計(jì)及電力需求響應(yīng)的多能源協(xié)同系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行研究

王俐英， 曾鳴， 趙嘉欣， 李波， 王永利

(1. 華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,北京 102206；2. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司營(yíng)銷服務(wù)中心，江蘇 南京 210024)

0 引言

近年來(lái)，環(huán)境污染和能源危機(jī)等問(wèn)題日益凸顯。多能源協(xié)同系統(tǒng)充分考慮能源供需協(xié)調(diào)性，借助各種能源間的互補(bǔ)耦合，有效提高了能源綜合利用效率，有利于解決大規(guī)模可再生能源消納、能源梯次利用等問(wèn)題，逐漸成為能源領(lǐng)域的重要研究方向之一[1—2]。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于多能源協(xié)同系統(tǒng)的研究主要集中在優(yōu)化調(diào)度、容量配置等方面。在優(yōu)化調(diào)度研究方面，文獻(xiàn)[3]以低成本、低碳排放為目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)了結(jié)合冷熱電聯(lián)產(chǎn)(combined cooling heating and power，CCHP)的多能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法；文獻(xiàn)[4]以經(jīng)濟(jì)成本最小化和污染氣體排放量最小化為目標(biāo)，構(gòu)建了多能源系統(tǒng)多目標(biāo)最優(yōu)潮流模型；文獻(xiàn)[5]以總費(fèi)用最低、缺電率最低和減排率最高為目標(biāo)構(gòu)建了多能源系統(tǒng)的多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化模型。在容量配置方面，文獻(xiàn)[6]以最小化年運(yùn)行費(fèi)用為優(yōu)化目標(biāo)，采用遺傳算法優(yōu)化CCHP系統(tǒng)中各設(shè)備的容量；文獻(xiàn)[7]建立了雙層優(yōu)化規(guī)劃與設(shè)計(jì)模型，外層模型確定能量樞紐中能源轉(zhuǎn)換設(shè)備及儲(chǔ)能單元的投建與否和安裝容量，內(nèi)層模型則優(yōu)化典型日的運(yùn)行工況。

在基于電價(jià)的需求響應(yīng)研究方面，文獻(xiàn)[8]根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果，考慮溫控負(fù)荷和電動(dòng)汽車響應(yīng)電價(jià)的調(diào)度，同時(shí)比較了集中式、層級(jí)式和分布式3種控制調(diào)度方法的優(yōu)缺點(diǎn)；文獻(xiàn)[9—10]通過(guò)確定需求響應(yīng)的項(xiàng)目類型、聚類分析用戶的用電特性、辨識(shí)需求響應(yīng)項(xiàng)目參與率、計(jì)算價(jià)格彈性和評(píng)估用戶需求響應(yīng)潛力等步驟，提出適用于大型工商業(yè)用戶細(xì)分用戶群的價(jià)格彈性系數(shù)計(jì)算方法。

綜上所述，現(xiàn)有研究成果中，針對(duì)基于市場(chǎng)彈性的價(jià)格型電力需求響應(yīng)對(duì)多能源協(xié)同系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行策略的影響研究較少。因此，文中在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，基于多能源協(xié)同系統(tǒng)中多種能源的耦合轉(zhuǎn)換特性，提出計(jì)及價(jià)格型需求響應(yīng)的多能源協(xié)同系統(tǒng)優(yōu)化模型。首先，介紹多能源協(xié)同系統(tǒng)的主體構(gòu)成和主要設(shè)備模型，建立基于市場(chǎng)彈性的價(jià)格型需求響應(yīng)模型；然后，以系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商日運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，構(gòu)建多能源協(xié)同系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型；最后，以實(shí)際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行算例分析。結(jié)果表明，所提的基于市場(chǎng)彈性的價(jià)格型需求響應(yīng)優(yōu)化調(diào)度模型能夠顯著降低多能源協(xié)同系統(tǒng)的總運(yùn)行費(fèi)用。

1 多能源協(xié)同系統(tǒng)概述

1.1 多能源協(xié)同系統(tǒng)主體構(gòu)成

多能源協(xié)同系統(tǒng)是利用各個(gè)能源系統(tǒng)在時(shí)空上的耦合機(jī)制，采用“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)”的運(yùn)行機(jī)制，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)、能源梯級(jí)利用的一種綜合能源系統(tǒng)。多能源協(xié)同系統(tǒng)有并網(wǎng)和孤網(wǎng)2種運(yùn)行狀態(tài)，文中主要考慮多能源協(xié)同系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行，以系統(tǒng)運(yùn)行成本最低的方式調(diào)整各機(jī)組的出力，包括風(fēng)電、光伏、CCHP等機(jī)組，同時(shí)與大電網(wǎng)進(jìn)行連接，按照市場(chǎng)規(guī)則進(jìn)行電量交易。

文中所述多能源協(xié)同系統(tǒng)由系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和綜合能源用戶兩大利益主體構(gòu)成，各主體在系統(tǒng)運(yùn)行中承擔(dān)的角色如下：

(1) 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商，承擔(dān)多能協(xié)同系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)責(zé)任的同時(shí)，扮演調(diào)度中心的角色。保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行前提下，銷售能源賺取收益。能夠通過(guò)配置能源生產(chǎn)設(shè)備、能源耦合轉(zhuǎn)化設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備以及實(shí)行基于需求響應(yīng)的調(diào)度策略以提高自身經(jīng)濟(jì)收益，保障能源可靠供給，并承擔(dān)自身和能源生產(chǎn)商設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本。

(2) 綜合能源用戶，指具有多種負(fù)荷需求且各負(fù)荷需求存在耦合特性的用戶。文中僅考慮不具備能源生產(chǎn)與存儲(chǔ)要素的理性綜合能源用戶，即當(dāng)外部?jī)r(jià)格信號(hào)變化時(shí)，用戶能夠以購(gòu)能成本最低為目標(biāo)自主調(diào)整部分非剛性電負(fù)荷需求。

1.2 能源集線器模型

能源集線器(energy hub，EH)是多能源協(xié)同系統(tǒng)中源、網(wǎng)、荷之間的接口平臺(tái)，包含對(duì)各種形式能源的相互轉(zhuǎn)化、分配和儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)能源資源的優(yōu)化配置，為多能源協(xié)同系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化提供了理論支撐。文中計(jì)及冷熱電氣4種能源構(gòu)建EH，輸入和輸出關(guān)系如式(1)所示。基于不同優(yōu)化目標(biāo)，EH能夠通過(guò)調(diào)整供能設(shè)備出力滿足用能設(shè)備需求。

(1)

式中：ηe為電力變壓器的平均轉(zhuǎn)換效率；ηe,GT為燃?xì)廨啓C(jī)(gas turbine，GT)的效率；ηh,GB為燃?xì)忮仩t(gas boiler，GB)輸出熱功率的效率；ηc,AC為吸收式制冷機(jī)(absorption chiller，AC)的制冷效率；ηc,ER為電制冷機(jī)(electric refrigerator，ER)的效率；ηh,WHB為余熱鍋爐(waste heat boiler，WHB)輸出熱功率效率；Le，Lc，Lh分別為用戶的電、冷、熱負(fù)荷需求量；Ee，Egas分別為風(fēng)力與光伏產(chǎn)生的電能與輸入的天然氣；k為分配系數(shù)。系統(tǒng)中的具體能源流見(jiàn)圖1。

圖1 多能源系統(tǒng)內(nèi)部能流過(guò)程示意Fig.1 Schematic diagram of internal energy flow process of multi-energy system

1.3 具體設(shè)備模型

文中從能源生產(chǎn)、能源存儲(chǔ)、能源轉(zhuǎn)換3個(gè)環(huán)節(jié)介紹具體設(shè)備模型[11—12]。

(1) 能源生產(chǎn)設(shè)備模型。具體生產(chǎn)設(shè)備的模型為：

Ee=EPV,e,t+EWT,e,t

(2)

式中：EWT,e,t，EPV,e,t分別為風(fēng)電、光伏機(jī)組的輸出電功率。

(3)

式中：EGT,e,t為t時(shí)刻燃?xì)廨啓C(jī)輸出的電功率；qgas為天然氣熱值；EGT,g,t為t時(shí)刻燃?xì)廨啓C(jī)的天然氣消耗功率；EWHB,h,t為t時(shí)刻余熱鍋爐的輸出熱功率；EGB,h,t為t時(shí)刻燃?xì)忮仩t輸出的熱功率；EGB,g,t為t時(shí)刻燃?xì)忮仩t的天然氣消耗功率。

(2) 能源存儲(chǔ)設(shè)備模型。

① 儲(chǔ)電設(shè)備模型。

(4)

式中：EESS,t為t時(shí)刻的儲(chǔ)電容量；α為儲(chǔ)電設(shè)備的自損率；EESS,t-1為t-1時(shí)刻的儲(chǔ)電容量；EESS,ch,t，EESS,dis,t分別為t時(shí)刻的充、放電功率；ηESS,ch，ηESS,dis分別為充、放電效率；γESS,ch，γESS,dis分別為充電與放電狀態(tài)，為0-1變量；Δt1為充放電時(shí)間，取1 h。

② 儲(chǔ)熱設(shè)備模型。

(5)

式中：ETSS,t為t時(shí)刻的儲(chǔ)熱容量；β為儲(chǔ)熱設(shè)備的自損率；ETSS,t-1為t-1時(shí)刻的儲(chǔ)熱容量；ETSS,ch,t，ETSS,dis,t分別為t時(shí)刻的充、放熱功率；ηTSS,ch，ηTSS,dis分別為充、放熱效率；γTSS,ch，γTSS,dis分別為充熱與放熱狀態(tài)，為0-1變量；Δt2為充放熱時(shí)間，取1 h。

(3) 能源轉(zhuǎn)換設(shè)備模型。根據(jù)圖1的能流過(guò)程，對(duì)溴化鋰吸收式制冷機(jī)、熱泵以及電制冷機(jī)等主要能源耦合設(shè)備進(jìn)行建模，從而得到各種能源之間的耦合特性。溴化鋰吸收式制冷機(jī)是一種熱轉(zhuǎn)冷設(shè)備，能夠利用生產(chǎn)過(guò)程中的余熱進(jìn)行制冷作業(yè)，是冷、熱耦合的關(guān)鍵設(shè)備；熱泵是一種利用低品位熱能的高效節(jié)能裝置，消耗少部分電能，將地下水、暖氣管道存在的少量低品位熱能提取出來(lái)；電制冷機(jī)是一種電轉(zhuǎn)冷設(shè)備，在消耗電能的情況下產(chǎn)生冷量。

① 溴化鋰吸收式制冷機(jī)模型。

EAC,c,t=EAC,h,tηc,AC

(6)

式中：EAC,c,t為t時(shí)刻溴化鋰制冷機(jī)輸出的冷功率；EAC,h,t為t時(shí)刻所消耗的熱功率。

② 熱泵模型。

EHP,h,t=EHP,e,tηh,HP

(7)

式中：EHP,h,t為t時(shí)刻熱泵輸出的熱功率；EHP,e,t為t時(shí)刻熱泵所消耗的電功率；ηh,HP為電轉(zhuǎn)熱的效率。

③ 電制冷機(jī)模型。

EER,c,t=EER,e,tηc,ER

(8)

式中：EER,c,t為t時(shí)刻電制冷機(jī)輸出的冷功率；EER,e,t為t時(shí)刻電制冷機(jī)所消耗的電功率。

2 基于市場(chǎng)彈性的需求響應(yīng)模型

2.1 市場(chǎng)彈性模型

需求響應(yīng)的手段包括激勵(lì)手段與價(jià)格手段，文中主要考慮用戶的非剛性電負(fù)荷，利用市場(chǎng)彈性模型建立基于分時(shí)電價(jià)的價(jià)格型需求響應(yīng)模型。根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，市場(chǎng)彈性包括自彈性和交叉彈性，其中自彈性用來(lái)衡量當(dāng)前單時(shí)段電價(jià)變化對(duì)于用電需求的影響，而交叉彈性用來(lái)衡量多時(shí)段電價(jià)變化對(duì)于多時(shí)段用電需求的影響。電力負(fù)荷的自彈性系數(shù)和交叉彈性系數(shù)分別為[13]：

(9)

(10)

式中：ε(i,i)為自彈性系數(shù)；ε(i,j)為交叉彈性系數(shù)；p0(i)為第i時(shí)刻的原始價(jià)格；q0(i)為第i時(shí)刻的原始電負(fù)荷；p(i)為第i時(shí)刻的價(jià)格；q(i)為第i時(shí)刻的電負(fù)荷。

2.2 需求響應(yīng)模型

此處所構(gòu)建的需求響應(yīng)模型綜合考慮了單時(shí)段需求響應(yīng)模型和多時(shí)段需求響應(yīng)模型，分別基于電力負(fù)荷的自彈性系數(shù)和交叉彈性系數(shù)計(jì)算分時(shí)電價(jià)下用戶第t時(shí)刻用電量的變化和跨時(shí)段電量轉(zhuǎn)移。

(1) 單時(shí)段需求響應(yīng)模型。用戶參與需求響應(yīng)而改變的用電負(fù)荷量為：

Δq(i)=q(i)-q0(i)

(11)

為計(jì)算用戶參與需求響應(yīng)之后的負(fù)荷需求q(i)，定義用戶消費(fèi)電量q(i)的電力價(jià)值B(q(i))和用戶消費(fèi)電能的凈利潤(rùn)L(i)[14]，具體為：

L(i)=B(q(i))-q(i)p(i)

(12)

兩端求偏導(dǎo)可得：

(13)

將原始負(fù)荷需求代入式(13)得：

(14)

對(duì)電力價(jià)值B(q(i))進(jìn)行泰勒展開(kāi)，可得：

(15)

基于上述模型，可求得單時(shí)段需求響應(yīng)模型：

(16)

(2) 多時(shí)段需求響應(yīng)模型。單時(shí)段的需求響應(yīng)模型僅考慮了電力負(fù)荷的自彈性系數(shù)，而分時(shí)電價(jià)的存在使用戶能夠自主決定不同時(shí)刻的用電量，因此多時(shí)段電價(jià)變化將影響多時(shí)段的用電需求。

通過(guò)擴(kuò)展式(16)，基于交叉彈性的多時(shí)段需求響應(yīng)模型可表示為：

(17)

(3) 最終需求響應(yīng)模型。結(jié)合單時(shí)段和多時(shí)段需求響應(yīng)模型可得到最終的需求響應(yīng)模型：

(18)

3 多能源協(xié)同系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行模型

3.1 目標(biāo)函數(shù)

以系統(tǒng)日運(yùn)行成本最小為目標(biāo)，包括設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本COM，購(gòu)電成本CE和購(gòu)氣成本CG，并網(wǎng)型多能源協(xié)同系統(tǒng)的具體優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

minC=COM+CE+CG

(19)

(1) 運(yùn)行維護(hù)成本[15]。

(20)

式中：ξm,OM為設(shè)備m單位輸出功率的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；Em,t為設(shè)備m在t時(shí)刻的輸出功率；T為調(diào)度時(shí)長(zhǎng)。

(2) 購(gòu)電成本。

(21)

式中：pbuy,e,t為t時(shí)刻從電網(wǎng)購(gòu)電的電價(jià)；Ebuy,e,t為t時(shí)刻從電網(wǎng)購(gòu)電的購(gòu)電功率。

(3) 購(gòu)氣成本。

(22)

式中：pg,t為t時(shí)刻的氣價(jià)，天然氣熱值qgas取值為9.7 kW·h/m3。

3.2 約束條件

(1) 功率平衡約束。多能源協(xié)同系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行中需滿足電、熱、冷功率平衡平衡約束，且在電功率平衡約束中應(yīng)考慮需求響應(yīng)量。

① 電功率平衡約束。

(23)

式中：Euser,e,t為用戶在t時(shí)刻進(jìn)行需求響應(yīng)之前的用電負(fù)荷；Δqt為用戶參與需求響應(yīng)后而改變的負(fù)荷量。

② 熱功率平衡約束。

(24)

式中：Euser,th,t為t時(shí)刻的用戶實(shí)際用熱負(fù)荷。

③ 冷功率平衡約束。

EER,c,t+EAC,c,t=Euser,c,t

(25)

式中：Euser,c,t為t時(shí)刻的用戶實(shí)際用冷負(fù)荷。

(2) 聯(lián)絡(luò)線約束。

Pgrid,min≤Ebuy,e,t≤Pgrid,max

(26)

式中：Pgrid,min，Pgrid,max分別為配電網(wǎng)交互功率的最小、最大值。

(3) 儲(chǔ)能裝置約束。

(27)

式中：EESS,min，EESS,max分別為儲(chǔ)電裝置的最小、最大容量；ETSS,min，ETSS,max分別為儲(chǔ)能裝置的最小、最大容量。

(4) 設(shè)備出力約束。

(28)

式中：EGT,e,max，EWHB,h,max，EGB,h,max，EAC,c,max，EHP,h,max，EER,c,max分別為燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、燃?xì)忮仩t、吸收式制冷機(jī)、熱泵、電制冷機(jī)的最大容量。

(5) 機(jī)組爬坡約束。

|Em,t+1-Em,t|≤ΔPm,max

(29)

式中：ΔPm,max為設(shè)備m的爬坡上限。

4 算例分析

4.1 算例基本參數(shù)

算例選取了北方某工業(yè)園區(qū)夏季某一日的實(shí)際數(shù)據(jù)，時(shí)間尺度為1 h，在Matlab環(huán)境下調(diào)用CPLEX求解，驗(yàn)證文中所建立的模型的合理性與有效性。圖2為某一典型日電、熱、冷負(fù)荷曲線和可再生能源(風(fēng)電、光伏)出力曲線，其中HP為熱泵。為了充分利用可再生能源，減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，假設(shè)優(yōu)先保證可再生能源全額消納。從電網(wǎng)購(gòu)電電價(jià)為1.2元/(kW·h)，各種能源價(jià)格如表1所示，自彈性和交叉彈性如表2所示，各設(shè)備具體參數(shù)如表3、表4所示[11]。

圖2 負(fù)荷曲線Fig.2 Load situation

表1 能源價(jià)格Table 1 Energy price元·(kW·h)-1

表2 峰、平、谷時(shí)段的自彈性和交叉彈性Table 2 Self elasticity and cross elasticityin peak,flat and valley periods

表3 儲(chǔ)能設(shè)備主要參數(shù)Table 3 Main parameters of energy storage equipment

表4 其他設(shè)備主要參數(shù)Table 4 Main parameters of other equipment

4.2 算例結(jié)果

為驗(yàn)證文中所建模型的有效性，根據(jù)儲(chǔ)能設(shè)備的配置和需求響應(yīng)的設(shè)置，分別構(gòu)建4種場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比，如表5所示，以系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商的日運(yùn)行成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，尋求最優(yōu)的調(diào)度策略。

表5 4種場(chǎng)景Table 5 Four scenarios

(1) 場(chǎng)景一。場(chǎng)景一是未考慮儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱設(shè)備以及用戶需求響應(yīng)的基礎(chǔ)場(chǎng)景，該場(chǎng)景中電功率、熱功率和冷功率平衡情況如圖3所示。可以看出，由于可再生能源出力具有反調(diào)峰特性，00:00—04:00，12:00—16:00，21:00—24:00的出力較高，且22:00—次日06:00為谷時(shí)段，電價(jià)較低，因此燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐不工作，可再生能源出力和購(gòu)買的電能可滿足系統(tǒng)的用電需求，熱負(fù)荷主要由熱泵提供。而燃?xì)廨啓C(jī)輸出電功率主要集中在電價(jià)高的時(shí)段(08:00—11:00，17:00—20:00)，在滿足系統(tǒng)電負(fù)荷需求的同時(shí)，由余熱鍋爐回收多余的熱量為系統(tǒng)供熱。系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求主要由電制冷機(jī)滿足，在用熱需求較低的時(shí)段(10:00—16:00)，通過(guò)吸收式制冷機(jī)將一部分熱負(fù)荷轉(zhuǎn)換成冷負(fù)荷，滿足部分的用冷需求。在此場(chǎng)景下，系統(tǒng)的購(gòu)氣量為27 588.4 kW·h，購(gòu)電量為13 781.5 kW·h。

圖3 場(chǎng)景一電熱冷功率平衡Fig.3 Scenario one electrical thermal and cold power balance

(2) 場(chǎng)景二。場(chǎng)景二在場(chǎng)景一的基礎(chǔ)上增加了儲(chǔ)電設(shè)備，該場(chǎng)景中的電功率、熱功率和冷功率平衡情況見(jiàn)圖4。與基礎(chǔ)場(chǎng)景相比，儲(chǔ)電設(shè)備在高電價(jià)時(shí)段放電，低電價(jià)時(shí)段充電，承擔(dān)了部分電負(fù)荷需求，因此燃?xì)廨啓C(jī)組出力、余熱鍋爐回收的熱量以及高電價(jià)時(shí)段的購(gòu)電量明顯減少。系統(tǒng)的熱負(fù)荷需求主要通過(guò)熱泵滿足，僅有一小部分通過(guò)燃?xì)忮仩t滿足。電制冷機(jī)和吸收式制冷機(jī)出力的變化較小，系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求仍主要通過(guò)電制冷機(jī)滿足。在此場(chǎng)景下，系統(tǒng)的購(gòu)氣量為26 761.2 kW·h，購(gòu)電量為13 971.6 kW·h。

圖4 場(chǎng)景二電熱冷功率平衡Fig.4 Scenario two electrical thermaland cold power balance

(3) 場(chǎng)景三。與場(chǎng)景一和場(chǎng)景二相比，場(chǎng)景三在其基礎(chǔ)上增加了儲(chǔ)電和儲(chǔ)熱設(shè)備，該場(chǎng)景中的電功率、熱功率和冷功率平衡情況如圖5所示。與場(chǎng)景二相比，場(chǎng)景三的儲(chǔ)電設(shè)備在低谷時(shí)段和平時(shí)段的輸出電功率減少，而購(gòu)電功率增加，燃?xì)廨啓C(jī)的輸出電功率減少。其主要原因是儲(chǔ)熱設(shè)備承擔(dān)了部分熱負(fù)荷需求，從而導(dǎo)致余熱鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備出力減少，系統(tǒng)熱負(fù)荷需求主要通過(guò)能效更高的熱泵滿足。電制冷機(jī)和吸收式制冷機(jī)出力的變化較小，在16:00—17:00，該時(shí)段電價(jià)較高，吸收式制冷機(jī)的出力增加，電制冷機(jī)的出力減少，但系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求仍主要通過(guò)電制冷機(jī)滿足。在此場(chǎng)景下，系統(tǒng)的購(gòu)氣量為26 403.8 kW·h，購(gòu)電量為14 114.1 kW·h。

圖5 場(chǎng)景三電熱冷功率平衡Fig.5 Scenario three electrical thermaland cold power balance

(4) 場(chǎng)景四。場(chǎng)景四在場(chǎng)景三的基礎(chǔ)上增加了用戶的價(jià)格型需求響應(yīng)，用戶根據(jù)電價(jià)的高低調(diào)整用電負(fù)荷，在減少自身的用電費(fèi)用的同時(shí)能夠緩解系統(tǒng)調(diào)峰的壓力，該場(chǎng)景中的電功率、熱功率和冷功率平衡情況如圖6所示。與前面3個(gè)場(chǎng)景相比，用戶各個(gè)時(shí)段的用電負(fù)荷產(chǎn)生了變化，在低電價(jià)時(shí)段的用電量增加，高電價(jià)時(shí)段的用電量減少，總需求響應(yīng)量大約為原始負(fù)荷的5%。因此燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電量、向電網(wǎng)購(gòu)買的電量以及儲(chǔ)電設(shè)備輸出的電量均顯著減少。余熱鍋爐輸出的熱功率以及儲(chǔ)熱設(shè)備輸出的熱功率減少，從而導(dǎo)致熱泵的產(chǎn)熱量增加。燃?xì)忮仩t、電制冷機(jī)、吸收式制冷機(jī)以及儲(chǔ)電儲(chǔ)熱設(shè)備的出力變化較小。在此場(chǎng)景下，系統(tǒng)的購(gòu)氣量為24 220.4 kW·h，購(gòu)電量為13 796.2 kW·h。

圖6 場(chǎng)景四電熱冷功率平衡Fig.6 Scenario four electrical thermaland cold power balance

綜合比較以上4個(gè)場(chǎng)景的結(jié)果可知，得益于分時(shí)電價(jià)機(jī)制下的用戶需求響應(yīng)，在多能源協(xié)同系統(tǒng)中配置儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱設(shè)備，系統(tǒng)的日總運(yùn)行成本將顯著降低，具體結(jié)果表6所示。

表6 購(gòu)氣、購(gòu)電成本與系統(tǒng)日總運(yùn)行成本Table 6 Gas purchase,power purchase cost and total daily operation cost of the system 元

5 結(jié)論

針對(duì)多能源協(xié)同系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題，以系統(tǒng)日運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，建立了考慮價(jià)格型需求響應(yīng)的多能源協(xié)同系統(tǒng)運(yùn)行策略的調(diào)度優(yōu)化模型，通過(guò)實(shí)際案例比較和分析多場(chǎng)景的優(yōu)化結(jié)果，得出的主要結(jié)論為：

(1) 基于市場(chǎng)彈性的價(jià)格型需求響應(yīng)能夠有效地結(jié)合電源側(cè)與用戶側(cè)，利用用戶對(duì)價(jià)格的敏感度，引導(dǎo)用戶削減和轉(zhuǎn)移其用電負(fù)荷，從而顯著降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

(2) 相比于僅含儲(chǔ)能設(shè)備的多能源協(xié)同系統(tǒng)，考慮儲(chǔ)能與電力需求響應(yīng)相互配合的多能源協(xié)同系統(tǒng)運(yùn)行方式降低了系統(tǒng)從外部購(gòu)電的成本，減少了總運(yùn)行成本，具有推廣價(jià)值。