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电力用户侧参与的综合能源系统优化调度唐浩

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：左龙郭明阳唐浩

[导读] 摘要：随着人们生活质量在不断提高，对于用电的需求在不断加大，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。

        （四川电力设计咨询有限责任公司四川成都 610000）
        摘要：随着人们生活质量在不断提高，对于用电的需求在不断加大，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
        能源是满足人类生产生活及社会发展不可或缺的基本要素，能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展，全球工业化步伐的加快也增加了全社会对能源的需求量，这就造成了人类对煤炭及石油等不可再生资源的过度开采及使用，导致了能源的日益紧缺，同时化石燃料的燃烧也带来了严重的环境污染及气候变暖等的全球性问题，这些问题都严重制约着社会的发展。为了解决这些全球性问题，目前主要可采取的措施一方面是加大对新能源的开发力度，以替代部分化石能源，另一方面是构建合适的能源开发、传输及使用体系、合理布局能源设施配置以此提高能源的利用效率，减少能源的损耗并降低运营成本。这两方面措施的本质是优化能源结构，实现清洁低碳发展，推动能源革命。
        1需求侧响应的作用
        首先电力消费者即用户可以获得经济上的效益，具体是指用户通过降低电量而减少支出的费用及获得的各种电力补贴等。除了用户的利益还可以获得市场的效益，通过降低电力需求从而促进电力资源的节约，此外还会降低在用电负荷峰值时紧急停电的可能性，在遇到紧急情况时，可以在最短的时间内利用需求侧响应模式降低用户的用电需要，从而很快使得系统故障得以恢复。另外，需求侧响应模式还会带来环境效益。减少了用电量就节约了能源的消耗，有利于建立资源节约型和环境友好型社会促进电力市场平稳发展。
        2电力用户侧参与的综合能源系统优化调度
        2.1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。
        2.2综合能源系统典型结构
        能源系统的快速发展使得各个能源系统之间的互联互通也得到进一步的加强，随着综合能源系统的逐步建立，系统中能源设备的种类如能源的传输，转换以及存储设备明显增加，且各能源系统间的祸合程度也逐步加深，生活水平的提高使得用户侧用能需求日趋于多样化，因此建立一个在各能源系统之间互联的基础上能够实现多能源系统的相互协调与配合，并保证整个综合能源系统安全稳定地为用户提供能源服务是巫待解决的问题。
        2.3基于激励措施的用户参与
        激励措施主要是指积极鼓励、引导用户削减用电量的一种制度。在用户能够积极配合时给予奖励或补贴。

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用户参与到这种激励措施中可以采用以下几种方式，一是用户可以在人们都在用电的时候转移用电时间，即不在用电高峰期时用电。例如，冬天寒冷的时候人们多会选择在夜晚时使用电火炉，但是用户可以错开使用的高峰期在早上或是下午使用。但是这种方式也有弊端，因为对于普通用户来说这是没有问题的，不会对自身的利益造成损失。但是对于企业、工业用户来说，如果在营运期间不用电会对生产造成严重的影响甚至是造成难以弥补的损失，这是不可行的。二是用户主动选择在高峰期减少高峰期用电量。例如在夏天十分炎热的时候，可以使用电风扇或是其它降温方式来代替空调的使用等方式。三是自备发电机使用。在工业用户或是商场这种需求量大的地方应当准备发电机，在用电峰值时或是发生故障时自觉使用发电机，这种方式也能更好的适应需求侧响应。如何使用户自觉自愿的做到这些？首先需要加强对民众节约用电意识的宣传，使得民众自身就能形成节约用电意识。其次需要一定的激励措施，例如，对于用户削减用电的负荷或用电时间达到一定的量就给予一定的补贴等等。例如美国的紧急需求响应制度，对于在制度实施后，运营商会给予利益加以激励，如果不履行或不符合相应的要求就会有惩罚措施等等。
        2.4蓄电池
        蓄电池作为电能存储单元能够在时间上解耦电能的生产与消耗，这种对电能时移的特性使其能够参与到系统的优化调度中，可根据系统自身需求调整充电与放电状态，平衡供电与用电的同时可利用峰谷电价差来获得收益减少系统运行成本，其荷电状态及充放电功率之间的关系表示为SOCbat（t）=（1-τ）SOCbat（t-1）+[Pbat.ch（t）ηbat.ch-Pbat.disch（t）/ηbat.disch]Δt式中：SOCbat（t）为t时段蓄电池的储电量；τ为蓄电池的自放电率；Pbat.ch（t）、Pbat.disch（t）及ηbat.ch、ηbat.disch分别为t时段蓄电池的充、放电功率及充、放电效率。
        结语
        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：（1）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；（2）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：
        [1]鞠平，沈赋，吴峰.综合能源电力系统的在线分布互联建模研究[J].电力自动化设备，2017，37（6）：11-14.
        [2]顾伟，陆帅，王珺，等.多区域综合能源系统热网建模及系统运行优化[J].中国电机工程学报，2017，37（5）：1305-1315.
        [3]徐宪东，贾宏杰，靳小龙，等.区域综合能源系统电/气/热混合潮流算法研究[J].中国电机工程学报，2015，35（14）：3634-3642.
        [4]靳小龙，穆云飞，贾宏杰，等.考虑配电网重构的区域综合能源系统最优混合潮流计算[J].电力系统自动化，2017，41（1）：18-24，56.
        作者简介：
        左龙（1986－），男，汉族，工程师，研究生，毕业于重庆大学电气工程及其自动化专业，从事电力系统一次设计工作。
        郭明阳（1986-），男，汉族，高级工程师，硕士研究生，毕业于武汉大学电力系统及其自动化专业，从事系统规划设计工作
        唐浩（1989－），男，汉族，工程师，硕士研究生，毕业于四川大学电气工程专业，从事系统一次设计工作。