摘 要： 為探究電、氣熱泵協(xié)同優(yōu)化效果，提出多源熱泵協(xié)同運行的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)（RIES）經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。首先，對電、氣熱泵技術(shù)特性進(jìn)行對比闡述，并基于能量樞紐對電、氣熱泵多能互補運行工況下系統(tǒng)各類能量流進(jìn)行分析;其次，根據(jù)電、氣能源價格優(yōu)勢，在谷電時段利用電熱泵進(jìn)行電冷能源耦合供能，在電價高峰時段通過氣熱泵進(jìn)行氣冷替代供能，改善系統(tǒng)用電負(fù)荷峰谷特性與降低運行成本;最后，以系統(tǒng)成本最優(yōu)建立電、氣熱泵協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型，采用CPLEX軟件進(jìn)行求解。算例表明：電、氣熱泵協(xié)同運行能夠充分發(fā)揮二者優(yōu)勢，降低系統(tǒng)運行成本的同時優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線交互功率波動，并且所提出的方法具有良好的環(huán)保效益。

關(guān)鍵詞： 區(qū)域綜合能源系統(tǒng); 空氣源熱泵; 天然氣熱泵; 峰谷特性; 優(yōu)化調(diào)度

中圖分類號： TM61

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 2095-8188（2024）04-0013-09

DOI： 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.04.002

Economic Dispatch of Regional Integrated Energy System Based on Collaborative Optimization of Multi-Source Heat Pumps

JIANG Tao ZHOU Huijuan ZHANG Qimeng3， ZHOU Weiran XU Zhen4

（1.Shibei Electric Power Supply Branch Company， State Grid Chongqing Electric Power Company， Chongqing 401147， China;

2.Marketing Service Center of State Grid Henan Electric Power Company， Zhenzhou 450000， China;

3.Chengdong Power Supply Branch， State Grid Tianjin Electric Power Company， Tianjin 300250， China;

4.Cangxi Electric Power Supply Branch Company， State Grid Sichuan Electric Power Company， Guangyuan 628000， China）

Abstract： To explore the synergistic optimization effect of electric heat pump and gas heat pump， a regional comprehensive energy system（RIES） economic dispatch method for the coordinated operation of multi-source heat pump systems is proposed. Firstly， a comparative exposition of the technical characteristics of electric heat pump and gas heat pump is conducted. Based on the energy hub， various energy flows of the system under the multi energy complementary operating conditions of electric heat pump and gas heat pump are analyzed. Secondly， based on the price advantages of electricity and gas energy， electric heat pump is used for electric cold energy coupling during peak electricity periods， and gas cooling is replaced by gas heat pump during peak electricity prices to improve the peak valley characteristics and operating costs of the system's electricity load. Finally， a collaborative optimization dispatch model for electric heat pump and gas heat pump is established with the optimal system cost ，and solved by using CPLEX software. The calculation example shows that the coordinated operation of electric heat pump and gas heat pump can fully leverage the advantages to reduce the operating cost of the system and optimize the interaction power fluctuation of the interconnection line. Moreover， the proposed method has good environmental benefits.

Key words： regional integrated energy system; air source heat pump; gas heat pump; peak valley characteristics; optimization dispatch

0 引 言

熱泵技術(shù)是一種利用高位能驅(qū)動熱量由低位熱源流向高位熱源的新能源技術(shù)，具有節(jié)能高效、運行環(huán)保的特性，已成為實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的有效手段之一［1］。區(qū)域綜合能源系統(tǒng)（RIES）位于終端用戶側(cè)，打破了傳統(tǒng)能源單獨規(guī)劃、獨立運行的局面，將區(qū)域內(nèi)多種能源進(jìn)行集成耦合，形成互補互濟(jì)多元化供能模式，有效提高了系統(tǒng)綜合用能效率，減少了污染排放［2-8］。

將熱泵技術(shù)應(yīng)用于RIES中，通過協(xié)調(diào)電、熱、冷等各類能源調(diào)度出力，從而實現(xiàn)系統(tǒng)多能互補經(jīng)濟(jì)運行成為當(dāng)前國內(nèi)外研究熱點。文獻(xiàn)［9-10］在冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)中引入空氣源熱泵（ASHP）參與優(yōu)化調(diào)度，通過解耦能量約束降低了微網(wǎng)運行成本。文獻(xiàn)［11］通過在熱負(fù)荷高峰利用ASHP消納棄風(fēng)，從而促進(jìn)了風(fēng)電并網(wǎng)消納，降低了系統(tǒng)運行成本。文獻(xiàn)［12］提出了地源熱泵（GSHP）與電熱綜合需求響應(yīng)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方法，源荷協(xié)同作用有效提高了RIES調(diào)度靈活性。文獻(xiàn)［13］提出了GSHP與電動汽車協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法，實現(xiàn)了用電負(fù)荷“削峰填谷”。文獻(xiàn)［14-15］提出基于熱泵群靈活調(diào)節(jié)的聯(lián)絡(luò)線傳輸功率平滑策略，通過動態(tài)調(diào)整熱泵群負(fù)荷以降低聯(lián)絡(luò)線傳輸功率波動與系統(tǒng)運行成本。上述文獻(xiàn)均在多能互補能源系統(tǒng)中引入電驅(qū)動型熱泵參與優(yōu)化調(diào)度，并通過仿真驗證了其經(jīng)濟(jì)節(jié)能有效性。然而，熱泵按照驅(qū)動能源分類，可劃分為電驅(qū)動型熱泵與燃?xì)怛?qū)動型熱泵等，而上述研究均只針對電驅(qū)動型熱泵展開，并未對燃?xì)怛?qū)動型熱泵參與多能互補優(yōu)化調(diào)度的效果進(jìn)行深入分析。

燃?xì)鉄岜茫℅HP）是以天然氣為驅(qū)動能源進(jìn)行逆卡諾循環(huán)的熱泵機組，運行過程中不依靠電力，與電驅(qū)動熱泵相比各具優(yōu)勢［16］。現(xiàn)階段，有關(guān)GHP的研究多集中于機組性能優(yōu)化層面，而對其參與的多能互補優(yōu)化調(diào)度研究較少。文獻(xiàn)［17］基于配置與運行雙重目的，建立考慮GHP定容的RIES雙層優(yōu)化模型，通過協(xié)調(diào)電氣熱冷多類能源，實現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行。文獻(xiàn)［18］研究了GHP與需求響應(yīng)的削峰作用，通過源荷協(xié)同調(diào)峰，提高了系統(tǒng)供能能力與運行經(jīng)濟(jì)性。上述文獻(xiàn)分析了GHP的多能互補優(yōu)化特性，但研究均只圍繞單一燃?xì)庑蜔岜脵C組展開，并未對電、氣兩類熱泵機組參與多能協(xié)同優(yōu)化運行的效果進(jìn)行探討。

為此，本文以實現(xiàn)夏季RIES優(yōu)化運行為目的，提出了基于多源熱泵協(xié)同運行的RIES經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。首先，建立了風(fēng)、光、儲、冷熱電聯(lián)供（CCHP）以及電、氣熱泵協(xié)同運行的RIES調(diào)度架構(gòu);其次，根據(jù)電、氣能源價格優(yōu)勢，利用ASHP-GHP協(xié)同運行降低RIES運行成本的同時改善系統(tǒng)用電負(fù)荷峰谷特性;此外，采用負(fù)荷波動率與綜合能效指標(biāo)，對ASHP-GHP協(xié)同運行平滑系統(tǒng)與主網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線交互功率波動以及系統(tǒng)綜合運行能效效果進(jìn)行評估;最后，通過仿真算例驗證了所提方法的經(jīng)濟(jì)環(huán)保優(yōu)勢。

1 ASHP-GHP多能互補運行的RIES調(diào)度架構(gòu)

本文中電熱泵采用ASHP。RIES調(diào)度架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)內(nèi)能量輸入側(cè)為上級主網(wǎng)與天然氣;能量耦合側(cè)為風(fēng)機、光伏、ASHP、GHP以及CCHP;能量需求側(cè)為冷負(fù)荷、電負(fù)荷;儲能環(huán)節(jié)為蓄電池。

1.1 ASHP電-冷耦合轉(zhuǎn)換模型

ASHP制冷工況下，其驅(qū)動能源為電能，通過逆卡諾循環(huán)將室內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移至室外排放，從而滿足用戶用冷需求。其物理模型［19］為

PASHP，c（t）=PASHP（t）ηASHP，c（1）

式中： PASHP（t）——t時段ASHP消耗電能;

PASHP，c（t）——t時段ASHP輸出冷能;

ηASHP，c——ASHP電制冷能效。

1.2 GHP氣冷耦合轉(zhuǎn)換模型

GHP運行過程中不依靠電力能源。制冷工況下，以燃?xì)鉃轵?qū)動源將室內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移至室外形成制冷效果。其物理模型［20］為

PGHP，c（t）=PGHP（t）ηGHP，c（2）

ηGHP，c=1－ηge+ηgeCHP（3）

式中： PGHP（t）——t時段GHP消耗天然氣熱量;

PGHP，c（t）——t時段GHP輸出冷能;

ηGHP，c——GHP氣冷轉(zhuǎn)換效率;

ηge——GHP天然氣發(fā)動機效率;

CHP——熱泵機組制冷效率。

1.3 電、氣熱泵綜合對比分析

針對ASHP、GHP應(yīng)用條件及技術(shù)參數(shù)的不同，對二者進(jìn)行綜合對比分析。電、氣熱泵綜合對比如表1所示。隨著我國城鎮(zhèn)化的發(fā)展，夏季居民空調(diào)負(fù)荷急劇增加，造成電力負(fù)荷峰谷差進(jìn)一步拉大，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。GHP燃?xì)馐娇照{(diào)的使用，能夠在實現(xiàn)同等制冷效果的同時，替代電空調(diào)以緩解用電高峰電網(wǎng)調(diào)峰壓力。

1.4 基于能量樞紐的電、氣熱泵協(xié)同運行分析

能量樞紐是描述多能源輸入、多能源輸出的雙端口模型［21］。對能量樞紐中的供能設(shè)備類型及其配置容量進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣熱冷等多類能源互補互濟(jì)，協(xié)同運行，從而提高系統(tǒng)運行的靈活性與經(jīng)濟(jì)性?？紤]ASHP-GHP協(xié)同運行的能量樞紐模型為

PePc=1ληcchp，e0ληcchp，c+μηGHP，cPgridPgas+Pw+Pv+Ps-PASHPPASHPηASHP，c（4）

式中： Pe——系統(tǒng)電負(fù)荷需求;

Pc——系統(tǒng)冷負(fù)荷需求;

ηcchp，e——CCHP電效率;

ηcchp，c——CCHP冷效率;

λ——CCHP的天然氣分配系數(shù);

μ——GHP的天然氣分配系數(shù)（滿足λ+μ=1）;

Pgrid——系統(tǒng)與主網(wǎng)交互功率;

Pgas——系統(tǒng)輸入天然氣熱量;

Pw——系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電功率;

Pv——光伏發(fā)電功率;

Ps——儲能裝置蓄電池電功率。

通過調(diào)整各時段CCHP與GHP天然氣分配系數(shù)λ、μ，從而實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)電、冷、氣能量流動的優(yōu)化。如在用電負(fù)荷低谷時段，通過提高GHP天然氣分配系數(shù)μ以替代CCHP承擔(dān)盡可能多的冷負(fù)荷，從而利用低谷購電優(yōu)勢降低系統(tǒng)運行成本;在電力負(fù)荷高峰，通過擴大CCHP天然氣分配系數(shù)λ占比，使冷負(fù)荷盡量由CCHP承擔(dān)，從而最大化燃?xì)廨啓C發(fā)電功率，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。

2 ASHP-GHP協(xié)同運行策略

ASHP-GHP協(xié)同運行原理如圖2所示。ASHP作為電力驅(qū)動的電冷能源耦合轉(zhuǎn)換裝置，在峰谷分時電價作用下能夠成為RIES負(fù)荷峰谷差調(diào)節(jié)的有效手段。在電價低谷Toff時段，利用谷電價格優(yōu)勢調(diào)用ASHP進(jìn)行供冷，從而抬升電力負(fù)荷低谷用電量。其中，ΔP1區(qū)域為ASHP用電區(qū)。然而，在電價高峰Ton時段，僅依靠CCHP進(jìn)行供冷無法滿足系統(tǒng)用冷需求，此時段ASHP進(jìn)行電制冷，將導(dǎo)致用電負(fù)荷“峰上加峰”，從而進(jìn)一步增加系統(tǒng)電力調(diào)峰難度，其中ΔP2區(qū)域為ASHP在電力負(fù)荷高峰增加的用電負(fù)荷。

考慮電、氣能源互補特性，在電價高峰Ton時段，利用GHP進(jìn)行氣冷能源耦合供能，以替代ASHP參與供能調(diào)度，從而在提供相同制冷功率的同時確保電力高峰用電負(fù)荷維持原始電力負(fù)荷不變。

3 ASHP-GHP協(xié)同運行的RIES調(diào)度模型

3.1 目標(biāo)函數(shù)

為充分利用電、氣熱泵優(yōu)勢，二者協(xié)同優(yōu)化運行，在滿足用能負(fù)荷條件下，實現(xiàn)RIES節(jié)能經(jīng)濟(jì)運行。以日前調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)運行成本最小為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)。

mcost=∑Tt=1［mf（t）+mc（t）+mn（t）+me（t）］（5）

式中： mcost——調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)總成本;

mf——系統(tǒng)天然氣消耗成本;

mc——機組運行維護(hù)成本;

mn——環(huán)境成本;

me——電能交互成本。

天然氣消耗成本、機組運行維護(hù)成本、環(huán)境成本、電能交互成本的計算公式依次為

mf=∑Tt=1Pcchp，e（t）ηcchp，eLgasmgas+∑Tt=1PGHP，c（t）ηGHP，cLgasmgas（6）

mc=∑Tt=1Pcchp，e（t）mGT+PASHP（t）mASHP+PGHP，c（t）mGHP+Pw（t）mw+Pv（t）mv+Ps（t）ms（7）

mn=∑Tt=1∑Ni=n［Pcchp，e（t）+PASHP（t）+PGHP，c（t）+Pbuy（t）］πimi（8）

me=Pbuy（t）mbuy（t）+Psell（t）msell（t）（9）

式中： Pcchp，e（t）——t時段CCHP電功率;

PASHP（t）——t時段ASHP電功率;

mgas——天然氣購買單價;

Lgas——天然氣低熱值;

mGT——燃?xì)廨啓C單位功率維護(hù)價格;

mASHP——ASHP單位功率維護(hù)價格;

mGHP——GHP單位功率維護(hù)價格;

mw——風(fēng)電單位功率維護(hù)價格;

mv——光伏單位功率維護(hù)價格;

ms——蓄電池單位功率維護(hù)價格;

Pbuy（t）——t時段系統(tǒng)購電功率;

Psell（t）——t時段系統(tǒng)售電功率;

πi——機組單位功率第i種污染物排放量;

mi——第i類污染物單位治理價格;

mbuy（t）——t時段系統(tǒng)購電電價;

msell（t）——t時段系統(tǒng)售電電價。

3.2 約束條件

能量供需平衡約束條件為

Pe（t）=Pcchp，e（t）+Pw（t）+Pv（t）+PASHP（t）+Ps（t）+Pbuy（t）+Psell（t）（10）

Pc（t）=Pcchp，c（t）+PASHP，c（t）+PGHP，c（t）（11）

機組運行約束條件為

Pmincchp，e≤Pcchp，e（t）≤Pmaxcchp，e（12）

Pmincchp，c≤Pcchp，c（t）≤Pmaxcchp，c（13）

PminASHP≤PASHP（t）≤PmaxASHP（14）

PminGHP，c≤PGHP，c（t）≤PmaxGHP，c（15）

儲能運行約束條件為

Pmins≤Ps（t）≤Pmaxs（16）

H（0）=H（T）（17）

聯(lián)絡(luò)線功率輸送約束條件為

Pmingrid≤Pgrid（t）≤Pmaxgrid（18）

網(wǎng)絡(luò)平衡約束條件為

-Pmaxij≤Bij［θi（t）-θj（t）］≤Pmaxij（19）

Qgasqp（t）=sgn（Pgasq，Pgasp）KqpPgasq（t）2-Pgasp（t）2（20）

Pmink≤Pgask（t）≤Pmaxk（21）

式中： Pe（t）——t時段系統(tǒng)電負(fù)荷;

Pc（t）——t時段系統(tǒng)冷負(fù)荷;

Pmaxcchp，e——CCHP機組輸出電功率上限;

Pmincchp，e——CCHP機組輸出電功率下限;

Pmaxcchp，c——CCHP機組輸出冷功率上限;

Pmincchp，c——CCHP機組輸出冷功率下限;

PmaxASHP——ASHP機組輸入電功率上限;

PminASHP——ASHP機組輸入電功率下限;

PmaxGHP，c——GHP機組輸出冷功率上限;

PminGHP，c——GHP機組輸出冷功率下限;

Pmaxs——蓄電池輸出電功率上限;

Pmins——蓄電池輸出電功率下限;

H（0）——蓄電池初始時刻荷電狀態(tài);

H（T）——調(diào)度周期末端時刻荷電狀態(tài);

Pmaxgrid——聯(lián)絡(luò)線傳輸電功率上限;

Pmingrid——聯(lián)絡(luò)線傳輸電功率下限;

Bij——節(jié)點i、j之間電納;

θi（t）——t時段節(jié)點i的電壓相角;

θj（t）——t時段節(jié)點j的電壓相角;

Pmax ij——線路ij間傳輸功率上限;

Qgas qp（t）——t時段節(jié)點q、p間天然氣流量;

Pgas q（t）——t時段節(jié)點q氣壓值;

Pgas p（t）——t時段節(jié)點p氣壓值;

Kqp——綜合參數(shù);

sgn（Pgasq，Pgas p）——t時段節(jié)點q、p間的天然氣流向;

Pmax k——節(jié)點k壓強上限;

Pmin k——節(jié)點k壓強下限。

3.3 負(fù)荷波動率指標(biāo)

采用負(fù)荷波動率指標(biāo)Pload來衡量ASHP-GHP協(xié)同運行下，系統(tǒng)調(diào)度周期內(nèi)用電負(fù)荷波動平抑效果。其值越低則負(fù)荷波動平抑效果越好，從而有效降低系統(tǒng)電壓、頻率由于負(fù)荷急劇變化對供能機組造成的影響。

Pload=∑Tt=2［Pe（t）－Pe（t－1）］2（22）

3.4 綜合能效指標(biāo)

ASHP、GHP同屬于高能效熱泵機組，為了衡量二者協(xié)同運行系統(tǒng)綜合能源利用效率優(yōu)勢，采用綜合能效指標(biāo)Ie對系統(tǒng)能源輸入環(huán)節(jié)與用能環(huán)節(jié)的能效轉(zhuǎn)換率進(jìn)行描述。

Ie=∑Tt=1Pe（t）+∑Tt=1Pc（t）+∑Tt=1Psell（t）∑Tt=1Pbuy（t）εp（1－εg）+∑Tt=1Pgas（t）+∑Tt=1［Pw（t）+Pv（t）］（23）

式中： Pgas（t）——t時段系統(tǒng)消耗天然氣總熱值;

εp——電廠發(fā)電效率;

εg——聯(lián)絡(luò)線輸電線損率。

3.5 模型求解

網(wǎng)絡(luò)平衡約束中氣網(wǎng)潮流包含非線性約束，采用文獻(xiàn)［22］中方法進(jìn)行分段線性化處理，將其轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，在CPLEX12.10版本中進(jìn)行求解。

4 算例分析

4.1 算例數(shù)據(jù)

RIES調(diào)度架構(gòu)如圖3所示。風(fēng)、光、負(fù)荷日前預(yù)測出力如圖4所示。系統(tǒng)各機組主要參數(shù)如表2所示;系統(tǒng)與主網(wǎng)間各時段電價信息如表3所示。污染排放數(shù)據(jù)及機組運維單價數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)［11-12］，其余參數(shù)取值：mgas=2.54元/m3，Lgas=9.7 kW·h/m3，εp=0.35，εg=0.1。

為驗證ASHP-GHP協(xié)同運行方法的經(jīng)濟(jì)能效優(yōu)勢，設(shè)置夏季典型日2種對比場景進(jìn)行仿真分析。

場景一：僅ASHP參與電冷耦合優(yōu)化，無GHP。

場景二：ASHP-GHP協(xié)同運行參與電氣冷能源耦合優(yōu)化。

4.2 算例分析

4.2.1 場景一優(yōu)化調(diào)度結(jié)果

場景一夏季典型日優(yōu)化調(diào)度結(jié)果如圖5所示。在時段1～時段6、時段23～時段24電價低谷時段，系統(tǒng)向主網(wǎng)購電電價低于CCHP度電成本，系統(tǒng)優(yōu)先選擇向主網(wǎng)購電，配合風(fēng)電共同滿足各類用電負(fù)荷;在時段7～時段22電價平峰時段，CCHP度電成本低于系統(tǒng)與主網(wǎng)間購電、售電電價，此時段內(nèi)CCHP盡量最大化發(fā)電出力，以在電能富余時段售電獲利，在用電負(fù)荷高峰減少系統(tǒng)外購電能。在蓄電池調(diào)度周期內(nèi)進(jìn)行低儲高發(fā)，以提高系統(tǒng)用能的靈活性，降低系統(tǒng)運行成本。

ASHP憑借電制冷高能效優(yōu)勢，在時段1～時段6、時段23～時段24電價低谷時段利用低谷電價進(jìn)行優(yōu)先供冷，從而壓縮CCHP“以冷定電”發(fā)電出力，降低系統(tǒng)燃?xì)庀某杀尽Ｔ跁r段7～時段22交互電價較高時段，系統(tǒng)冷負(fù)荷由CCHP優(yōu)先供給，ASHP進(jìn)行輔助制冷。

4.2.2 場景二優(yōu)化調(diào)度結(jié)果

場景二夏季典型日優(yōu)化調(diào)度結(jié)果如圖6所示。在時段1～時段6、時段23～時段24，系統(tǒng)各類用電負(fù)荷需求主要由系統(tǒng)購電功率與風(fēng)電功率共同滿足;在時段7～時段22（電價平峰時段），CCHP最大化發(fā)電出力以降低系統(tǒng)外購電能。蓄電池低儲高發(fā)進(jìn)行套利運行。

在供冷層面，對于時段1～時段6、時段23～時段24時段低谷電價優(yōu)勢，ASHP利用外購電能進(jìn)行優(yōu)先供冷，其中在時段4～時段6、時段23內(nèi)，由于系統(tǒng)購電功率達(dá)到聯(lián)絡(luò)線傳輸功率上限，僅依靠ASHP無法滿足系統(tǒng)用冷需求，而GHP單位制冷成本較CCHP更低，因此系統(tǒng)調(diào)度GHP進(jìn)行輔助供冷;在時段7～時段22（電價平峰時段），系統(tǒng)與主網(wǎng)間購售電電價較高， CCHP優(yōu)先進(jìn)行供冷以最大化燃?xì)廨啓C發(fā)電出力，此時段內(nèi)GHP單位制冷成本低于電制冷機，系統(tǒng)調(diào)用GHP進(jìn)行輔助供冷，其中在時段14～時段16，GHP與CCHP均達(dá)到供冷出力上限，但仍存在部分供冷缺額，此時調(diào)用ASHP進(jìn)行輔助制冷。

4.3 負(fù)荷波動性分析

系統(tǒng)各時段負(fù)荷特性如圖7所示;各場景系統(tǒng)用電負(fù)荷波動率如表4所示。分析可知，場景一中ASHP的使用雖然提高了電價低谷時段系統(tǒng)用電量，但也增加了電價平峰時段用電負(fù)荷，因此系統(tǒng)整體負(fù)荷波動率改善效果并不明顯，調(diào)度周期內(nèi)負(fù)荷波動率Pload僅降低了2.61%;場景二中通過ASHP-GHP協(xié)同運行，有效利用了ASHP低谷電價優(yōu)勢與GHP燃?xì)庵评涮娲┠軆?yōu)勢，調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)負(fù)荷波動率Pload降低了11.49%，從而驗證了ASHP-GHP協(xié)同運行的削峰填谷的有效性。

4.4 成本分析

各場景系統(tǒng)成本如表5所示。場景二充分發(fā)揮ASHP電制冷與GHP燃?xì)庵评涞膬r格優(yōu)勢，二者協(xié)同優(yōu)化實現(xiàn)了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行，調(diào)度周期內(nèi)雖然系統(tǒng)燃料成本有所增加，但系統(tǒng)購電成本降低了40.72%，總成本降低了8.78%。

此外，系統(tǒng)環(huán)境成本在調(diào)度周期內(nèi)降低了20.94%，從而驗證了ASHP-GHP協(xié)同運行的環(huán)保優(yōu)勢。

4.5 綜合能效分析

各場景系統(tǒng)綜合能效如表6所示。運行周期內(nèi)場景二的綜合能源利用效率較場景一提升了9.29%，其主要原因是GHP為氣冷直接耦合供能，避免了電冷供能環(huán)節(jié)中能源二次轉(zhuǎn)換的能量損耗，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)綜合能效的提升。

4.6 能源價格敏感性分析

由于分時電價較為穩(wěn)定，而天然氣價格受全球能源市場影響波動較大，故需考慮天然氣價格波動對ASHP-GHP協(xié)同運行系統(tǒng)運行成本的影響。

天然氣價格波動下各場景運行成本如圖8所示。由圖8可知，無論天然氣價格保持正向波動（0～+15%）或者逆向波動（-15%～0），場景二的系統(tǒng)運行成本均低于場景一，從而驗證了ASHP-GHP協(xié)同運行的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢。此外，在同等天然氣價格波動率情景下，場景一與場景二的系統(tǒng)運行成本偏差值與天然氣價格波動率呈負(fù)相關(guān)特性，即天然氣價格降低越多，則ASHP-GHP協(xié)同運行經(jīng)濟(jì)效益越明顯。

5 結(jié) 語

為驗證多源熱泵協(xié)同運行的經(jīng)濟(jì)節(jié)能優(yōu)勢，通過充分挖掘ASHP電制冷價格優(yōu)勢與GHP供能替代削峰優(yōu)勢，提出了ASHP-GHP協(xié)同運行的RIES經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。算例仿真得到以下結(jié)論：

（1）ASHP-GHP協(xié)同運行能夠充分發(fā)揮二者供能價格優(yōu)勢，調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)總成本降低了8.78%。

（2）在電價低谷時段利用ASHP運行電制冷，在電價高峰利用GHP進(jìn)行氣冷能源耦合以替代供能，能夠有效平抑系統(tǒng)用電負(fù)荷波動，調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)負(fù)荷波動率降低了11.49%。

（3）ASHP與GHP均具有高效的能源轉(zhuǎn)換效率，二者協(xié)同運行系統(tǒng)的綜合能源利用效率提升了9.29%。

（4）本文所提方法具有良好的環(huán)保效益，減少了污染排放，調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)環(huán)境成本降低了20.94%。

（5）ASHP-GHP協(xié)同運行能夠有效應(yīng)對天然氣價格波動，實現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行，且天然氣價格降低越多，ASHP-GHP協(xié)同運行經(jīng)濟(jì)效益越明顯。

【參 考 文 獻(xiàn)】

［1］ 馬一太，代寶民.熱泵在開發(fā)可再生能源領(lǐng)域的作用及其貢獻(xiàn)率的計算方法［J］.制冷學(xué)報，2016，37（2）：65-69.

［2］ 彭石，王承民.綜合能源系統(tǒng)混合能流分析方法綜述［J］.電器與能效管理技術(shù)，2022（9）：1-7，44.

［3］ 張政林，張惠娟，孫文治，等.基于改進(jìn)旗魚算法的綜合能源系統(tǒng)能量管理［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2022，50（22）：142-151.

［4］ 周專，苗帥，邊家瑜，等.基于系統(tǒng)動力學(xué)氫需求預(yù)測與綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化配置研究［J］.電力電容器與無功補償，2023，44（6）：12-22.

［5］ 章禹，郭創(chuàng)新，尹建兵，等.區(qū)域綜合能源系統(tǒng)電-氣多元儲能的優(yōu)化配置研究［J］.浙江電力，2023，42（6）：60-69.

［6］ 胡競秋，張軒，嚴(yán)心然，等.基于主客觀賦權(quán)法的綜合能源系統(tǒng)效益評估方法［J］.廣東電力，2023，36（1）：1-8.

［7］ 龔萍，羅舒琦，張遠(yuǎn)欣，等.綜合能源系統(tǒng)的技術(shù)評價指標(biāo)體系［J］.電器與能效管理技術(shù)，2021（12）：28-33.

［8］ 席佳銘，孫亮，葛沛然，等.考慮電熱需求響應(yīng)的光熱-電熱綜合能源系統(tǒng)源荷協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)調(diào)度［J］.東北電力大學(xué)學(xué)報，2023，43（3）：61-71.

［9］ 王子銘，孫亮，孫立國，等.基于相變儲能熱阻模型的CCHP型微能源網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度［J］.東北電力大學(xué)學(xué)報，2022，42（1）：96-103.

［10］ 成嘉瑋，牟龍華，梁紫雯.基于效率的微能源網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度［J］.電器與能效管理技術(shù)，2021（8）：43-50.

［11］ 姜濤，許真，張勁松，等.考慮源-儲協(xié)同優(yōu)化的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度［J］.浙江電力，2022，41（2）：20-28.

［12］ 崔楊，姜濤，仲悟之，等.考慮風(fēng)電消納的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)源荷協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)調(diào)度［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2020，44（7）：2474-2483.

［13］ 崔楊，姜濤，仲悟之，等.電動汽車與熱泵促進(jìn)風(fēng)電消納的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法［J］.電力自動化設(shè)備，2021，41（2）：1-7.

［14］ 戴世剛，黃文燾，邰能靈，等.基于蓄熱熱泵群靈活控制的電熱微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率平滑策略［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2019，43（5）：1726-1734.

［15］ 施金曉，黃文燾，邰能靈，等.計及群控電熱泵的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率平滑策略［J］.電力自動化設(shè)備，2017，37（6）：201-208.

［16］ 秦朝葵，陳政.燃?xì)鉄岜脩?yīng)用研究現(xiàn)狀［J］.城市燃?xì)猓?018（6）：11-16.

［17］ 姜濤，周慧娟，周煒然，等.考慮燃?xì)鉄岜门渲门c運行的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.浙江電力，2022，41（3）：42-53.

［18］ 姜濤，周慧娟，周煒然，等.基于源荷協(xié)同調(diào)峰的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度［J］.電器與能效管理技術(shù)，2022（9）：8-17.

［19］ 林達(dá)，錢平，張雪松，等.考慮儲能壽命特性的綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)-靈活多目標(biāo)優(yōu)化運行策略［J］.浙江電力，2022，41（1）：26-34.

［20］ 艾欣，陳政琦，孫英云，等.基于需求響應(yīng)的電-熱-氣耦合系統(tǒng)綜合直接負(fù)荷控制協(xié)調(diào)優(yōu)化研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2019，43（4）：1160-1171.

［21］ 喬彥哲，顏寧，馬少華，等.考慮多能互補的綜合能源系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)劃及發(fā)展綜述［J］.電器與能效管理技術(shù)，2019（19）：15-22.

［22］ 孔昱凱，溫步瀛，朱振山，等.含儲能的孤島微電網(wǎng)日前-日內(nèi)協(xié)調(diào)優(yōu)化運行［J］.電器與能效管理技術(shù)，2021（2）：65-74.

收稿日期： 20231227