。因此，如何充分計(jì)及IES中各類資源的運(yùn)行控制特性，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)能力，從而制定適應(yīng)IES各場(chǎng)景下的協(xié)調(diào)運(yùn)行方案，對(duì)于現(xiàn)代綜合能源系統(tǒng)低碳化運(yùn)行具有重要意義。

目前，對(duì)于IES中儲(chǔ)能及可控負(fù)荷的優(yōu)化運(yùn)行國(guó)內(nèi)外學(xué)者已有大量研究。針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)（Energy Storage System, ESS），早期研究主要集中于單一類型電/熱儲(chǔ)能裝置的接入[4-5]，之后逐漸擴(kuò)展到電/熱網(wǎng)絡(luò)中對(duì)儲(chǔ)能多層次、多目標(biāo)需求下的優(yōu)化，并逐漸應(yīng)用于IES中[6-7]。文獻(xiàn)[8]在電熱氫綜合能源系統(tǒng)中建立了以微燃機(jī)、電鍋爐和電制氫設(shè)備為核心的電熱混合儲(chǔ)能模型，擴(kuò)展IES消納風(fēng)電能力。文獻(xiàn)[9]建立了電熱耦合系統(tǒng)的分解優(yōu)化運(yùn)行模型，在保障電/熱網(wǎng)信息隱私的同時(shí)完成對(duì)儲(chǔ)能等設(shè)備的出力優(yōu)化。

隨著電網(wǎng)中友好負(fù)荷比例的增加及需求側(cè)管理理念的普及，可控負(fù)荷也逐漸成為能夠參與IES運(yùn)行優(yōu)化的可控資源。文獻(xiàn)[10]考慮區(qū)域內(nèi)工商業(yè)與民用負(fù)荷平移能力，提出改善變電站綜合負(fù)荷特性的負(fù)荷平移策略，完成變電站供電區(qū)域的合理劃分。為緩解電網(wǎng)中儲(chǔ)能部分調(diào)節(jié)壓力文獻(xiàn)[11]，基于電力需求彈性理論，引入分時(shí)電價(jià)機(jī)制調(diào)整居民用電負(fù)荷，從經(jīng)濟(jì)性、居民舒適度及網(wǎng)側(cè)功率波動(dòng)角度建立優(yōu)化運(yùn)行模型。在考慮負(fù)荷互動(dòng)響應(yīng)特性的IES研究中，由于電/熱儲(chǔ)能等能源網(wǎng)絡(luò)的緊密耦合，提升需求側(cè)負(fù)荷的互動(dòng)能力已成為提升IES整體效益的重要切入點(diǎn)。文獻(xiàn)[12]將負(fù)荷調(diào)整機(jī)制分為價(jià)格型需求響應(yīng)調(diào)整及激勵(lì)型負(fù)荷直接控制，以系統(tǒng)運(yùn)行成本、污染排放為目標(biāo)進(jìn)行微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度，并分析負(fù)荷發(fā)生轉(zhuǎn)移及削減前后對(duì)微網(wǎng)內(nèi)峰谷負(fù)荷的調(diào)整效果。文獻(xiàn)[13]針對(duì)園區(qū)級(jí)電-熱綜合能源系統(tǒng)提出適用于電力負(fù)荷、供暖熱負(fù)荷與工業(yè)熱負(fù)荷的激勵(lì)型綜合需求響應(yīng)策略，建立了日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。以上文獻(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能、可控負(fù)荷參與IES運(yùn)行調(diào)控的能力進(jìn)行了分析，但對(duì)于IES的供需互動(dòng)需求，尚未完全發(fā)揮荷儲(chǔ)側(cè)資源協(xié)同優(yōu)勢(shì)，且對(duì)可控負(fù)荷響應(yīng)機(jī)制、形式及限制考慮不足，未能實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)控資源的“因類施策”。此外，現(xiàn)有針對(duì)儲(chǔ)能、負(fù)荷側(cè)資源的優(yōu)化模型對(duì)于多能源系統(tǒng)低碳運(yùn)行的研究集中于一次能源消耗產(chǎn)生的碳排放，缺乏對(duì)碳排放在IES中流動(dòng)、轉(zhuǎn)移的分析。在當(dāng)前IES低碳運(yùn)行體系下，如何基于現(xiàn)有城市架構(gòu)優(yōu)化IES中各類資源，以實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能減排目標(biāo)，仍需深入研究。

本文以區(qū)域IES為研究對(duì)象，分析區(qū)域電網(wǎng)中大型工業(yè)負(fù)荷的調(diào)控機(jī)制，建立電-熱耦合系統(tǒng)中熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、電制熱設(shè)備、電/熱儲(chǔ)能及可控負(fù)荷模型，其中重點(diǎn)考慮儲(chǔ)能和可控負(fù)荷為主的靈活性資源。采用碳排放流動(dòng)拓?fù)淠Ｐ停–arbon Emission Flow Topology, CEFT），描述IES碳排放流動(dòng)過(guò)程。以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本、風(fēng)光消納率及碳排放量為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建低碳環(huán)境協(xié)調(diào)運(yùn)行模型。最終以IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)和45節(jié)點(diǎn)熱網(wǎng)耦合能源系統(tǒng)為例，仿真分析不同場(chǎng)景下各類資源響應(yīng)情況，通過(guò)評(píng)價(jià)IES的綜合效益，構(gòu)建其碳排放拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，為低碳環(huán)境下IES的優(yōu)化運(yùn)行提供輔助決策。

1 電-熱綜合能源系統(tǒng)建模

電-熱綜合能源系統(tǒng)由電/熱網(wǎng)中靈活性資源（可控負(fù)荷、電/熱儲(chǔ)能）、能源轉(zhuǎn)換設(shè)備（熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、電制熱設(shè)備）及供能網(wǎng)絡(luò)（電網(wǎng)、熱網(wǎng)）部分組成?？紤]各部分在IES中的運(yùn)行特性，構(gòu)建相應(yīng)模型。

1.1 靈活性資源模型

IES中荷、儲(chǔ)側(cè)靈活性資源可調(diào)節(jié)自身用能狀態(tài)，緩解IES供需不平衡問(wèn)題。同時(shí)其在低碳環(huán)境中起到平緩分布式電源出力的作用，將IES無(wú)法全額消納的低碳排風(fēng)光電能分配到其他時(shí)段，間接地完成對(duì)低碳能源的存儲(chǔ)與再分配。

1.1.1 可控負(fù)荷

工業(yè)負(fù)荷具有耗電量大、受產(chǎn)業(yè)類型影響大等特點(diǎn)，可通過(guò)改變自身生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)整生產(chǎn)時(shí)間等措施，轉(zhuǎn)移、削減部分用電負(fù)荷，進(jìn)而響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)控[14]。根據(jù)文獻(xiàn)[15]對(duì)東北地區(qū)幾類具有典型行業(yè)差異性的工業(yè)負(fù)荷調(diào)控能力進(jìn)行分析，構(gòu)建其經(jīng)濟(jì)模型。商、民業(yè)負(fù)荷緣于其運(yùn)營(yíng)機(jī)制及占比原因，可調(diào)節(jié)容量較小，故忽略不計(jì)。

1）制造業(yè)可控負(fù)荷模型

某制造業(yè)企業(yè)四季典型日負(fù)荷曲線及冬季典型日負(fù)荷調(diào)整特性如圖1所示。

圖1 制造業(yè)企業(yè)四季典型日負(fù)荷曲線及冬季典型日負(fù)荷調(diào)整特性

機(jī)械制造業(yè)（Manufacture of general purpose Machinery, MM）企業(yè)用電有明顯的上升-下降趨勢(shì)，在工作周期內(nèi)一般保持長(zhǎng)時(shí)間高/低用電量，在日內(nèi)工作時(shí)間結(jié)束后，用電量迅速降低。企業(yè)可調(diào)整部分日間作業(yè)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移至夜間，以貼近風(fēng)電波動(dòng)情況。該行業(yè)所代表工業(yè)負(fù)荷用電調(diào)控形式為連續(xù)的中時(shí)段（2～3h）用電負(fù)荷整段平移，實(shí)現(xiàn)提前或推遲用電生產(chǎn)。

2）造紙業(yè)可控負(fù)荷模型

某造紙業(yè)企業(yè)四季典型日負(fù)荷曲線及冬季典型日負(fù)荷調(diào)整特性如圖2所示。

造紙行業(yè)（Manufacture of Paper, MP）用電時(shí)段較為集中，由于行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備工作特性，波峰波谷均在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)。該行業(yè)屬穩(wěn)定負(fù)荷用電行業(yè)，主要用電設(shè)備不允許停電，但可根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃改變工作時(shí)間，例如提前/延長(zhǎng)工作時(shí)間等。以造紙業(yè)為代表的工業(yè)負(fù)荷用電調(diào)控形式為短時(shí)（0～1h）調(diào)整，通過(guò)提前或者延遲用電生產(chǎn)，小幅調(diào)整用電狀態(tài)。

圖2 造紙業(yè)企業(yè)四季典型日負(fù)荷曲線及冬季典型日負(fù)荷調(diào)整特性

3）農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)負(fù)荷模型

某農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)企業(yè)四季典型日負(fù)荷曲線及冬季典型日負(fù)荷調(diào)整特性如圖3所示。

對(duì)于農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)（Agricultural Product processing industry, AP）等以調(diào)溫為主的用電行業(yè)，具有用電時(shí)間短、高耗電特征。與流水線生產(chǎn)企業(yè)不同，電轉(zhuǎn)熱用電負(fù)荷作為可控負(fù)荷可調(diào)節(jié)空間較大，能夠通過(guò)溫度的合理設(shè)置來(lái)避開(kāi)高峰用電或者降低用電高峰，從而達(dá)到削峰避峰的效果。以農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)為代表的工業(yè)負(fù)荷用電調(diào)控形式為中時(shí)段內(nèi)（1～3h）分段轉(zhuǎn)移，將部分尖峰負(fù)荷適時(shí)分配從而調(diào)整用電狀態(tài)。

4）冶金業(yè)負(fù)荷模型

某冶金業(yè)企業(yè)四季典型日負(fù)荷曲線及冬季典型日負(fù)荷調(diào)整特性如圖4所示。

圖4 冶金業(yè)企業(yè)四季典型日負(fù)荷曲線及冬季典型日負(fù)荷調(diào)整特性

冶金工業(yè)（Smelting ofMetals, SM）用電負(fù)荷波動(dòng)較大，在24h內(nèi)多次出現(xiàn)短暫的用電高峰，以此類企業(yè)為代表工業(yè)類型調(diào)整局限小、可控性較大，能夠接受用電中斷調(diào)控。以冶金業(yè)為代表的工業(yè)負(fù)荷用電調(diào)控形式為短時(shí)（0～1h）調(diào)整，通過(guò)接受電網(wǎng)直接調(diào)控做出中斷用電調(diào)節(jié)。

對(duì)四類典型工業(yè)負(fù)荷建立調(diào)控經(jīng)濟(jì)模型。

1.1.2 電/熱儲(chǔ)能

目前IES中所廣泛使用的儲(chǔ)電裝置（Battery Energy Storage, BES）有超級(jí)電容和電池儲(chǔ)能等，儲(chǔ)熱裝置（Thermal Energy Storage, TES）包括水蓄熱、相變蓄熱等[16-17]。電/熱儲(chǔ)能運(yùn)行過(guò)程中均可動(dòng)態(tài)吸收能量并適時(shí)釋放，平抑風(fēng)光出力的波動(dòng)性，間接擴(kuò)大IES消納可再生能源的能力，在滿足電、熱負(fù)荷需求的同時(shí)緩解電源發(fā)電、供熱壓力。對(duì)電/熱儲(chǔ)能響應(yīng)特性及約束建立統(tǒng)一的模型為

通過(guò)上述經(jīng)濟(jì)模型描述IES中靈活性資源在系統(tǒng)調(diào)控下參與運(yùn)行的成本費(fèi)用，其中工業(yè)可控負(fù)荷調(diào)控成本主要來(lái)自對(duì)負(fù)荷生產(chǎn)用電的轉(zhuǎn)移、削減成本，儲(chǔ)能成本主要源于系統(tǒng)對(duì)其充、放能調(diào)控成本。

1.2 能源轉(zhuǎn)換設(shè)備模型

作為城市能源架構(gòu)的電-熱網(wǎng)絡(luò)在能源流動(dòng)、轉(zhuǎn)換及消耗過(guò)程中存在隱含的耦合關(guān)系[18]。兩種網(wǎng)絡(luò)的銜接環(huán)節(jié)主要由熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組（Combined Heat and Power, CHP）與電制熱設(shè)備（Electric Boiler, EB）組成，二者共同作為能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。本文CHP機(jī)組采用抽氣式熱電聯(lián)產(chǎn)，電制熱設(shè)備使用電鍋爐。

1.2.1 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組

抽氣式CHP機(jī)組相較于背壓式CHP機(jī)組擁有更高靈活性，配合熱網(wǎng)中儲(chǔ)熱裝置，可進(jìn)一步增強(qiáng)IES的熱電調(diào)節(jié)能力。

1.2.2 電制熱設(shè)備

電制熱設(shè)備可以降低燃煤機(jī)組供熱負(fù)擔(dān)，通過(guò)消耗電能為熱用戶提供高品位熱能，為風(fēng)光電能消納提供了一條額外途徑，其模型為

1.3 供能網(wǎng)絡(luò)模型

供能網(wǎng)絡(luò)包括電網(wǎng)、熱網(wǎng)部分，其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式類似，均可為IES源-荷-儲(chǔ)中的能量提供轉(zhuǎn)換、流動(dòng)的載體。

1.3.1 熱網(wǎng)模型

供熱網(wǎng)絡(luò)主要由供水網(wǎng)絡(luò)與回水網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，供回水網(wǎng)絡(luò)中熱能依托于熱水或熱蒸汽進(jìn)行熱源節(jié)點(diǎn)與熱負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)移。

傳統(tǒng)熱網(wǎng)模型包括水力模型與熱力模型，溫度與流量耦合關(guān)系強(qiáng)，且包含指數(shù)方程，模型較為復(fù)雜，計(jì)算難度大。本文采用文獻(xiàn)[19]中的方法對(duì)熱網(wǎng)模型計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立熱源與熱負(fù)荷管道流量的一元函數(shù)關(guān)系，簡(jiǎn)化后的熱網(wǎng)模型為

在獲得熱源節(jié)點(diǎn)供熱出力后，即可在滿足節(jié)點(diǎn)熱負(fù)荷需求約束下求解熱網(wǎng)中管道流量，獲得熱網(wǎng)熱能流動(dòng)結(jié)果。為便于描述熱網(wǎng)中能量流動(dòng)，設(shè)置熱網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)回水溫度恒定，同一時(shí)段供熱網(wǎng)絡(luò)所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)所需熱功率相同[19]。

1.3.2 電網(wǎng)模型

電網(wǎng)模型采用采用經(jīng)典交流潮流模型，在極坐標(biāo)下潮流方程為

式中，P、Q分別為節(jié)點(diǎn)注入有功和無(wú)功功率；U、U分別為節(jié)點(diǎn)、電壓幅值；G、B分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中節(jié)點(diǎn)、對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)、電納；為節(jié)點(diǎn)、間的電壓相位差；為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)。

2 碳排放流動(dòng)拓?fù)淠Ｐ?/h2>

在能量傳輸和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，嵌入在各種能源中的碳依附于IES能量傳輸進(jìn)行轉(zhuǎn)移。隨著能量形式的轉(zhuǎn)換，碳排放也隨之在不同能源系統(tǒng)中流動(dòng)。由于網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)所消耗的能量可以追溯到各個(gè)電源[20]，相應(yīng)的碳排放也可以追溯到各電源。本文參考文獻(xiàn)[21]建立碳排放流動(dòng)拓?fù)淠Ｐ?，直觀呈現(xiàn)碳排放從能源產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化方累積到需求方的過(guò)程。

流經(jīng)每條線路的碳排放量與線路潮流相關(guān)，支路碳排放強(qiáng)度與功率流入節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度相等。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)的碳排放強(qiáng)度由連接到該節(jié)點(diǎn)的輸電線路和發(fā)電機(jī)的有功功率注入量決定。

式中，PG為電源輸出功率；ΓG為電源碳排放強(qiáng)度；G、L分別為連接節(jié)點(diǎn)的電源、支路數(shù)。

系統(tǒng)碳排放總量遵循碳排放守恒定律，即源-荷側(cè)碳排放總量相等，支路損耗產(chǎn)生的碳排放不計(jì)入節(jié)點(diǎn)碳排放量。

式中，NODE為節(jié)點(diǎn)碳排放總量；LOSS為損耗產(chǎn)生的碳排放總量；CHP、GRID、WT、PT分別為IES中熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、上級(jí)電網(wǎng)、風(fēng)電及光伏電源碳排放總量；N為總節(jié)點(diǎn)數(shù)。

供熱網(wǎng)絡(luò)由熱源、熱負(fù)荷和供熱管道組成。熱量由熱源產(chǎn)生，在供熱管道[22]中通過(guò)水循環(huán)輸送給熱負(fù)荷。熱網(wǎng)碳排放流動(dòng)依附于供熱管道中供熱介質(zhì)的流動(dòng)，同樣遵循碳排放量守恒定律，表述形式與電網(wǎng)類似。

3 電-熱互聯(lián)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行模型

3.1 目標(biāo)函數(shù)

考慮電-熱互聯(lián)系統(tǒng)中靈活性資源的調(diào)控特性，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上分析靈活性資源參與運(yùn)行對(duì)改善IES效益的影響。以冬季供暖期內(nèi)IES的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本、風(fēng)光消納率、碳排放量為目標(biāo)對(duì)IES中靈活性資源參與調(diào)控效果進(jìn)行評(píng)估。

1）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本

2）風(fēng)光消納率

3）碳排放量

式中，G為CHP機(jī)組供電碳排放系數(shù)；grid為上級(jí)電網(wǎng)供電碳排放系數(shù)；Pgrid為時(shí)刻區(qū)域電網(wǎng)向上級(jí)電網(wǎng)購(gòu)電功率；GEN為IES中電源數(shù)。

3.2 約束條件

該協(xié)調(diào)運(yùn)行模型中主要考慮各類靈活性資源響應(yīng)特性及設(shè)備運(yùn)行約束，對(duì)于IES整體，不允許向上級(jí)電網(wǎng)倒送功率，且需滿足系統(tǒng)功率及電壓約束。

1）系統(tǒng)功率平衡約束

2）節(jié)點(diǎn)電壓約束

式中，Umax、Umin分別為節(jié)點(diǎn)電壓的上、下限。

3）支路功率傳輸約束

3.3 模型求解

本文對(duì)低碳環(huán)境下電熱互聯(lián)IES中各類資源運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化過(guò)程中需要考慮各類資源不同運(yùn)行特性，同時(shí)求解各類資源協(xié)同作用下IES在經(jīng)濟(jì)環(huán)保等多方面上的表現(xiàn)，因而該優(yōu)化過(guò)程是一個(gè)多目標(biāo)、多維度的優(yōu)化問(wèn)題。隨著運(yùn)行場(chǎng)景的改變、參與調(diào)控資源的增多，需要在保持解的多樣性的同時(shí)仍具有較高的求解效率[23]，本文采用自適應(yīng)非支配性排序遺傳算法進(jìn)行求解，相關(guān)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)文獻(xiàn)[24]，主要優(yōu)化運(yùn)行求解流程如圖5所示。

圖5 優(yōu)化運(yùn)行求解流程

4 算例分析

4.1 基本參數(shù)設(shè)置

本文以改進(jìn)的IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)與45節(jié)點(diǎn)熱網(wǎng)系統(tǒng)耦合IES為例進(jìn)行分析，區(qū)域綜合能源網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖6所示。配電系統(tǒng)支路參數(shù)及負(fù)荷分布情況參見(jiàn)IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)模型[25]，并將各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷擴(kuò)大1.2倍。熱網(wǎng)管道長(zhǎng)度、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等參數(shù)見(jiàn)參考文獻(xiàn)[26]，熱網(wǎng)總負(fù)荷為2.78MW。區(qū)域典型日電力負(fù)荷及風(fēng)光出力曲線如圖7所示。區(qū)域熱網(wǎng)負(fù)荷及環(huán)境溫度如圖8所示，峰谷平期購(gòu)電電價(jià)見(jiàn)表1。

圖6 區(qū)域綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖7 典型日電負(fù)荷及風(fēng)光時(shí)序出力

圖8 熱負(fù)荷及環(huán)境溫度

表1 電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)

Tab.1 Time-of-use electricity price

電、熱網(wǎng)絡(luò)間通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組與電制熱設(shè)備相耦合，分別安裝于1、22、32節(jié)點(diǎn)處，各設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表2[27]。風(fēng)電及光伏電源接入節(jié)點(diǎn)為17、32及22，將電儲(chǔ)能作為風(fēng)光電源補(bǔ)充部分安裝于相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處。熱儲(chǔ)能作為熱網(wǎng)靈活性資源補(bǔ)充，分別安裝于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組及電制熱設(shè)備處。電/熱儲(chǔ)能相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3，儲(chǔ)能設(shè)備的使用年限為10年，年利率為0.067[28]。在該區(qū)域中選取四類典型工業(yè)企業(yè)（制造業(yè)、造紙業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)及冶金業(yè)）提供可控負(fù)荷參與調(diào)控，分別位于18、17、33及25節(jié)點(diǎn)。其中對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移調(diào)整，調(diào)控產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移用電成本為0.26元/kW，對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行甩負(fù)荷操作成本為0.4元/kW[29]。單位電網(wǎng)、熱網(wǎng)網(wǎng)損成本分別為5.6元/kW、3.8元/kW[30]。各設(shè)備運(yùn)維成本見(jiàn)表4[31]，各供電單元碳排放強(qiáng)度見(jiàn)表5[32]。

表2 能源轉(zhuǎn)換設(shè)備參數(shù)

Tab.2 Parameters of energy conversion equipment

表3 儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)

Tab.3 Parameters of energy storage equipment

表4 設(shè)備運(yùn)維成本

Tab.4 Equipment operation and maintenance cost

表5 供電單元碳排放強(qiáng)度

Tab.5 Carbon emission intensity of power supply unit

4.2 場(chǎng)景設(shè)置

分析靈活性資源對(duì)IES在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、風(fēng)光消納及低碳運(yùn)行方面的改善作用，設(shè)置三個(gè)不同場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比分析，各場(chǎng)景中靈活資源多元化逐步擴(kuò)展。

1）場(chǎng)景1：IES中無(wú)任何儲(chǔ)能，由上級(jí)電網(wǎng)、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、風(fēng)光電源為電網(wǎng)系統(tǒng)供電，由熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、電制熱設(shè)備為熱網(wǎng)系統(tǒng)供熱。

2）場(chǎng)景2：在場(chǎng)景1基礎(chǔ)上，添加電/熱儲(chǔ)能單元，作為電/熱系統(tǒng)供能的補(bǔ)充，均發(fā)揮存儲(chǔ)系統(tǒng)能量作用。

3）場(chǎng)景3：在場(chǎng)景2基礎(chǔ)上，將工業(yè)可控負(fù)荷作為可控資源參與調(diào)控，與電/熱儲(chǔ)能協(xié)調(diào)共同參與IES運(yùn)行優(yōu)化。

4.3 場(chǎng)景分析

4.3.1 不同配置場(chǎng)景分析

通過(guò)電-熱互聯(lián)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行模型優(yōu)化得到不同場(chǎng)景下區(qū)域IES的Pareto運(yùn)行方案解集，如圖9所示，對(duì)比分析不同場(chǎng)景中各類資源對(duì)IES綜合效益的影響。結(jié)果表明，各效益指標(biāo)之間存在相互制約的關(guān)系。由于IES內(nèi)部風(fēng)光電源供電時(shí)碳排放強(qiáng)度低于其他類型的供電單元，風(fēng)光消納率越高，意味著低碳排能源占比越高，碳排放量越低。隨著系統(tǒng)發(fā)電量的增加以及調(diào)控資源量的提升，經(jīng)濟(jì)成本增加，風(fēng)光消納率呈上升趨勢(shì)，碳排放量也隨之降低。表明電網(wǎng)可通過(guò)調(diào)控手段調(diào)動(dòng)更多的靈活性資源參與運(yùn)行，從而改善IES的風(fēng)光消納率。選取各場(chǎng)景中風(fēng)光消納率最高方案作為典型方案進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

圖9 各場(chǎng)景多目標(biāo)優(yōu)化Pareto解集

表6 各場(chǎng)景典型優(yōu)化方案結(jié)果

Tab.6 Results of typical optimization schemes in different scenes

從表6中可以看出，場(chǎng)景2中電、熱儲(chǔ)能的接入使經(jīng)濟(jì)成本指標(biāo)比場(chǎng)景1提高約11.3%，風(fēng)光消納率提高了5.2%，而碳排放量下降了5.0%。這是由于電、熱儲(chǔ)能的安裝成本及其參與運(yùn)行所需運(yùn)維費(fèi)用的增加所導(dǎo)致，同時(shí)也降低了傳統(tǒng)高碳排供電單元的供電負(fù)擔(dān)。緣于電熱儲(chǔ)能的接入，傳統(tǒng)電網(wǎng)被動(dòng)接納風(fēng)光出力的現(xiàn)象有所改善，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)使得IES的風(fēng)光消納率、碳排放量均有所改善。

而在場(chǎng)景3中，大型工業(yè)負(fù)荷作為靈活資源參與調(diào)控后，各項(xiàng)效益指標(biāo)比場(chǎng)景2均有明顯提升。其中，經(jīng)濟(jì)成本降低了2.9%，風(fēng)光消納率提高了2.7%，碳排放量降低了6.1%。相對(duì)于場(chǎng)景2，場(chǎng)景3在工業(yè)負(fù)荷調(diào)控環(huán)節(jié)需付出用電調(diào)控成本，但用電負(fù)荷也因轉(zhuǎn)移至低電價(jià)區(qū)間使得購(gòu)電耗費(fèi)降低。相應(yīng)地，IES中的靈活性資源得到了有效擴(kuò)充，從而使風(fēng)光消納率、碳排放指標(biāo)獲得進(jìn)一步改善。

選取場(chǎng)景2、場(chǎng)景3中典型方案深入分析24h源-荷-儲(chǔ)波動(dòng)時(shí)序特性，結(jié)果如圖10及圖11所示。在場(chǎng)景3中選取具有代表性的四類工業(yè)負(fù)荷，調(diào)控前后的負(fù)荷特性如圖11c所示。

圖11 場(chǎng)景3優(yōu)化前后24h源儲(chǔ)荷功率波動(dòng)

圖10a及圖11a中，優(yōu)化前典型日負(fù)荷曲線高峰期位于7:00～11:00、16:00～20:00時(shí)段，低谷期位于1:00～3:00時(shí)段，峰谷差為3.3MW，此時(shí)夜間0:00～5:00為主要的棄風(fēng)時(shí)段。由于IES中電源最小出力為供電機(jī)組出力與風(fēng)光出力之和，而熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組受夜間供熱限制，導(dǎo)致棄風(fēng)時(shí)段現(xiàn)有用電負(fù)荷無(wú)法滿足風(fēng)電消納需求。經(jīng)過(guò)場(chǎng)景2、場(chǎng)景3中典型運(yùn)行方案優(yōu)化后，電網(wǎng)峰谷差分別降低了2.4%、17%。兩典型場(chǎng)景中電儲(chǔ)能在用電高峰及棄風(fēng)時(shí)段運(yùn)行狀態(tài)類似，其中場(chǎng)景2電儲(chǔ)能運(yùn)行時(shí)維持較長(zhǎng)時(shí)間的充/放電狀態(tài)，為負(fù)荷高峰期持續(xù)供給棄風(fēng)期存儲(chǔ)的電能；而場(chǎng)景3中電儲(chǔ)能因配合工業(yè)可控負(fù)荷調(diào)控，充/放電轉(zhuǎn)換更為頻繁，體現(xiàn)靈活性資源協(xié)同作用下對(duì)IES綜合效益的改善。

在兩典型場(chǎng)景中，電制熱設(shè)備作為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供熱補(bǔ)充，雖然為熱網(wǎng)提供的熱功率不同，但均承擔(dān)熱網(wǎng)部分的供熱職能，同時(shí)為電網(wǎng)棄電時(shí)段風(fēng)電能源消納提供了一條有效途徑。

由圖11c可知，場(chǎng)景3中參與協(xié)調(diào)運(yùn)行的四類工業(yè)負(fù)荷為響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)控做出了相應(yīng)的調(diào)整。其中機(jī)械制造企業(yè)將位于9:00～15:00、17:00～19:00時(shí)段的部分用電負(fù)荷分別轉(zhuǎn)移至1:00～7:00、22:00～24:00時(shí)段；造紙企業(yè)將位于13:00～15:00時(shí)段的用電工序提前至4:00～6:00時(shí)段；農(nóng)副食品加工企業(yè)將位于15:00～21:00時(shí)段的負(fù)荷重新分配至17:00～23:00時(shí)段，并將位于2:00～9:00時(shí)段的用電工序提前至1:00～7:00時(shí)段；冶金企業(yè)對(duì)位于7:00、9:00、15:00～19:00時(shí)段的負(fù)荷進(jìn)行了不同程度的削減。最終相較場(chǎng)景1無(wú)靈活性資源調(diào)節(jié)情況下風(fēng)光消納率由90.9%提升至98.8%。各類靈活性資源的協(xié)調(diào)運(yùn)行結(jié)果表明，工業(yè)可控負(fù)荷相較于儲(chǔ)能單元，其可控容量更大，能夠在其可調(diào)節(jié)區(qū)間內(nèi)發(fā)揮更為明顯的調(diào)控效果。但工業(yè)負(fù)荷在提供部分可控資源時(shí)，會(huì)受到自身用電工序及生產(chǎn)特性的影響，其靈活調(diào)節(jié)范圍存在一定的限制，這在場(chǎng)景2、3的典型優(yōu)化方案中均有所體現(xiàn)。增加儲(chǔ)能后，場(chǎng)景2的風(fēng)光消納率相較于場(chǎng)景1有顯著上升，場(chǎng)景3增加可控負(fù)荷資源后，風(fēng)光消納率在場(chǎng)景2的基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步提升。

結(jié)果表明，荷-儲(chǔ)側(cè)靈活性資源的參與使負(fù)荷時(shí)序波動(dòng)更加貼合風(fēng)光能源的波動(dòng)情況，并且在運(yùn)行過(guò)程中能夠根據(jù)IES對(duì)風(fēng)光消納及削峰填谷的需求對(duì)自身用電狀態(tài)進(jìn)行靈活的調(diào)整。在此過(guò)程中，儲(chǔ)能的主要作用為存儲(chǔ)棄風(fēng)棄光較高時(shí)段系統(tǒng)難以消納的電能，并在用能高峰時(shí)段供給能量。相對(duì)而言，由大型工業(yè)用戶提供的可控負(fù)荷資源可在一定范圍內(nèi)調(diào)整自身用電時(shí)段，以配合系統(tǒng)的移峰需求，并在一定程度上促進(jìn)風(fēng)光能源消納。其中，以機(jī)械制造企業(yè)為代表的工業(yè)負(fù)荷具有大量的可轉(zhuǎn)移可調(diào)節(jié)資源，在系統(tǒng)消納風(fēng)光、削峰填谷方面具有更大的潛力與優(yōu)勢(shì)。

4.3.2 碳排放流動(dòng)拓?fù)浞治?/p>

為對(duì)靈活性資源參與IES運(yùn)行后對(duì)IES碳排放改善效果做進(jìn)一步分析，對(duì)場(chǎng)景3中電熱互聯(lián)IES典型時(shí)段碳排放拓?fù)溥M(jìn)行分析。

（1）時(shí)段1：IES電負(fù)荷處于較高水平但熱負(fù)荷需求較低時(shí)，選取的典型時(shí)段為12:00～13:00。此時(shí)風(fēng)力發(fā)電位于低谷期，光伏發(fā)電位于高峰期，熱網(wǎng)由CHP機(jī)組、電制熱設(shè)備完成供熱。

（2）時(shí)段2：風(fēng)光能源發(fā)電棄電時(shí)段，當(dāng)IES產(chǎn)生棄電時(shí)電負(fù)荷往往處于低谷期，選取的代表時(shí)段為3:00～4:00。此時(shí)電儲(chǔ)能對(duì)風(fēng)光發(fā)電進(jìn)行存儲(chǔ)，熱儲(chǔ)能配合CHP機(jī)組下調(diào)供熱功率，電制熱設(shè)備作為熱網(wǎng)供熱補(bǔ)充。

（3）時(shí)段3：在夜間電、熱負(fù)載高峰期，選取的代表時(shí)段為19:00～20:00，此時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入風(fēng)電發(fā)電時(shí)段，在完成對(duì)風(fēng)電資源的全額消納的同時(shí)，電儲(chǔ)能進(jìn)行有序放電，補(bǔ)充IES電負(fù)荷需求。同時(shí)CHP機(jī)組供熱增加，熱儲(chǔ)能1開(kāi)始為低電負(fù)荷時(shí)段IES供熱需求進(jìn)行儲(chǔ)熱。

各典型時(shí)段下碳排放拓?fù)淙鐖D12、圖13所示，對(duì)應(yīng)時(shí)段IES各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的碳排放強(qiáng)度如圖14所示。

由圖12a可得，在12:00～13:00時(shí)段IES由CHP機(jī)組、風(fēng)光電源及上級(jí)電網(wǎng)共同作為主要供電單元，同時(shí)電儲(chǔ)能將夜間存儲(chǔ)的風(fēng)電供給電網(wǎng)部分。且該時(shí)段以制造業(yè)企業(yè)為代表的工業(yè)可控負(fù)荷進(jìn)行了部分轉(zhuǎn)移，降低其位于該時(shí)段的用電量，從而令I(lǐng)ES中更多受端用戶獲得清潔能源供能，此時(shí)IES中各節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度如圖14所示，以風(fēng)電、光伏為主的低碳能源有效地降低了其供電區(qū)域內(nèi)電負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的碳排放強(qiáng)度。由于此時(shí)段電網(wǎng)負(fù)荷較大、熱網(wǎng)負(fù)荷較小，熱網(wǎng)負(fù)荷由CHP機(jī)組、熱儲(chǔ)能2及光伏發(fā)電所轉(zhuǎn)換的熱功率即可滿足熱網(wǎng)負(fù)荷需求。

圖14 典型時(shí)段電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度

在3:00～4:00時(shí)段，IES自身CHP機(jī)組供電量及風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量已可滿足電網(wǎng)供電需求，無(wú)需向上級(jí)電網(wǎng)購(gòu)電，并且由于CHP機(jī)組供熱量限制，IES出現(xiàn)風(fēng)電消納困難，電儲(chǔ)能開(kāi)始對(duì)IES無(wú)法消納的電能進(jìn)行存儲(chǔ)，低碳排風(fēng)電開(kāi)始大面積滲透進(jìn)入電網(wǎng)。而由圖13b可知電制熱設(shè)備通過(guò)消納清潔風(fēng)電能源從而將低碳排電能傳輸至熱網(wǎng)，能夠有效利用低碳風(fēng)能制熱。且通過(guò)機(jī)械制造業(yè)、造紙業(yè)等企業(yè)負(fù)荷生產(chǎn)調(diào)整，也為風(fēng)電消納提供了有效通道，緩解風(fēng)電高發(fā)期間所帶來(lái)的棄風(fēng)問(wèn)題。從圖14中可以看出，此時(shí)由于風(fēng)電大面積滲透，更多電負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的碳排放強(qiáng)度有所降低，同時(shí)也降低了熱網(wǎng)中部分熱負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的碳排放強(qiáng)度。

在夜間19:00～20:00時(shí)段，電、熱系統(tǒng)均處于高負(fù)荷需求期，IES在實(shí)現(xiàn)該時(shí)段對(duì)風(fēng)電的全額消納的同時(shí)，仍需由上級(jí)電網(wǎng)供電。此時(shí)電儲(chǔ)能開(kāi)始向IES供應(yīng)已存儲(chǔ)的低碳電能，熱網(wǎng)情形與12:00～13:00時(shí)段類似，但由于熱負(fù)荷需求增長(zhǎng)，熱儲(chǔ)能2開(kāi)始供熱從而緩解熱源壓力。工業(yè)負(fù)荷通過(guò)改變自身高峰負(fù)荷用電時(shí)段及進(jìn)行甩負(fù)荷操作響應(yīng)系統(tǒng)削峰需求，同時(shí)促進(jìn)對(duì)清潔能源的消納利用。在靈活性資源協(xié)同作用下，由圖14a可以看出該時(shí)段部分電負(fù)荷節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度有所降低，而熱負(fù)荷節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度維持在較高水平。

從典型時(shí)段碳流動(dòng)拓?fù)浞治隹芍?，該區(qū)域IES通過(guò)電儲(chǔ)能完成了對(duì)風(fēng)光能源的存儲(chǔ)，并將這部分能源適時(shí)地供給系統(tǒng)，完成低碳能源的再分配。由于東北地區(qū)熱負(fù)荷需求較大，熱儲(chǔ)能主要完成的是對(duì)高耗能高碳排熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱能源的存儲(chǔ)，并配合電制熱設(shè)備對(duì)電轉(zhuǎn)化的熱能進(jìn)行存儲(chǔ)。工業(yè)可控負(fù)荷資源雖然不能直接存儲(chǔ)清潔能源，但其通過(guò)調(diào)整自身生產(chǎn)工序，將原位于高負(fù)荷水平期的用電生產(chǎn)轉(zhuǎn)移至低負(fù)荷水平期，促進(jìn)風(fēng)光能源消納，減少IES的碳排放。同時(shí)，工業(yè)用戶在高負(fù)荷水平期轉(zhuǎn)移削減的負(fù)荷資源可以使風(fēng)光能源的碳排拓?fù)溲由欤B透至系統(tǒng)更多的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處，從而進(jìn)一步降低節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度。

5 結(jié)論

考慮低碳環(huán)境下靈活性資源參與的電熱綜合能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化，得出以下結(jié)論：

1）綜合能源系統(tǒng)的靈活性資源可以描述電/熱儲(chǔ)能及工業(yè)可控負(fù)荷參與系統(tǒng)調(diào)控的特性，便于根據(jù)靈活性資源因類施策，挖掘多元化資源消納風(fēng)光及低碳排放的潛力。

2）采用的優(yōu)化運(yùn)行模型通過(guò)自適應(yīng)非支配性排序遺傳算法優(yōu)化靈活性資源運(yùn)行方案，通過(guò)其協(xié)同作用改善IES在經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)光消納率及碳排放方面的效益，在可行域內(nèi)提供合理多樣的優(yōu)化方案，并采用碳排放流動(dòng)模型對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析。結(jié)果表明靈活性資源參與電熱綜合能源系統(tǒng)調(diào)控，能夠緩解系統(tǒng)能源供需壓力，滿足IES的低碳需求。

3）靈活性資源中電儲(chǔ)能主要完成對(duì)清潔能源的存儲(chǔ)與再分配，熱儲(chǔ)能完成對(duì)熱網(wǎng)富余熱能的存貯，增加CHP機(jī)組出力的可調(diào)節(jié)空間。工業(yè)可控負(fù)荷通過(guò)調(diào)整用電時(shí)序，增進(jìn)對(duì)低碳能源的消納，在負(fù)荷高峰期響應(yīng)系統(tǒng)要求參與調(diào)峰，減少對(duì)高耗能能源的使用。同時(shí)規(guī)模化用電調(diào)整可促進(jìn)低碳能源在IES內(nèi)的滲透，利于實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)境下系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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Low-Carbon Optimization of Electric and Heating Integrated Energy System with Flexible Resource Participation

Pan Chao1Fan Gongbo1Wang Jinpeng1Xu Xiaodong1Meng Tao2

（1. Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology of Ministry of Education Northeast Electric Power University Jilin 132012 China 2. Electric Power Research Institute State Grid Jilin Electric Power Co. Ltd Changchun 130021 China）

The modern energy system is in the low-carbon transition stage. However, due to the randomness and volatility of renewable energy, it is difficult to integrate into the grid and the low-carbon process is limited. Integrated Energy Systems (IES) focus on meeting the demand for interaction between supply and demand. In recent years, increasingly resources on the load and energy storage side have begun to participate in the low-carbon operation of the system, but the resource synergy advantage has not been fully utilized, and there is a lack of analysis on the flow and transfer of carbon emissions in IES. To solve these problems, this paper proposes a low carbon optimization model of electric and heating integrated energy system considering the participation of flexible resources, analyzes the improvement effect of multiple flexible resources response on the comprehensive benefits of the system, and visually presents the flow process of electric thermal carbon emissions topologically, promoting the efficient consumption of low carbon energy in IES.

First, analyze the industrial load regulation mechanism of differentiated layout in the regional power grid, and establish the model of cogeneration unit, electric heating equipment, electric/thermal energy storage and controllable load in the electric-thermal coupling system based on the urban energy grid. Then, a comprehensive benefit model is built with economic cost, wind and solar usage and carbon emissions as indicators, and a carbon emission flow topology is proposed to describe the carbon emission flow information attached to the energy flow. Finally, the electric-thermal coupling energy system is simulated to obtain the regulatory results of flexible resources and carbon emission flow information in different resource allocation scenarios. In this model, the improvement effect of flexible resource participation response on the comprehensive benefits of the system is analyzed from the perspective of economy and low carbon, and a more comprehensive evaluation model is formed by visualizing the flow process of electric and thermal carbon emissions through topology.

In the IEEE 33 node distribution network and 45 node heat network coupling system, different scenarios are divided according to the flexible resource composition for simulation. The results show that under the collaborative regulation of resources on the load storage side, compared with the scenario without flexible resources, the economic cost is increased by about 8.1%, the wind and solar usage rate is increased by 7.9%, and the carbon emissions are reduced by 10.8%. Through the reasonable conversion of energy storage operation mode, the power supply burden of traditional high carbon emission power supply units is reduced. The participation of industrial controllable loads has effectively expanded the flexible resources, reducing the peak valley difference by 17%, further promoting the consumption of solar energy and reducing carbon emissions. The topology analysis of carbon flow in typical periods of the operation cycle shows that the carbon emission topology of wind and solar energy in IES can be extended to more load nodes in the system through the storage and redistribution of low carbon and excess energy, and the reasonable electricity production transfer of industrial users, thus reducing the node carbon emission intensity and the total carbon emissions in the operation cycle.

The following conclusions can be drawn from the simulation analysis: (1) The flexible resource model can describe the adjustment characteristics of energy storage and the industry specific industrial load regulation characteristics, and can make policy based on the resource type. (2) By optimizing the flexible resource operation scheme, the benefits of IES in terms of economy, wind and solar usage rate and carbon emissions can be improved, and diversified optimization schemes can be provided within feasible areas. The carbon emission flow model adopted can accurately describe the carbon emission flow process of IES in the operation cycle. (3) Through flexible resource control, it can promote the penetration of low-carbon energy in IES, reduce the use of energy-intensive energy, and help achieve the economic operation of the system in a low-carbon environment.

Integrated energy system, controllable load, electric/thermal energy storage, optimized operation, carbon emission flow topology

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211725

TM732

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（2016YFB0900100）和常規(guī)水電站結(jié)合抽蓄、光伏、風(fēng)電、電化學(xué)儲(chǔ)能聯(lián)合開(kāi)發(fā)研究（525687200009）資助。

2021-10-29

2022-01-21

潘 超 男，1981年生，副教授，博士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與分析。E-mail：31563018@qq.com

范宮博 男，1997年生，碩士研究生，研究方向?yàn)榫C合能源系統(tǒng)優(yōu)化。E-mail：1820913741@qq.com（通信作者）

（編輯 赫 蕾）