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前言

能(neng)源互(hu)(hu)聯網的(de)(de)快速(su)發展(zhan)與綜(zong)合能(neng)源系(xi)統的(de)(de)建設為低碳經(jing)濟(ji)調(diao)(diao)度(du)提供了良好的(de)(de)平臺。低碳經(jing)濟(ji)調(diao)(diao)度(du)的(de)(de)核心思想是在滿足系(xi)統內(nei)各(ge)設備運行約束條件(jian)的(de)(de)前提下(xia)，盡量降低碳排放量，同時考慮多(duo)種能(neng)源之(zhi)間的(de)(de)互(hu)(hu)補特性。

綜(zong)合能(neng)源系統中存在大(da)量具有碳排放特性的設備，如大(da)型太陽能(neng)熱發電站、儲能(neng)裝置等，這些設備不(bu)僅(jin)能(neng)夠提供(gong)電能(neng)，同(tong)時還具有調節(jie)和儲存功(gong)能(neng)，可以調節(jie)系統中各設備出力。

目(mu)前，將太陽能(neng)熱發電(dian)站和儲能(neng)裝置集成(cheng)到綜合能(neng)源系統(tong)中已經成(cheng)為了一種趨勢，通過這兩種設(she)備(bei)實現對(dui)能(neng)量的(de)靈(ling)活調節、對(dui)需求的(de)靈(ling)活響應(ying)以及(ji)對(dui)負荷特性的(de)靈(ling)活調整(zheng)。

多時間尺度調度

考慮(lv)到綜合(he)能源(yuan)系(xi)統(tong)中(zhong)各(ge)(ge)(ge)子系(xi)統(tong)之間相互影響，本(ben)文將綜合(he)能源(yuan)系(xi)統(tong)中(zhong)的(de)各(ge)(ge)(ge)子系(xi)統(tong)分(fen)為計(ji)劃調(diao)度和(he)實時(shi)調(diao)度兩個層(ceng)面(mian)，其(qi)中(zhong)計(ji)劃調(diao)度層(ceng)面(mian)主要由系(xi)統(tong)中(zhong)的(de)各(ge)(ge)(ge)類儲(chu)能設備承擔(dan)，實時(shi)調(diao)度層(ceng)面(mian)主要由各(ge)(ge)(ge)類分(fen)布(bu)式電(dian)源(yuan)和(he)傳統(tong)熱電(dian)機組承擔(dan)。

計劃調度層面的目(mu)標函數為各子系(xi)統在滿足用(yong)戶需求的基礎上，以最低(di)的發電(dian)成本(ben)(ben)為目(mu)標，最小化系(xi)統總運行成本(ben)(ben)。

考慮到綜合能源系(xi)統中的多(duo)(duo)個子(zi)系(xi)統之間存在著相(xiang)(xiang)互影響關(guan)系(xi)，因此本(ben)文在上(shang)述優化(hua)目標的基礎上(shang)還將考慮到不同子(zi)系(xi)統之間的相(xiang)(xiang)互協(xie)調關(guan)系(xi)，從而提出了(le)多(duo)(duo)時間尺度調度策略。

該策略通過在綜合(he)能源(yuan)系統(tong)中(zhong)建(jian)立多(duo)個時間(jian)尺度調度模(mo)型來協調不同時間(jian)尺度之(zhi)間(jian)的(de)能量交換，進而提高綜合(he)能源(yuan)系統(tong)的(de)運(yun)行效率和經(jing)濟效益(yi)。

多時間尺(chi)度(du)調(diao)度(du)策略一般(ban)可以分(fen)為三種(zhong)：（1）日內(nei)(nei)調(diao)度(du)，在每天的不(bu)同(tong)時間段(duan)內(nei)(nei)，對(dui)各(ge)(ge)子系(xi)統分(fen)別(bie)進(jin)行優化；（2）滾動優化，在每個時間段(duan)內(nei)(nei)對(dui)各(ge)(ge)個子系(xi)統分(fen)別(bie)進(jin)行優化；（3）日前調(diao)度(du)，在整個綜合能源系(xi)統中對(dui)各(ge)(ge)個子系(xi)統分(fen)別(bie)進(jin)行優化。

在日(ri)內調度中(zhong)，傳統的(de)電網(wang)側調度模式是在規定(ding)時(shi)(shi)間(jian)內對(dui)各個(ge)(ge)子系(xi)統進行(xing)聯合(he)優化，而對(dui)于綜(zong)合(he)能源(yuan)系(xi)統中(zhong)不同(tong)子系(xi)統之(zhi)間(jian)以及傳統電網(wang)和綜(zong)合(he)能源(yuan)系(xi)統之(zhi)間(jian)存在著能量(liang)(liang)交(jiao)互關(guan)系(xi)的(de)情況(kuang)下(xia)，電網(wang)側調度模式則需要考慮多(duo)時(shi)(shi)間(jian)尺度下(xia)多(duo)個(ge)(ge)子系(xi)統之(zhi)間(jian)的(de)能量(liang)(liang)交(jiao)換關(guan)系(xi)。

日內(nei)滾動模式則將日內(nei)協調模式的思路進一步(bu)延伸，考慮到各子系(xi)統之間以(yi)及傳(chuan)統電網(wang)和綜合能(neng)(neng)源系(xi)統之間存在著能(neng)(neng)量(liang)交互關系(xi)；

因此(ci)本文在(zai)(zai)日內(nei)滾(gun)動(dong)(dong)優(you)化的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)進一步(bu)考慮到(dao)系(xi)統中(zhong)存在(zai)(zai)著(zhu)儲能(neng)(neng)設(she)備和傳(chuan)統熱電機組(zu)，而這些設(she)備則可(ke)以在(zai)(zai)實時(shi)調(diao)度(du)(du)模式(shi)中(zhong)被調(diao)度(du)(du)到(dao)各(ge)個子系(xi)統中(zhong)，因此(ci)本文在(zai)(zai)日內(nei)滾(gun)動(dong)(dong)優(you)化的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)考慮到(dao)儲能(neng)(neng)設(she)備和傳(chuan)統熱電機組(zu)的(de)調(diao)度(du)(du)策(ce)略。

短期調度

在綜合能(neng)源系(xi)統(tong)中，各(ge)子(zi)系(xi)統(tong)的(de)運行(xing)狀態不(bu)同，而在短期調(diao)度中，各(ge)子(zi)系(xi)統(tong)的(de)運行(xing)狀態會相互(hu)影(ying)響，這就(jiu)需(xu)要協(xie)調(diao)各(ge)子(zi)系(xi)統(tong)的(de)運行(xing)，使綜合能(neng)源系(xi)統(tong)能(neng)夠達到最佳運行(xing)狀態。

考慮(lv)到(dao)風(feng)光(guang)資源具有間歇性，為保證(zheng)各能(neng)源系(xi)統(tong)安全、穩定(ding)、經濟運(yun)行，綜合能(neng)源系(xi)統(tong)短期調(diao)度需要根據(ju)風(feng)電、光(guang)伏和負荷的實時數據(ju)進行相應的日前調(diao)度。

在日(ri)前調度中，綜合(he)能源系統要同時考慮多個可再生能源出力、負荷的(de)不確定(ding)性(xing)及負荷波動性(xing)，為(wei)此(ci)可以將風電(dian)和光伏的(de)預測數據作為(wei)短期調度的(de)參考數據。

考慮到綜合能(neng)源(yuan)系統(tong)的碳排放主要由供(gong)熱(re)(re)系統(tong)產(chan)生，因(yin)此(ci)在短期(qi)調度中需要考慮供(gong)熱(re)(re)系統(tong)碳排放問題(ti)。綜合能(neng)源(yuan)系統(tong)內供(gong)熱(re)(re)系統(tong)主要由三部分組成：

1)太陽(yang)能(neng)集(ji)熱(re)器；2)燃(ran)氣鍋(guo)爐(lu)；3)燃(ran)氣熱(re)水機組。其中(zhong)太陽(yang)能(neng)集(ji)熱(re)器是為了在白天(tian)吸收(shou)熱(re)量(liang)，晚上(shang)放(fang)出熱(re)量(liang)為供暖需求提供能(neng)量(liang)。本(ben)文僅考慮太陽(yang)能(neng)集(ji)熱(re)器和(he)燃(ran)氣鍋(guo)爐(lu)的(de)運行。

考慮到綜合(he)能源系(xi)統內各個能源子(zi)系(xi)統之間具有(you)強耦合(he)性，在短期調度(du)中需要協調各個子(zi)系(xi)統之間的(de)相互影響，為此可以將(jiang)各能源子(zi)系(xi)統視為一個整體(ti)進行(xing)分析(xi)。

為降低運行(xing)成本，綜合能源系(xi)統短期調度可以采用(yong)(yong)優(you)化算法進行(xing)求解，常(chang)用(yong)(yong)的優(you)化算法有(you)粒子群算法、隨機(ji)搜索法和(he)人工(gong)魚群算法。

由于(yu)綜合(he)能源(yuan)系統中(zhong)可(ke)(ke)再生能源(yuan)出(chu)力(li)具(ju)有波動性和(he)間歇性，因此在短期調(diao)度中(zhong)需(xu)要(yao)對風電和(he)光伏出(chu)力(li)進行(xing)相應(ying)的修正，為此可(ke)(ke)以將風電、光伏和(he)負荷分(fen)別(bie)視為隨(sui)機變(bian)量、不確定性變(bian)量和(he)線(xian)性函數。

中期調度

中期調(diao)度(du)(du)(du)是指(zhi)在短期調(diao)度(du)(du)(du)結束后(hou)的(de)一個(ge)時間段(duan)內(nei)，根據短期調(diao)度(du)(du)(du)確定的(de)經濟指(zhi)標進(jin)行(xing)修正，并通過適當的(de)經濟調(diao)度(du)(du)(du)方法將其(qi)結果(guo)應用到中期調(diao)度(du)(du)(du)中，以使系(xi)統(tong)運(yun)行(xing)成本最小。

本(ben)文將中(zhong)期調度(du)分為(wei)三個階段：①不考慮(lv)風電(dian)和負荷預測誤差時的(de)優(you)化；②考慮(lv)風電(dian)、負荷預測誤差和儲能(neng)運行約束(shu)的(de)優(you)化；③考慮(lv)風電(dian)和儲能(neng)運行約束(shu)的(de)優(you)化。

中期調度中，考慮風(feng)電、負荷(he)預測誤差的(de)原因主要(yao)有兩點：①風(feng)電存在(zai)間歇性(xing)，且波動性(xing)較大；②風(feng)電的(de)不確定性(xing)導致系統運行成本增加。

由圖(tu)4可知(zhi)，當風電預(yu)測誤差較大時，中期調度(du)將會增(zeng)(zeng)加系統運行(xing)成本。而在中期調度(du)中通(tong)過增(zeng)(zeng)加儲能設備來彌補預(yu)測誤差，當預(yu)測誤差較小時，可以有效減少系統運行(xing)成本。

在中期調度中，采(cai)用(yong)“線性規劃”求解出滿足中期調度目標的最優解。具體步驟如(ru)下：

在風(feng)電功率(lv)預測誤差較大的(de)情況下，為了彌補風(feng)電出(chu)力(li)的(de)隨(sui)機性，本(ben)文采用“動態規劃”方(fang)法進行優化；

將(jiang)上述優(you)(you)化(hua)結果(guo)與短期調度(du)確(que)定的指(zhi)標(biao)(biao)進行(xing)對比(bi)分析，若兩(liang)者偏(pian)差較小，則繼續進行(xing)下一階段的優(you)(you)化(hua)；若偏(pian)差較大，則將(jiang)二者偏(pian)差值相減(jian)，得到滿足中期調度(du)目(mu)標(biao)(biao)的最優(you)(you)解；

在(zai)中期調(diao)度中考慮儲(chu)能(neng)(neng)設備(bei)的運行約(yue)束(shu)時，采用“拉格(ge)朗日松(song)弛”算(suan)法求解(jie)；將得到的最優解(jie)作(zuo)為儲(chu)能(neng)(neng)設備(bei)的運行約(yue)束(shu)條(tiao)件進行計算(suan)。

可以得(de)到：在中(zhong)(zhong)期調度中(zhong)(zhong)考慮(lv)風電(dian)、負荷預測誤差(cha)時，光伏發電(dian)功(gong)率將(jiang)會隨著風電(dian)功(gong)率的波(bo)動而波(bo)動，因此本文采用“拉格朗日松弛”算法對(dui)系統運行成本進行優化。

若差值(zhi)(zhi)大于0,則將(jiang)二(er)(er)者進(jin)行(xing)線性(xing)組(zu)合得(de)到(dao)下一(yi)(yi)時刻最優解；若差值(zhi)(zhi)小于0,則將(jiang)二(er)(er)者進(jin)行(xing)線性(xing)組(zu)合得(de)到(dao)下一(yi)(yi)時刻最優解。

長期調度

考慮了光熱(re)電(dian)站在夜間(jian)發電(dian)的特性，在夜間(jian)可以對其(qi)進行(xing)(xing)削峰填谷，并利用夜間(jian)儲能裝(zhuang)置，實現儲熱(re)-儲能-調(diao)峰-供冷(leng)的功能，其(qi)運行(xing)(xing)模式(shi)與短期調(diao)度相(xiang)同，將一天內光熱(re)電(dian)站發電(dian)、蓄熱(re)、調(diao)峰、供冷(leng)的情況以日(ri)為周期進行(xing)(xing)統(tong)計。

由于(yu)光熱電站的日平均出(chu)力較為穩定，因此對于(yu)光熱電站的長(chang)期調度可(ke)以(yi)不考(kao)慮其(qi)在(zai)夜間的運行情況(kuang)，即只(zhi)考(kao)慮光熱電站在(zai)夜間的發電情況(kuang)。

為解決(jue)中長(chang)期(qi)調度中儲(chu)能裝置及儲(chu)熱裝置充放電的問(wen)題(ti)，將(jiang)儲(chu)能裝置分為兩種(zhong)：一種(zhong)是(shi)儲(chu)能電池，一種(zhong)是(shi)儲(chu)熱式電池組。

由于光(guang)熱電(dian)站在夜間發電(dian)時，需要(yao)將白天儲(chu)存的熱量放(fang)掉(diao)以保證夜間儲(chu)熱裝置可以工作在較高溫度下，因此(ci)該時間段(duan)內儲(chu)能(neng)裝置和儲(chu)熱式(shi)電(dian)池組需要(yao)滿(man)足以下約束：

綜上所述，在長期調度(du)中可根(gen)據(ju)實際需要設置(zhi)儲(chu)(chu)能(neng)裝(zhuang)置(zhi)的充放(fang)電(dian)周(zhou)期數以及儲(chu)(chu)能(neng)電(dian)池和儲(chu)(chu)熱式電(dian)池組的放(fang)電(dian)功率(lv)。

為(wei)了得到更(geng)加合理(li)的長期調度結(jie)果，本文將儲(chu)(chu)能(neng)裝置(zhi)的充(chong)放電周期設(she)為(wei)7天，并在每(mei)一(yi)天的工(gong)作結(jie)束后(hou)統計(ji)儲(chu)(chu)能(neng)裝置(zhi)的充(chong)放電功率，根(gen)據(ju)儲(chu)(chu)能(neng)裝置(zhi)充(chong)放電功率得到儲(chu)(chu)能(neng)裝置(zhi)每(mei)天的充(chong)放電時(shi)間(jian)。

考(kao)慮到光熱(re)(re)電站(zhan)在夜(ye)間發電時會(hui)產生一定的(de)熱(re)(re)量，因此將儲熱(re)(re)裝置(zhi)與光熱(re)(re)電站(zhan)的(de)供(gong)冷(leng)功能(neng)進行耦合(he)，即在夜(ye)間將儲熱(re)(re)裝置(zhi)與光熱(re)(re)電站(zhan)進行耦合(he)后(hou)，對儲熱(re)(re)裝置(zhi)的(de)溫(wen)度進行控制以滿足(zu)夜(ye)間供(gong)冷(leng)需求(qiu)。

為(wei)實現光熱電(dian)(dian)站與(yu)綜合能源系統的協調運行，本文將(jiang)光熱電(dian)(dian)站的出(chu)力(li)與(yu)負荷情況以日(ri)為(wei)周期進行統計，并將(jiang)光熱電(dian)(dian)站的日(ri)平均出(chu)力(li)作為(wei)日(ri)調度量，而將(jiang)負荷情況作為(wei)日(ri)調度約束。

本文對(dui)長(chang)期調(diao)度模型(xing)進行了改進，并針(zhen)對(dui)其(qi)在中長(chang)期調(diao)度中存在的問題進行了分析。

通(tong)過模(mo)型可(ke)以看(kan)出(chu)，在中(zhong)長(chang)期(qi)調度(du)中(zhong)增加(jia)儲能裝(zhuang)置與光熱電站耦合后可(ke)以使綜(zong)合能源(yuan)系(xi)統更加(jia)平穩(wen)地運(yun)行(xing)。

這不僅(jin)使(shi)中長期(qi)調度可以更好地適應不同(tong)時間段內熱電聯(lian)供系統出力(li)與負(fu)荷(he)變化情況，也可以提高中長期(qi)調度模型的可擴展(zhan)性。

低碳調度

近年來，隨著經濟發展和環境(jing)保護意(yi)識的增強，傳(chuan)統(tong)能源的生產(chan)和消費模式對生態環境(jing)產(chan)生了很(hen)大的負面影(ying)響。

中國政府提出(chu)了“碳(tan)達峰”、“碳(tan)中和(he)”的目標(biao)，作為最(zui)大(da)能源消費國和(he)二氧化碳(tan)排放國，我國需要積極推動能源結構低碳(tan)轉型。在此背(bei)景下(xia)，綜合(he)能源系(xi)統(tong)中各主(zhu)體之間的協調優化變得更加(jia)重要。

多時間尺度(du)(du)綜(zong)合(he)能源系(xi)統(tong)低碳調(diao)(diao)度(du)(du)能夠在綜(zong)合(he)能源系(xi)統(tong)運(yun)行過程(cheng)中，實時地調(diao)(diao)整(zheng)各主(zhu)體之間的(de)運(yun)行關系(xi)，確(que)保系(xi)統(tong)低碳經(jing)濟運(yun)行。但現有研(yan)究在優化目標(biao)(biao)和約束(shu)條件(jian)上尚不能滿(man)足(zu)低碳調(diao)(diao)度(du)(du)對(dui)效(xiao)率、成(cheng)本和碳排(pai)放等指(zhi)標(biao)(biao)的(de)要求。

首先，在低碳目標(biao)下(xia)，各主(zhu)體優化(hua)目標(biao)是(shi)最大(da)化(hua)各自利(li)潤(run)，但現有研究對綜合能源系統中各主(zhu)體間利(li)益(yi)分配機制(zhi)缺乏考慮，也未建立一套(tao)有效(xiao)的(de)激勵(li)機制(zhi)促(cu)進各主(zhu)體利(li)益(yi)分配。

其次，在(zai)約束條件(jian)上，現有研究僅考慮了風電(dian)、光伏(fu)發(fa)電(dian)等(deng)可再生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)接入引起的碳排(pai)(pai)放約束和(he)電(dian)力系統運(yun)(yun)行過程中(zhong)造成的碳排(pai)(pai)放約束，忽(hu)略了碳排(pai)(pai)放成本對綜合(he)能(neng)(neng)源(yuan)系統運(yun)(yun)行的影(ying)響。

本文提出(chu)一種新的低(di)碳(tan)(tan)調度模式：首先根(gen)據各主(zhu)(zhu)體(ti)自身成本效益評估結(jie)果(guo)確定(ding)(ding)各主(zhu)(zhu)體(ti)在低(di)碳(tan)(tan)目(mu)標下的最優運(yun)行狀(zhuang)態(tai)；然后通過(guo)系統運(yun)行約束條件將多時(shi)(shi)間尺度綜合能源系統運(yun)行狀(zhuang)態(tai)劃分(fen)為(wei)多個(ge)時(shi)(shi)段并(bing)結(jie)合碳(tan)(tan)排(pai)放成本來確定(ding)(ding)各個(ge)時(shi)(shi)段內各主(zhu)(zhu)體(ti)的最優運(yun)行狀(zhuang)態(tai)；

最后通(tong)過系統運行(xing)約(yue)束(shu)條件將各個時(shi)段(duan)內各主(zhu)體最優運行(xing)狀態劃分為不同時(shi)間(jian)尺(chi)度進行(xing)優化調(diao)度。該(gai)調(diao)度模(mo)式(shi)可(ke)根(gen)據不同時(shi)間(jian)尺(chi)度綜合能源(yuan)系統實際情況靈活選(xuan)擇(ze)相應的調(diao)度模(mo)式(shi)。

筆者觀點

本文(wen)首先(xian)通過對低(di)碳經濟調度的(de)研究，為新能(neng)源(yuan)消納和綜合(he)能(neng)源(yuan)系統的(de)規(gui)劃、運行提供了指導方向(xiang)；

其次(ci)，文中對含光熱電站(zhan)的(de)綜合能(neng)源系(xi)統進(jin)行了深入的(de)研究(jiu)，提出了一種(zhong)含光熱電站(zhan)的(de)綜合能(neng)源系(xi)統低碳經濟調度模型，為(wei)實現多時間尺度下(xia)多能(neng)互補、源網協調提供了一種(zhong)思路；

最后，通過對(dui)多(duo)時間(jian)尺(chi)度(du)低碳經(jing)濟(ji)調(diao)(diao)度(du)模(mo)型(xing)的(de)仿真(zhen)分析，驗證了(le)所(suo)提模(mo)型(xing)的(de)有(you)(you)效性和可行性，表明(ming)該模(mo)型(xing)能實現對(dui)多(duo)時間(jian)尺(chi)度(du)下綜合能源系(xi)統(tong)優化(hua)運行、低碳經(jing)濟(ji)調(diao)(diao)度(du)、運行風(feng)險和多(duo)能互補協(xie)調(diao)(diao)等方面(mian)進行有(you)(you)效地分析和優化(hua)。

參考文獻

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