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前言

能(neng)源(yuan)(yuan)互聯網(wang)的(de)(de)快速(su)發(fa)展與綜合能(neng)源(yuan)(yuan)系(xi)統的(de)(de)建設(she)為低碳(tan)經(jing)濟(ji)調度(du)提供了良(liang)好的(de)(de)平臺。低碳(tan)經(jing)濟(ji)調度(du)的(de)(de)核(he)心思想是在(zai)滿足(zu)系(xi)統內各設(she)備運行約(yue)束條(tiao)件的(de)(de)前提下，盡量降(jiang)低碳(tan)排(pai)放量，同(tong)時考慮多種能(neng)源(yuan)(yuan)之間(jian)的(de)(de)互補特性。

綜合(he)能(neng)源系統(tong)中(zhong)存在大(da)量(liang)具(ju)有碳排放特(te)性(xing)的設(she)備，如大(da)型(xing)太陽能(neng)熱發電(dian)站、儲能(neng)裝置等，這些設(she)備不僅能(neng)夠提供(gong)電(dian)能(neng)，同時還具(ju)有調(diao)節和儲存功能(neng)，可以調(diao)節系統(tong)中(zhong)各設(she)備出力。

目前，將(jiang)太陽能(neng)熱發電站和(he)儲能(neng)裝置集成到綜(zong)合能(neng)源(yuan)系統中已經(jing)成為了一種趨(qu)勢，通過這(zhe)兩種設備實現對能(neng)量(liang)的靈活(huo)調(diao)節、對需求的靈活(huo)響應(ying)以及對負荷特性的靈活(huo)調(diao)整。

多時間尺度調度

考慮(lv)到綜合能(neng)源系統中各(ge)子系統之間相互影響，本文(wen)將綜合能(neng)源系統中的各(ge)子系統分(fen)為(wei)計劃(hua)調度(du)和(he)實時(shi)調度(du)兩個(ge)層面，其中計劃(hua)調度(du)層面主要由(you)系統中的各(ge)類(lei)儲能(neng)設備承擔，實時(shi)調度(du)層面主要由(you)各(ge)類(lei)分(fen)布式電源和(he)傳統熱(re)電機(ji)組承擔。

計劃調度層面的目(mu)標函數為各子系(xi)統在滿足用戶需求的基礎(chu)上，以最(zui)低的發電成本為目(mu)標，最(zui)小化系(xi)統總運行成本。

考慮到綜合能源系(xi)統(tong)中的多個子系(xi)統(tong)之間存(cun)在著(zhu)相互影響關系(xi)，因此本文在上述優(you)化目標(biao)的基礎上還將考慮到不(bu)同子系(xi)統(tong)之間的相互協(xie)調(diao)關系(xi)，從而(er)提出了多時間尺(chi)度(du)調(diao)度(du)策略。

該(gai)策略(lve)通(tong)過在綜合能源(yuan)系(xi)統中建(jian)立多個(ge)時間(jian)(jian)尺度調度模型來(lai)協調不同時間(jian)(jian)尺度之間(jian)(jian)的(de)能量交換(huan)，進而(er)提高綜合能源(yuan)系(xi)統的(de)運行(xing)效率和(he)經(jing)濟(ji)效益。

多時間(jian)尺(chi)度(du)調(diao)度(du)策略(lve)一般(ban)可(ke)以分為三種：（1）日(ri)(ri)內調(diao)度(du)，在每(mei)天的(de)不同時間(jian)段(duan)內，對各(ge)子(zi)系(xi)統分別(bie)(bie)進行優化(hua)；（2）滾(gun)動優化(hua)，在每(mei)個時間(jian)段(duan)內對各(ge)個子(zi)系(xi)統分別(bie)(bie)進行優化(hua)；（3）日(ri)(ri)前調(diao)度(du)，在整個綜合(he)能(neng)源系(xi)統中對各(ge)個子(zi)系(xi)統分別(bie)(bie)進行優化(hua)。

在(zai)日內調度(du)(du)中(zhong)，傳統(tong)(tong)的電網(wang)側(ce)調度(du)(du)模式是(shi)在(zai)規定時間(jian)(jian)內對各個子系統(tong)(tong)進行聯合優化(hua)，而對于(yu)綜合能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系統(tong)(tong)中(zhong)不同子系統(tong)(tong)之間(jian)(jian)以及傳統(tong)(tong)電網(wang)和綜合能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系統(tong)(tong)之間(jian)(jian)存在(zai)著(zhu)能(neng)(neng)(neng)量(liang)交互關(guan)系的情況下，電網(wang)側(ce)調度(du)(du)模式則需要(yao)考慮(lv)多時間(jian)(jian)尺度(du)(du)下多個子系統(tong)(tong)之間(jian)(jian)的能(neng)(neng)(neng)量(liang)交換關(guan)系。

日內(nei)滾動模式則(ze)將日內(nei)協調模式的(de)思路進一(yi)步(bu)延伸，考慮(lv)到各子系統之間以(yi)及傳統電網和綜合能(neng)(neng)源系統之間存在著能(neng)(neng)量交互關(guan)系；

因(yin)此(ci)本文(wen)在(zai)日(ri)內(nei)滾動優化(hua)的(de)基礎上進一步考慮到系(xi)統中存在(zai)著(zhu)儲能設備和(he)傳統熱(re)電(dian)機(ji)組，而這些設備則(ze)可以在(zai)實時調(diao)度(du)模(mo)式中被調(diao)度(du)到各個子(zi)系(xi)統中，因(yin)此(ci)本文(wen)在(zai)日(ri)內(nei)滾動優化(hua)的(de)基礎上考慮到儲能設備和(he)傳統熱(re)電(dian)機(ji)組的(de)調(diao)度(du)策略。

短期調度

在綜合(he)能(neng)源(yuan)(yuan)系統(tong)中，各子(zi)系統(tong)的運行(xing)(xing)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)不同，而在短期(qi)調度中，各子(zi)系統(tong)的運行(xing)(xing)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)會相互影(ying)響，這就需(xu)要協(xie)調各子(zi)系統(tong)的運行(xing)(xing)，使綜合(he)能(neng)源(yuan)(yuan)系統(tong)能(neng)夠達到最佳(jia)運行(xing)(xing)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)。

考慮到風(feng)光資源(yuan)具有(you)間歇性，為保(bao)證(zheng)各(ge)能(neng)源(yuan)系(xi)統安全、穩定、經濟(ji)運行，綜合(he)能(neng)源(yuan)系(xi)統短期(qi)調度需(xu)要根據(ju)風(feng)電、光伏和負荷的實(shi)時(shi)數據(ju)進(jin)行相應的日(ri)前(qian)調度。

在日前調(diao)度中(zhong)，綜(zong)合(he)能源(yuan)系統要同時考(kao)慮多個可(ke)再(zai)生能源(yuan)出力(li)、負(fu)荷的不確定性及負(fu)荷波(bo)動性，為此可(ke)以將風(feng)電和光伏(fu)的預測數(shu)據(ju)作為短期調(diao)度的參考(kao)數(shu)據(ju)。

考慮到綜合(he)能源系統(tong)的碳排放主要(yao)由(you)供熱(re)(re)系統(tong)產生，因此在短期調度中需(xu)要(yao)考慮供熱(re)(re)系統(tong)碳排放問題(ti)。綜合(he)能源系統(tong)內供熱(re)(re)系統(tong)主要(yao)由(you)三部(bu)分組成(cheng)：

1)太陽能(neng)集熱(re)器(qi)(qi)；2)燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)鍋爐(lu)；3)燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)熱(re)水機組。其中太陽能(neng)集熱(re)器(qi)(qi)是為(wei)了在(zai)白(bai)天(tian)吸收熱(re)量(liang)，晚上放出熱(re)量(liang)為(wei)供(gong)暖需求(qiu)提供(gong)能(neng)量(liang)。本文僅(jin)考慮(lv)太陽能(neng)集熱(re)器(qi)(qi)和燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)鍋爐(lu)的運行。

考慮到綜合(he)能源(yuan)系(xi)統(tong)內各個(ge)能源(yuan)子(zi)系(xi)統(tong)之間(jian)具有強(qiang)耦合(he)性，在短期調度中需要協調各個(ge)子(zi)系(xi)統(tong)之間(jian)的相互影響(xiang)，為(wei)(wei)此(ci)可以將各能源(yuan)子(zi)系(xi)統(tong)視為(wei)(wei)一個(ge)整體進(jin)行分析。

為降低(di)運行成本，綜合能(neng)源(yuan)系統(tong)短(duan)期調度(du)可(ke)以采用優(you)(you)化算法(fa)進行求解，常用的優(you)(you)化算法(fa)有粒(li)子群算法(fa)、隨機搜索(suo)法(fa)和(he)人(ren)工魚群算法(fa)。

由于(yu)綜合能源系統(tong)中可再生能源出力具有波動(dong)性(xing)和(he)(he)間歇(xie)性(xing)，因此在短期調(diao)度中需要對風(feng)(feng)電和(he)(he)光伏(fu)出力進行(xing)相應的修(xiu)正，為此可以將風(feng)(feng)電、光伏(fu)和(he)(he)負荷分別(bie)視(shi)為隨機變量、不確定性(xing)變量和(he)(he)線性(xing)函數。

中期調度

中(zhong)期調度(du)(du)是指(zhi)在(zai)短期調度(du)(du)結束后的一個時間段內(nei)，根據短期調度(du)(du)確(que)定的經濟指(zhi)標進(jin)行修正(zheng)，并(bing)通(tong)過適當的經濟調度(du)(du)方(fang)法將其結果應用到中(zhong)期調度(du)(du)中(zhong)，以使系(xi)統(tong)運行成本最小(xiao)。

本文(wen)將中期調度分為三個階(jie)段：①不考慮風電(dian)和負荷預(yu)測誤(wu)差(cha)時的(de)優化；②考慮風電(dian)、負荷預(yu)測誤(wu)差(cha)和儲(chu)能運(yun)行(xing)約(yue)束的(de)優化；③考慮風電(dian)和儲(chu)能運(yun)行(xing)約(yue)束的(de)優化。

中期(qi)調度(du)中，考慮風電(dian)、負(fu)荷預測(ce)誤差的(de)原因主要有(you)兩點：①風電(dian)存在間歇性，且波動性較大；②風電(dian)的(de)不確(que)定性導致系統運行(xing)成本增(zeng)加。

由圖4可知，當風(feng)電預(yu)測(ce)誤(wu)差(cha)較大時(shi)(shi)，中期(qi)調度將(jiang)會(hui)增加系(xi)統運行成(cheng)本(ben)(ben)。而(er)在中期(qi)調度中通過增加儲能(neng)設(she)備來(lai)彌補預(yu)測(ce)誤(wu)差(cha)，當預(yu)測(ce)誤(wu)差(cha)較小時(shi)(shi)，可以有效(xiao)減少系(xi)統運行成(cheng)本(ben)(ben)。

在中期調度中，采用“線性規劃(hua)”求解出滿足中期調度目(mu)標的(de)最(zui)優解。具體步驟(zou)如(ru)下：

在風電功率預測(ce)誤差較大的情(qing)況下，為了彌補風電出力的隨機性(xing)，本文(wen)采(cai)用“動態規劃(hua)”方法進(jin)行優化；

將上述優(you)(you)化(hua)結(jie)果與短期調(diao)度(du)(du)確定的指標進行對比分析，若(ruo)兩者(zhe)偏差(cha)較(jiao)小，則繼續進行下一階段的優(you)(you)化(hua)；若(ruo)偏差(cha)較(jiao)大，則將二(er)者(zhe)偏差(cha)值相減(jian)，得到滿足中期調(diao)度(du)(du)目(mu)標的最優(you)(you)解；

在中期(qi)調度中考慮儲能設(she)備的(de)運(yun)行(xing)約束(shu)時，采用“拉格(ge)朗(lang)日松弛”算(suan)法求解(jie)；將得到的(de)最優解(jie)作為儲能設(she)備的(de)運(yun)行(xing)約束(shu)條件進行(xing)計(ji)算(suan)。

可以(yi)得到：在中期調度中考(kao)慮風電(dian)(dian)、負荷預測誤差時，光(guang)伏發電(dian)(dian)功率(lv)將會隨(sui)著風電(dian)(dian)功率(lv)的波(bo)動(dong)而波(bo)動(dong)，因此本(ben)文采用“拉格朗日松弛”算法對系統運行成本(ben)進行優化。

若差值大于0,則(ze)將二(er)者進行線(xian)(xian)性組合(he)得到(dao)下(xia)一時刻最優解；若差值小于0,則(ze)將二(er)者進行線(xian)(xian)性組合(he)得到(dao)下(xia)一時刻最優解。

長期調度

考(kao)慮了光熱電(dian)站在(zai)夜間(jian)(jian)發電(dian)的(de)特性(xing)，在(zai)夜間(jian)(jian)可(ke)以對其(qi)進行削峰填谷，并(bing)利用夜間(jian)(jian)儲(chu)能(neng)裝(zhuang)置，實現儲(chu)熱-儲(chu)能(neng)-調峰-供冷的(de)功能(neng)，其(qi)運行模(mo)式與(yu)短(duan)期調度相同，將一天內(nei)光熱電(dian)站發電(dian)、蓄熱、調峰、供冷的(de)情況以日為周期進行統計。

由于光熱(re)(re)電(dian)站(zhan)的日平均出力較為穩定，因此對于光熱(re)(re)電(dian)站(zhan)的長期調(diao)度(du)可以不考慮其在夜間的運行(xing)情況(kuang)，即只考慮光熱(re)(re)電(dian)站(zhan)在夜間的發(fa)電(dian)情況(kuang)。

為解決中(zhong)長期(qi)調度中(zhong)儲(chu)(chu)能裝置(zhi)(zhi)及儲(chu)(chu)熱(re)裝置(zhi)(zhi)充放電的問題(ti)，將儲(chu)(chu)能裝置(zhi)(zhi)分為兩(liang)種(zhong)：一(yi)種(zhong)是儲(chu)(chu)能電池，一(yi)種(zhong)是儲(chu)(chu)熱(re)式電池組。

由于光熱(re)(re)電(dian)(dian)站在夜(ye)間(jian)發(fa)電(dian)(dian)時，需要(yao)將白天儲存的熱(re)(re)量放(fang)掉(diao)以(yi)保證(zheng)夜(ye)間(jian)儲熱(re)(re)裝置可以(yi)工作在較高溫(wen)度(du)下，因此該時間(jian)段內儲能裝置和(he)儲熱(re)(re)式(shi)電(dian)(dian)池組需要(yao)滿(man)足以(yi)下約束：

綜上所述，在長期調度(du)中可根(gen)據實際需要設置儲(chu)能裝置的充放電周期數以及儲(chu)能電池和儲(chu)熱式電池組(zu)的放電功率。

為了得到更(geng)加合(he)理的(de)(de)長期調度結(jie)果，本文將儲能(neng)裝(zhuang)置的(de)(de)充放(fang)電(dian)(dian)周(zhou)期設為7天(tian)，并在每一天(tian)的(de)(de)工作結(jie)束后統計儲能(neng)裝(zhuang)置的(de)(de)充放(fang)電(dian)(dian)功率，根據儲能(neng)裝(zhuang)置充放(fang)電(dian)(dian)功率得到儲能(neng)裝(zhuang)置每天(tian)的(de)(de)充放(fang)電(dian)(dian)時間。

考(kao)慮到光熱電站(zhan)(zhan)在夜間(jian)發電時會(hui)產生一定的(de)熱量，因此將(jiang)儲(chu)熱裝(zhuang)置(zhi)與光熱電站(zhan)(zhan)的(de)供(gong)冷功能進行(xing)耦合，即在夜間(jian)將(jiang)儲(chu)熱裝(zhuang)置(zhi)與光熱電站(zhan)(zhan)進行(xing)耦合后，對儲(chu)熱裝(zhuang)置(zhi)的(de)溫度進行(xing)控制以(yi)滿(man)足夜間(jian)供(gong)冷需求。

為實(shi)現光熱(re)電(dian)站(zhan)(zhan)與(yu)綜合能源系統的協調(diao)運(yun)行，本(ben)文將光熱(re)電(dian)站(zhan)(zhan)的出(chu)力(li)與(yu)負荷情(qing)況以日(ri)為周期進(jin)行統計，并將光熱(re)電(dian)站(zhan)(zhan)的日(ri)平均出(chu)力(li)作(zuo)為日(ri)調(diao)度量，而將負荷情(qing)況作(zuo)為日(ri)調(diao)度約束(shu)。

本文對(dui)長期調度模型進行了改進，并針對(dui)其在中長期調度中存(cun)在的問題進行了分析。

通過(guo)模型可以(yi)看出，在中長(chang)期調度中增(zeng)加儲(chu)能(neng)裝置與光熱電站耦合后可以(yi)使綜合能(neng)源系統更加平穩地運行。

這不(bu)僅(jin)使(shi)中(zhong)長期(qi)(qi)調度(du)(du)可以(yi)更好地(di)適應不(bu)同(tong)時間段(duan)內熱電聯供系統出力與(yu)負荷變化情況，也(ye)可以(yi)提高中(zhong)長期(qi)(qi)調度(du)(du)模型的可擴展性。

低碳調度

近年來，隨著經濟發(fa)展和環境(jing)保護意識的(de)增強(qiang)，傳統能(neng)源的(de)生(sheng)產(chan)和消費模(mo)式對生(sheng)態(tai)環境(jing)產(chan)生(sheng)了很大的(de)負面影響。

中國政府提出了“碳達峰”、“碳中和”的目標，作為最(zui)大能源消費國和二氧化碳排放(fang)國，我國需要(yao)積極推動能源結構低碳轉型。在(zai)此背(bei)景(jing)下，綜(zong)合能源系(xi)統中各主體(ti)之(zhi)間的協調優化變(bian)得更加重要(yao)。

多時間尺(chi)度(du)綜合(he)能源(yuan)系統(tong)低(di)碳(tan)調(diao)(diao)度(du)能夠(gou)在綜合(he)能源(yuan)系統(tong)運行(xing)過程中，實時地調(diao)(diao)整各主體(ti)之間的運行(xing)關系，確保(bao)系統(tong)低(di)碳(tan)經濟運行(xing)。但(dan)現有研究在優化目標和約束條件上尚不能滿足低(di)碳(tan)調(diao)(diao)度(du)對效率、成本(ben)和碳(tan)排(pai)放等指(zhi)標的要求。

首先，在低(di)碳目標(biao)下，各主(zhu)(zhu)體優化目標(biao)是最大化各自利(li)潤，但現有研究對(dui)綜合(he)能源系(xi)統中各主(zhu)(zhu)體間利(li)益分配機(ji)制缺乏考慮，也未(wei)建立一(yi)套有效的(de)激(ji)勵機(ji)制促進各主(zhu)(zhu)體利(li)益分配。

其次，在約束(shu)條件上，現有研究僅考慮了風電(dian)、光(guang)伏發電(dian)等可再生能源(yuan)接(jie)入引起(qi)的碳(tan)排放約束(shu)和(he)電(dian)力系統運行過程中造成(cheng)的碳(tan)排放約束(shu)，忽略了碳(tan)排放成(cheng)本(ben)對綜(zong)合能源(yuan)系統運行的影(ying)響(xiang)。

本(ben)文提(ti)出一種新的(de)(de)低(di)碳(tan)調度模式(shi)：首先根據(ju)各(ge)(ge)主體自身成(cheng)本(ben)效益評估結(jie)果確定各(ge)(ge)主體在低(di)碳(tan)目標下的(de)(de)最優運(yun)行(xing)狀態(tai)；然后(hou)通過系(xi)統運(yun)行(xing)約束條件將多時(shi)間尺度綜合(he)(he)能源系(xi)統運(yun)行(xing)狀態(tai)劃分為多個時(shi)段(duan)并結(jie)合(he)(he)碳(tan)排放成(cheng)本(ben)來確定各(ge)(ge)個時(shi)段(duan)內各(ge)(ge)主體的(de)(de)最優運(yun)行(xing)狀態(tai)；

最后通過系統(tong)運行約束(shu)條件將各個時段內各主體最優(you)運行狀態劃(hua)分為不(bu)同時間尺(chi)度(du)進行優(you)化調(diao)(diao)度(du)。該(gai)調(diao)(diao)度(du)模式可根據不(bu)同時間尺(chi)度(du)綜(zong)合能源系統(tong)實際(ji)情況靈活選擇(ze)相應的調(diao)(diao)度(du)模式。

筆者觀點

本文首先通過對(dui)低碳經濟調(diao)度的研(yan)究，為新能(neng)源(yuan)消納(na)和綜合能(neng)源(yuan)系統的規劃、運行提供了指(zhi)導(dao)方向；

其次，文中對含光熱電(dian)站(zhan)(zhan)的綜合能(neng)(neng)源系(xi)(xi)統(tong)進行了(le)深入的研究，提出(chu)了(le)一(yi)種含光熱電(dian)站(zhan)(zhan)的綜合能(neng)(neng)源系(xi)(xi)統(tong)低碳經濟調度(du)模型(xing)，為實(shi)現(xian)多時間尺度(du)下多能(neng)(neng)互(hu)補、源網(wang)協調提供了(le)一(yi)種思路；

最后，通過(guo)對多(duo)時(shi)間(jian)尺度(du)低(di)碳(tan)經濟調度(du)模型(xing)的仿真分(fen)析，驗證了所(suo)提模型(xing)的有效(xiao)性和(he)可行(xing)性，表明(ming)該模型(xing)能(neng)(neng)(neng)實現對多(duo)時(shi)間(jian)尺度(du)下綜合能(neng)(neng)(neng)源系(xi)統優(you)化運(yun)行(xing)、低(di)碳(tan)經濟調度(du)、運(yun)行(xing)風(feng)險和(he)多(duo)能(neng)(neng)(neng)互補(bu)協調等方面進行(xing)有效(xiao)地分(fen)析和(he)優(you)化。

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