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电力用户侧参与的综合能源系统优化调度

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：王法意

[导读] 摘要：近年来，我国对电能的需求不断早呢更加，电力行业有了很大进展。本文针对传统需求侧响应在热力系统描述方面不能满足综合能源系统应用的问题，提出了用户侧参与下的电、气、热综合能源系统联合优化调度模型。

        (国网内蒙古东部电力综合能源服务有限公司内蒙古呼和浩特 010010)
        摘要：近年来，我国对电能的需求不断早呢更加，电力行业有了很大进展。本文针对传统需求侧响应在热力系统描述方面不能满足综合能源系统应用的问题，提出了用户侧参与下的电、气、热综合能源系统联合优化调度模型。用户侧采用可转移电力负荷分类参与需求侧功率调整；综合考虑系统内部电气热的耦合及分时电价、气价等，并利用储能系统的时移特性；以调度周期内系统运行成本以及负荷调用补偿成本之和最小为目标函数，增设了考虑系统热负荷需求及电锅炉提供电力需求转换的热力平衡方程等式约束。仿真结果表明，相较于用户侧不参与调度的优化模型，用户侧的参与可改变原电力负荷曲线实现削峰填谷，同时降低综合能源系统总成本，保证综合能源系统正常运行及实现系统内源、储、荷协调互动。
        关键词：综合能源系统；需求侧响应；源储荷互动；优化调度
        引言
        自我国实施峰谷电价政策以来，峰谷分时电价充分发挥了电价的经济杠杆作用，通过价格信号调动电力用户平衡用电负荷的积极性，引导电力用户削峰填谷，在降低电力用户用电成本的同时，有效缓解了电力供需矛盾，提高了电网设备利用效率，具有良好的经济效益和社会效益。
        1热网模型概述
        在电–热IES中，电能传输的动态过程以纳秒到毫秒时间尺度描述，而热能传输动态以秒、分钟甚至小时级的时间尺度描述，电–热系统具有很强的互补特性。如电能易传输、难储存，热能易储存、难传输，从热源到用户的延时使得热网具有天然储热特性。对热能输运动态过程的建模是体现热网延时和虚拟储能特性的关键，便于发掘热网参与电–热IES优化运行的储热潜力。供热系统可以分为传输系统(一次热网)和分配系统(二次热网)，一次热网的首末两端分别建有换热首站和换热站。一次热网和二次热网的物理网络并不直接相连，通过换热站实现热量交换。热能传输延时和热网虚拟储能特性主要体现在一次热网中，二次热网及用户部分传输延时较小，动态过程不明显。
        2综合能源系统中的电力需求侧响应
        综合能源系统中的电力需求侧响应是由传统的电力需求响应发展而来，传统的电力需求侧响应是在电力系统中考虑用户参与下电力供需平衡的调度，未考虑对与电力系统相关的其他供能系统的影响，随着IES及能源互联网的快速发展，各能源系统（电/气/热）的联系与耦合更加紧密，因此IES中的电力需求侧响应是从整个系统的角度来研究的，同时考虑不同系统间的耦合及平衡状态，保证含电力、燃气、热力等的综合能源系统安全稳定运行，从而来实现供需双侧的协调优化，IES中根据各类用电设备的用电特性可将负荷分为不可转移负荷和可转移负荷，不可转移负荷其用电功率及时间不能改变；可转移负荷其用电较为灵活，各时段用电量可根据系统运行条件及优化目标参与负荷调整，使得各时段的负荷发生变化。
        3综合能源系统的优化调度逻辑
        3.1按时间尺度划分
        日前调度相对来说时间尺度最长，但是综合能源系统内可再生分布式电源的最大输出功率受外界环境因素的影响很大，加上储能和主动可调的柔性负荷均受容量的限制，使其在某一时刻调节出力的上、下限，不仅取决于当前时刻，还取决于前面时刻的调度策略和已经调用的容量影响。随着波动性、间歇性、随机性的可再生分布式能源的接入，系统运行的不确定性加大，日前调度策略研究往往不能满足日内实际运行情况，有时甚至危及系统的安全稳定运行，系统需要增加备用资源来平抑没有计划调度的波动，因此日前调度的最优对象一般是选择对负荷端进行控制优化，根据实际供能计划进行部分负荷转移来减轻系统的供能压力。短时间的日内调度对象一般同时选择源荷两端，负荷侧一般在日前负荷预测的基础上，根据天气、人流分布、生产计划等因素进行下一时段的负荷预测和调整，以及进一步对区域内价格型负荷进行调整；同时对源端设备进行不同类型设备间和同类多台设备间的负荷分配，给出调度策略，实现源荷两端的互动和匹配。超短时间的实时调度同日内调度对象相同，但是响应时间更为短暂。实时调度的目的主要是保障系统的安全性和稳定性。

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        3.2电力市场电费结算机制
        电力用户参与电力市场前，按政府物价部门的规定执行销售电价，参与电力市场后其电价组成和峰谷分时电价都按相关政策进行调整。
        3.3区域能源供应商运营模式
        区域能源供应商以能源站、区域电力系统与区域热力系统为区域综合能源系统主体运营。为满足用户用能需求，区域能源供应商根据上级能源网络的实时能源价格调整运营策略，控制能源站能源转换设备出力情况及大电网购电量，通过区域电力系统及区域热力系统向用户供电、供热；同时与终端用户签订协议，制定合理的售能价格，通过向用户出售能源获得收入。
        3.4按调度层次划分
        考虑到调度成本及响应时间的快慢等因素，不同时间尺度涉及到的调度对象层次有差异，其中源端和荷端从可控性及调度效果上最为简便。源端中可控的常规供能单元主要是联供机组、储能设备等。荷端主要分为刚性和柔性负荷两大类。其中刚性负荷是用户生活、生产必须满足的负荷，不能够接受调控；柔性负荷包含可削减负荷、可转移负荷、价格型负荷。“需—供”互动的关键在于解决时间上供能出力与负荷曲线的匹配度，需求侧响应就是改变用户负荷曲线使之同步跟踪能源出力。
        3.5含多种分布式能源及能源存储与转换设备的综合能源系统
        IES能够充分利用各种形式能源的互补特性同时为用户提供各类能源需求及服务，因地制宜促进清洁分布式可再生能源的就地消纳，可满足居民社区、工业园区及智能楼宇等的供能需求。常规的分布式小型电源有风机、光伏及以天然气为燃料的可控电源微燃机（热电联产）和燃料电池等，储能设备有蓄电池、储热罐，能量转换设备有电锅炉及变压器，终端负荷为电、热负荷，以及负责协调优化的信息接收和控制系统。
        结语
        综上所述，针对含电、气、热耦合的综合能源系统，在满足各项约束的条件下对电力负荷中可转移负荷进行优化调整，建立了电力用户参与的综合能源系统优化调度模型，并与优化调整前的结果进行对比分析，研究表明：通过根据峰谷电价以及系统整体运行状态对电力负荷中可转移负荷进行合理的优化调整可有效的改变电力负荷曲线，实现峰时段少用电谷时段多用电而达到削峰填谷的作用，使电力负荷更加平稳减小峰谷差；电力用户参与负荷的调整改变了各系统的平衡状态、分布式可控电源的出力及购售电功率。在峰谷分时电价条件下，通过电源侧、储能系统、能量转换设备以及电力负荷调整之间的相互协调与配合，在保证各系统供需平衡及正常运行的同时可减少该综合能源系统的运行成本，实现源、储、荷互动的效果。
        参考文献:
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