年 5 月 Vol. 35 No. 5 May 2023 热电联产虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度 热电联产虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度 范雅倩 1，于松源 1，房方 1, 2* (1. 华北电力大学 控制与计算机工程学院，北京 102206；2. 电站能量传递转化与系统教育部重点实验室，北京 102206) 摘要 摘要：热电联产虚拟电厂(combined heat and power virtual 波 动最小化。 关键词 关键词：热电联产虚拟电厂；优化调度；矩不确定性；分布鲁棒优化；热舒适度 中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：1004-731X(2023)05-1046-13 DOI: 10.16182/j.issn1004731x.joss.22-0059 引用格式 引用格式: 范雅倩, 于松源, 房方. 热电联产虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度[J] 控制、先进能源系统分析与优化。E-mail：ffang@ncepu.edu.cn 第 35 卷第 5 期 2023 年 5 月 Vol. 35 No. 5 May 2023 范雅倩, 等: 热电联产虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度 http: // www.china-simulation.com maximize the benefit of the system, and minimize

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.201942 文章编号：0258-8013 (2022) 02-0573-16 中图分类号：TM 73 文献标识码：A 考虑冷热电需求耦合响应特性的 园区综合能源系统优化运行策略研究 赵海彭，苗世洪 *，李超，张迪，涂青宇 (强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院)，湖北省 武汉市 430074) 性响应模型推导建立了考虑冷热电需求耦合响应特性的精 细化综合需求响应模型。在此基础上，以综合能源系统运行 成本最小为目标，建立了园区综合能源系统优化运行模型， 该模型通过优化能源需求侧的售能价格和能源供给侧的设 备运行参数等，实现能源供给侧和需求侧的协调优化。最后 基于一个典型综合能源系统对所建综合需求响应模型和园 区综合能源系统优化运行模型进行仿真计算，计算结果表 明，所提考虑冷热电需求耦合响应特性的综合需求响应模型 能源系统中，需求侧响应进一步被拓展为综合需求 响应(integrated demand response，IDR)[7-10]。综合需 求响应是综合能源供应主体通过一定的方式，来调 节用户冷热电等多类型能源需求的方法。文献[11] 基于主从博弈建立了配电–气能源系统供需互动模 型，通过综合负荷聚合商内部能源转换装置的合理 配置实现天然气和电能的相互替代。文献[12]针对 综合需求响应参与的商业园区能量枢纽运行问题，

China Energy Conservation and Environmental Protection Group 中国节能环保集团 CHP Combined Heat and Power 热电联产 COP Coefficient of Performance 性能系数 CSRD Corporate Sustainability Reporting Directive 企业可持续发展报告指令 ........................ 62 “全电”方案：余热废热和中央空气源热泵 .......................... 62 “全气”方案：余热废热与氢能热电联产 .............................. 64 方案比较 ...................................................... 助，因为许多性能指标已经在那里收集和调整。 该园区是一个生活、商业和办公的混合区，其土地已从以 前的铁路用地转变为现在的土地。建筑标准KfW-��（节 能建筑）适用，热能通过区域供热系统和多个分散的热电 联产发电站提供。 随着房地产市场对可持续建筑需求的增加，可持续性和 数字化是项目开发商的关键行动领域。同时，银行和投资 者正在评估他们的投资组合和可持续性，以符合ESG和 欧盟分类标准，避免搁浅的资产，这给市场带来了新的融

设备具有以下分类：(1)以电能作为一次能源的设 备，如电锅炉、电转气设备、电解槽、电制冷设备 等[13]；(2)以天然气作为一次能源的设备，如燃气锅 炉、燃气轮机、热电联产(combined heating and power units, CHP)[14]、冷热电三联产(combined cooling, heating and power units, CCHP)[8]等。尽管能源转换 设备建模已得到较多研究，但已有研究在建模过程 中容易忽略或过度简化能源转换设备的运行特性， 难以充分体现其耦合和转换能源的作用。例如，在 对热电联产 CHP 机组进行建模时，一般假定 CHP 机组具有凸运行域。然而，对于含燃气–蒸汽联合循 环的 CHP 机组，其实际运行域是非凸的[14]。此外， CHP 机组的热电比系数常被视为恒定参数，这就忽 略了其热电比可调的特性[15]。 2）负荷侧元件 PIES 的终端用户类型较多，在运行过程中具有 增加模型的复杂度，给求解带来较大的困难。 3）储能侧元件 PIES 包含不同形式的储能[20]。早期以单一的储 电、蓄热[21]、贮气[22]和储氢[23]为主。随着多能互补 技术的发展，热电联供压缩空气混合储能[24]、熔融 盐压缩空气混合储能[25]、氢能–天然气混合储能[26]、 电–热混合储能[27]等混合储能在 PIES 的应用也日益 增多。相比于单一储能，混合储能的运行调节方式

能源供给：能源结构优化 - 切入点：能源供给的减碳切入点主要在增加内外部能源中低碳能源的比例，如增加购 入清洁能源的比例和建设园区内分布式清洁能源系统，包括分布式光伏，生物质能， 地源热泵，冷热电三联供等。 - 挑战：主要来自于清洁能源的采购决策和供应链建设以及低碳与经济性的平衡。 ▪ 清洁能源采购决策和供应链建设：熟悉相关法规政策以及市场操作手段，可灵活合 理地完成采购决策， ▪ 此类园区能源的需求相对稳定，特征典型，可根据当地自然和政策条件，合理选择 购入清洁能源 ▪ 条件允许可自建分布式能源系统，如屋顶光伏（含 BIPV）和储能等 ▪ 考虑热电联供或冷热电三联供等具备热电耦合能力的高能效设备 能源分配： ▪ 配电系统应当充分考虑与智能楼宇的体系化融合，拥有与暖通（空调、热泵等）、 冷热水（电热水）、电梯（安全）和照明系统等主动交互能力， - 挑战： ▪ 平衡运输物流中对效率和成本的要求与园区整体低碳化的需求（数据） - 切入点： 能源供给： ▪ 根据具体园区的需求特点和建设成本，外购绿电 ▪ 考虑建设冷热电三联供等综合能效更高的设备 ▪ 充分利用屋顶等场地条件，建设屋顶光伏等分布式能源设备 ▪ 为电驱或氢能运输车辆/设备建立相关储能设备，提高阶梯能源利用率 能源分配： ▪ 配电方

供能 节点 公共能源网络 园区内部能源网络 能 量 层 管 理 层 电解槽 燃料电池 循环泵 氢负荷 电负荷 气负荷 热负荷 气罐 电转气 (CH4) 热电联 产机组 碳捕集 燃气锅炉 冷热电联产机组 电制冷 冷负荷 冷 能源需求与调度 能源系统运行 能源系统监测与优化 碳排放约束 经济成本约束 零碳 负荷需求 碳 流 层 储氢罐 碳负荷 气网碳流 源流动控制，因此优化能量层中的关键技术至关重 要。经典的 IES 能量层大体可分为 4 类(供应侧、转 化侧、输送侧和用户侧[20])。其中供应侧的关键技 术包括可再生能源发电和分布式发电；转化侧包括 梯级利用、电转气及冷热电三联供技术；输送侧主 要有天然气液化及交直流混合控制技术；用户侧包 括需求响应和负荷预测。 1.2 零碳园区级 IES 优化运行原理 1.2.1 优化运行机制设计及技术创新 工业园区将经历从低碳到零碳的发展过程，在 优化运行方法 Table 3 Optimal operation method 文献 优化运行方法 解决问题 使用算法或模型 [32] 热电联产系统组合和 调度模拟方法 风力发电的 影响 模拟 算法 [33] 冷热电联产系统 稳健优化方法 可再生能源的间歇 性和负荷的 不确定性 两阶段拉格朗日 松弛迭代算法及 交叉熵算法 [34] 低碳稳健经济

应以分布式能源为主，集成应用能源耦合技术、太阳能光伏、风 — 4 — 力发电等可再生能源发电技术，因地制宜开发自身可再生能源， 鼓励具备条件的工业企业和园区利用煤层气（瓦斯）发电、生物 质发电、天然气冷热电联合供能，为工业生产提供绿色能源。 2.余能回收利用：鼓励工业企业和园区回收利用工业生产过程 中的余热余压，如钢铁企业的高炉煤气余压、水泥企业的窑尾余 热等，将其转换为电能或其他形式的可用能源，提高能源利用效 发挥工业企业和工业园区负荷侧调节能力，在电网负荷高峰或能 源供应紧张时，调整生产计划，减少非关键设备的用电负荷，或 调整生产工艺，将部分用电负荷转移至低谷时段，实现削峰填谷， 提高电力系统整体运行效率。 — 6 — 3.加强冷热电三联供技术、风光储互补技术、系统能量梯级利 用技术应用，通过多能互补和能源梯级利用，实现工业能效提升。 （五）智慧能源管控系统 构建智慧能源管控系统，对工业绿色微电网内的多种能源进 行统一管 可以一次性全部建设，也可以分阶段开发建设。 四、实施成效 （一）可再生能源消费量占本企业、园区能源消费总量的比 例达到 15%以上，或可再生能源、工业余热余压等余能利用、能 源梯级利用（含热电联产、燃气分布式能源等）等合计占本企业、 — 7 — 园区能源消费总量的比例达到 30%以上。 （二）工业企业可再生能源装机规模达到 2MW 以上，工业园 区可再生能源装机规模达到 10MW

经济分析资料应主要包括各类已建电源的电价水平和燃料价格，在建和规划电源 的投资和运行费用，规划输变电工程的投资和运行费用。 4.3 规划和设计 4.3.1 水风光储综合开发规划和设计应收集相关水电站、风电场、光伏电站、光热电站、 抽水蓄能电站、电化学储能电站、压缩空气储能电站等工程设计资料，并进行合理性分 NB/T 11554 – 2024 5 析。对于已建、在建电站还应收集项目审查意见、核准备案文件、有关电源开发及消纳 地质、水文气象、交通运输资料。 2 工程装机规模、出力过程、工程投资及年运行费用等资料，区域内已建风电场 运行资料，利用当地测风塔实测数据或中尺度卫星数据测算的出力过程成果。 4.3.4 光伏电站和光热电站资料应主要包括下列内容： 1 工程参证气象站测光资料，太阳能电站实测辐射量数据资料，地形地质、水文 气象、交通运输资料。 2 工程装机规模、出力过程、工程投资及年运行费用等资料，区域内已建太阳能 辐射量和法向辐射量、场址开 发建设条件等资料，分析太阳能理论蕴藏量、资源可开发量、技术可开发量及其分布。 2 根据项目区域太阳能资源量及开发利用情况，分析提出可参与综合开发项目的 光伏电站和光热电站的位置范围及规模。 5.1.5 抽水蓄能电站站点资源分析应主要包括下列内容： 1 根据抽水蓄能电站选点规划成果及各站点开发建设情况，结合电站建设条件、 敏感因素、工程进展情况，分析提出可参与综合开发项目的抽水蓄能电站。

冬季供热/热水需求量占相应季节能源需求量的很 大比例[9-10]。冷需求可由压缩制冷设备、吸热制冷设 6792 中 国 电 机 工 程 学 报 第 39 卷 备等供应；热/热水供应可来自热电联产(combined heat and power，CHP)单元、燃气锅炉、地源热泵系 统等。系统可配备蓄电/热装置，通过其不同时段的 蓄能和释能，提升系统运行调节的灵活性[11-12]。为 水加热至所需温度。 生活热 水贮热 罐ST 生活热 水预热 罐PT 太阳能 热水箱 HT 蓄热式电 锅炉系统 自来水 太阳能集 热器SC 太阳能热水系统 园区 热水 负荷 水泵 板式换热器 蓄热电锅炉高温热水 生活热水 太阳能热水系统高温热水 自来水进水 图 3 太阳能热水系统结构图 Fig. 3 Structure of the solar water system t power microgrid system[J]．Energy Conversion and Management，2013(74)：433-445． [6] 管霖，陈鹏，唐宗顺，等．考虑冷热电存储的区域综合 能源站优化设计方法[J]．电网技术，2016，40(10)： 2934-2941． Guan Lin，Chen Peng，Tang Zongshun，et al．Integrated

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