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

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 ............... 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-55（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

Certificate No:ZC-T2-A2756GD4 项目类型 Project type: 生活垃圾焚烧热电联产项目 项目名称 Project: 慈溪中科众茂环保热电有限公司 企业名称 Company name: 慈溪中科众茂环保热电有限公司 监测期 Monitoring period:2023/07/17-2023/10/31 监测能源量 排放核算、绿色产 品认证、可再生能 源绿证核发。 典型项目 1: 慈溪中科众茂环保热电有限 公 司生活垃圾焚烧发电及热电联产项目 建设规模： 750 t/d×3 台炉排炉。 减碳效益：系统运行后，该电站年碳减排 核 算量为 2.74 万 tCO₂ 。 典型项目 2: 稷山县秦晋电力铁合金有限 公 司农林生物质热电联产项目 建设规模： 75 t/h×3 台循环流化床炉。 减碳效益：系统运行后，该电站年碳减排 Certification 证书编号 Certificate No:ZC-T2-A2756GD4 项目类型 Project type: 生活垃圾焚烧热电联产项目 项目名称 Project: 憨溪中科众茂环保热电有限公司 企业名称 Company name: 慈溪中科众茂环保热电有限公司 监测期 Monitorin g period:2023/07/17-2023/10/31 监测能源量

部门耦合可以最大化利用当地可再生能源潜力，如光伏发电、风电等，减少对 外部能源的依赖。 能源部门和终端使用部门的相互作用 部门耦合的关键优势 步骤五：分析能源潜力 系统构成 热能主要由以氢气为燃料的热电联产产生，余热废热通过热网使用和分配，分散 冷却机满足制冷需求 储能系统 热储存系统 (20 MWh) 用于缓冲余热废热，氢能存储系统 (20 MWh) 连接到电解 · 冬季有负的剩余负荷 ( 优先热电联产运行 ) " 全电 " 和 " 全气 " 方案的 比较 关键指标 本地供电份额 : 66% | 本地供暖份额 : 24% 关键指标 本地供电份额 : 40% | 本地供暖份额 : 43% · 供暖一次能源需求较高 ( 热电联产转换效率 低 ) · 投资成本较高 ( 热电联产厂和电解 器 ) · 二氧化碳排放量最低 ( 步骤六：制定能源方案之三 恒温器控制 能源 系统 智能 家居 电动汽 车 热量监测 电力监测 执行器 关键成 一个重 行，这 装 置 功因素 要的前提条件是，市政能源服务公司负责供热电网和 样优化后的运行可以在其他领域释放出效益，如平衡 以及在电转热装置或电动汽车中直接使用当地的光伏发电 光伏电站的运 市场中的电转热 光伏发电预测与调度 步骤六：制定能源方案之三 系统集成与能源流动

e . c o m 为 人 类 境 ！ 善 改 环 中国首座、全球第三座 商业化光热电站，运行效率最佳 西子洁能 2010 年进入太阳能光热领域 德令哈 10MW 水工质电站已稳定运行 10 年单塔、熔盐工质改造完成已稳定运行超 过 7 年哈 50MW 熔盐塔式光热电站已稳定运 行超过 5 年 装机容量 MW 50 吸热器热功率 MWt 230 储热时长 小时 光热熔盐储能电站 100MW 2024 吸热系统 / 蒸汽发生系统 9 玉门 10 万千瓦光热储能工程项目 100MW 2024 蒸汽发生系统 10 中广核新能源西藏阿里 150MW 雪域高原“零碳”光储热电示范项目 40MW 2025 蒸汽发生系统 11 西北院中能建 + 哈密“光（热）储”多能互补一体化绿电示范项目 150MW 2025 吸热系统 / 蒸汽发生系统 12 宝武西藏扎布耶熔盐换热器 厂 西子航空零碳工厂用能系统 w w w . x i z i c e . c o m 为 人 类 境 ！ 善 改 环 燃烧器、给煤机、 部分受热面等改造 国电投吉电股份白山热电调峰供热 江苏国信靖江电厂熔盐储能项目 内蒙古大板电厂调峰供热项目 应用场景 - 火电机组灵活性改 造 电极式锅炉 + 热水蓄热调 峰 火电厂灵活性改造 电 / 蒸汽熔 盐蓄热 w w w

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