考慮熱網(wǎng)潮流的區(qū)域熱-電綜合能源系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化配置研究

鄧靖微,曹敏琦,晁化偉 ,陳大為,胡 濤

(1. 國(guó)網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 四川 成都 610041;2. 湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410082)

0 引 言

區(qū)域熱-電綜合能源系統(tǒng)(regionally integrated heat and electricity system, RIHES)作為連接用戶與供能網(wǎng)絡(luò)的終端,對(duì)于緩解當(dāng)前環(huán)境保護(hù)與能源需求的矛盾具有重要意義[1]。RIHES利用能量轉(zhuǎn)換設(shè)備耦合區(qū)域熱網(wǎng)和配電網(wǎng)能夠提高能源利用率。RIHES作為能量轉(zhuǎn)換最復(fù)雜的環(huán)節(jié),合理統(tǒng)籌其新增設(shè)備規(guī)劃與系統(tǒng)運(yùn)行策略,實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的同時(shí)兼顧投資經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)值得關(guān)注的問題[2]。

目前,針對(duì)RIHES的協(xié)同優(yōu)化配置已有較廣泛的研究[3-9]。如文獻(xiàn)[3]固定了待配置設(shè)備的容量,以設(shè)備是否安裝的0-1變量作為規(guī)劃決策變量,用隨機(jī)優(yōu)化方法求解RIHES的隨機(jī)規(guī)劃模型。文獻(xiàn)[4-5]以設(shè)備容量作為規(guī)劃決策變量,固定了待配置設(shè)備的數(shù)量,采用隨機(jī)優(yōu)化方法、區(qū)間優(yōu)化等方法求解計(jì)及源荷不確定性因素的RIHES規(guī)劃模型。文獻(xiàn)[6-7]考慮經(jīng)濟(jì)性與可靠性雙重因素,分別從引入可靠性指標(biāo)校驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性的單目標(biāo)優(yōu)化和可靠性與經(jīng)濟(jì)性雙目標(biāo)優(yōu)化兩個(gè)角度,討論了雙重目標(biāo)下的RIHES優(yōu)化配置問題。文獻(xiàn)[8-9]從儲(chǔ)能角度展開,通過精細(xì)化儲(chǔ)能模型,考慮RIHES中儲(chǔ)能裝置的配置問題。上述文獻(xiàn)從不同角度研究了RIHES的優(yōu)化配置問題,但是,在設(shè)備配置方面均以待配置設(shè)備的容量[4-9]或數(shù)量[3,9]作為規(guī)劃決策變量,并未考慮同類設(shè)備的容量及數(shù)量同時(shí)作為規(guī)劃決策變量的設(shè)備配置策略。此外,在運(yùn)行方面,上述文獻(xiàn)均未考慮傳輸網(wǎng)絡(luò)模型,而導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果無法滿足實(shí)際RIHES的網(wǎng)絡(luò)傳輸損耗及傳輸變量對(duì)應(yīng)的靜態(tài)安全約束。

考慮傳輸網(wǎng)絡(luò)模型后,規(guī)劃決策變量還需考慮待配置設(shè)備的選址,即設(shè)備接入對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)位置;此外,原決策變量設(shè)備數(shù)量變?yōu)樵O(shè)備可接入節(jié)點(diǎn)的數(shù)量?，F(xiàn)有考慮傳輸網(wǎng)絡(luò)模型的RIHES協(xié)同優(yōu)化配置的研究主要集中在用戶側(cè)綜合能源系統(tǒng)[10-11]和多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)[12]。有研究初步考慮了傳輸網(wǎng)絡(luò)模型,但其熱-電傳輸網(wǎng)絡(luò)模型僅包含外部母線功率平衡模型,并未對(duì)網(wǎng)絡(luò)潮流進(jìn)行精細(xì)建模[10]。文獻(xiàn)[12]建立了熱網(wǎng)潮流模型,針對(duì)各區(qū)域接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備容量進(jìn)行優(yōu)化配置,但并未考慮電網(wǎng)潮流模型。然而實(shí)際熱網(wǎng)采用調(diào)節(jié)流量的量調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)溫度的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式[1],但上述研究中的熱網(wǎng)模型并未考慮區(qū)域熱網(wǎng)流量或溫度的變化。因此,有研究進(jìn)一步考慮了質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行下區(qū)域熱網(wǎng)及儲(chǔ)能模型,優(yōu)化配置接入RIHES中的儲(chǔ)能容量及接入節(jié)點(diǎn)位置[13],但由于儲(chǔ)熱裝置難以用溫度量化其充放熱過程,因此采用控制儲(chǔ)熱裝置等效水流量的運(yùn)行方式改變儲(chǔ)能的充放功率,導(dǎo)致儲(chǔ)熱與熱網(wǎng)的運(yùn)行方式不符。由此可以看到,在包含儲(chǔ)熱裝置的RIHES規(guī)劃問題中采用量調(diào)節(jié)運(yùn)行方式下的熱網(wǎng)模型能夠統(tǒng)一二者的運(yùn)行方式。然而量調(diào)節(jié)運(yùn)行方式下熱網(wǎng)的潮流模型變?yōu)榉峭狗蔷€性,造成優(yōu)化模型難以求解。常用的求解方法即為假定管道流向已知且在調(diào)度周期內(nèi)不變,采用凸松弛方法結(jié)合商業(yè)求解器來求解[14-15],但流向固定的運(yùn)行方式難以適用于部分管道流向通常不確定的多熱源區(qū)域熱網(wǎng)[16]。

綜上所述,現(xiàn)有關(guān)于考慮傳輸網(wǎng)絡(luò)模型的RIHES規(guī)劃-運(yùn)行聯(lián)合優(yōu)化的研究仍有部分不足,具體為:

1)鮮有針對(duì)區(qū)域級(jí)綜合能源系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景;

2)規(guī)劃方面除了少量研究?jī)H考慮設(shè)備定容,大部分將設(shè)備容量通?？紤]為幾類離散的已知量,僅規(guī)劃其接入節(jié)點(diǎn)及設(shè)備選型的規(guī)劃策略;

3) 運(yùn)行方面熱網(wǎng)模型與供熱設(shè)備模型采用的運(yùn)行方式不符及未考慮熱網(wǎng)的管道流向可變因素。

基于上述考慮,提出了一種考慮流向可變的量調(diào)節(jié)運(yùn)行方式下的RIHES的協(xié)同優(yōu)化配置模型。首先,在運(yùn)行方面建立了流向可變的量調(diào)節(jié)運(yùn)行方式下的熱網(wǎng)潮流模型;然后,對(duì)熱網(wǎng)模型進(jìn)行松弛,同時(shí)引入罰函數(shù)以收緊松弛間隙,進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為二階錐規(guī)劃模型。其次,在設(shè)備配置方面,同時(shí)考慮設(shè)備待配置容量及接入節(jié)點(diǎn)位置作為決策變量的設(shè)備配置策略建立規(guī)劃模型。最后,結(jié)合其他設(shè)備及配電網(wǎng)的模型提出以設(shè)備配置與系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及新能源機(jī)組削減為目標(biāo)的協(xié)同優(yōu)化配置模型,并在IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)與17節(jié)點(diǎn)區(qū)域熱網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)中求解。算例驗(yàn)證表明所提協(xié)同優(yōu)化配置模型具有優(yōu)越性,考慮流向可變的熱網(wǎng)模型對(duì)設(shè)備配置經(jīng)濟(jì)性有積極的影響。

1 區(qū)域熱-電綜合能源系統(tǒng)模型

所建立的RIHES結(jié)構(gòu)如圖1所示,由熱電聯(lián)產(chǎn)(combined heat and power, CHP)、風(fēng)力發(fā)電(wind turbine generation,WT)、光伏發(fā)電(photovoltaic power generation,PV)、電鍋爐(electric boiler, EB)、蓄熱式電鍋爐 (electric boiler with thermal energy storage, EBTES)、蓄電裝置(electrical energy storage, EES)及配電網(wǎng)、區(qū)域熱網(wǎng)與電、熱負(fù)荷組成。

圖1 區(qū)域熱-電綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 區(qū)域熱網(wǎng)凸松弛模型

1.1.1 考慮流向可變的水力模型

熱網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)處與該節(jié)點(diǎn)相關(guān)支路的質(zhì)量流量滿足:

Amb,t=mq,t

(1)

(2)

式中:A為熱網(wǎng)的供水網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)-支路關(guān)聯(lián)矩陣;mb,t為t時(shí)段熱網(wǎng)各管道的質(zhì)量流列向量;mq,t為t時(shí)段熱網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)質(zhì)量流列向量;aij為A陣中元素。

由于傳輸管道有一定的粗糙度,可由達(dá)西-魏斯巴赫(Darcy-Weisbach)公式計(jì)算。

hbj,t=Sjmbj,t|mbj,t|,?j∈B

(3)

式中:Sj為管道j的比摩阻[17];B為管道集合。

考慮流向可變因素時(shí),則需要預(yù)定義各管道的方向,式(1)中A陣中各元素按照預(yù)定義的方向選取,若所求得管道j在t時(shí)段的流量mbj,t為正,則表示管道實(shí)際流向與預(yù)定義的方向一致,反之亦然。建立式(4)模型表征管道流向及流量限制。

(4)

式中,mbj,min、mbj,max分別為管道集合B中管道j的流量最小值和最大值。

1.1.2 熱力模型

φi,t=Cpmqi,t(TSi-TOi),?i∈Q

(5)

(6)

此外,熱力模型還有熱損耗模型及熱力拓?fù)淠Ｐ?詳見文獻(xiàn)[15]。

1.1.3 熱網(wǎng)模型松弛

考慮管道流向后,去掉式(3)絕對(duì)值,松弛為分段二階錐形式,同時(shí)引入中間二進(jìn)制變量xbj,t將分段約束式線性化,同時(shí)采用麥考密克(McCormick)松弛[18]引入變量Zbj,t并令其滿足:

Zbj,t=xbj,thbj,t,?j∈B

(7)

則式(3)、式(4)變?yōu)?

-mbj,max(1-xbj,t)≤mbj,t≤mbj,maxxbj,t,?j∈B

(8)

mbj,minxbj,t≤mbj,t≤-mbj,min(1-xbj,t),?j∈B

(9)

xbj,thbj,min≤Zbj,t≤xbj,thbj,max,?j∈B

(10)

hbj,t+(xbj,t-1)hbj,min≤Zbj,t≤hbj,t+
(xbj,t-1)hbj,max,?j∈B

(11)

(12)

式(8)—式(11)均為線性約束,式(12)為二階錐約束。

為保證松弛精確性,將管道壓差作為懲罰目標(biāo)函數(shù)。

(13)

式中,μh為管道壓差懲罰因子。通過最小化懲罰項(xiàng)能夠使二階錐約束接近原等式約束,保證松弛的精確性。

1.2 蓄熱式電鍋爐模型

相比單一EB,EBTES不受熱負(fù)荷需求限制,能夠在熱負(fù)荷需求低谷階段將電能轉(zhuǎn)化為熱能,通過TES在時(shí)間尺度上平移至負(fù)荷需求高峰階段供熱,缺點(diǎn)是供熱能量損耗較電鍋爐直供方式下大。因此,采用EB與EBTES自由組合的配置方式,二者模型可統(tǒng)一描述如下。

1.2.1 電鍋爐模型

(14)

(15)

1.2.2 蓄熱裝置模型

不同于傳統(tǒng)TES的充放熱端口均與熱網(wǎng)連接,僅可在熱負(fù)荷低谷且供熱設(shè)備供能過剩時(shí)期儲(chǔ)存熱網(wǎng)多余的熱能,反之向熱網(wǎng)放熱,因而其儲(chǔ)、放能不可同時(shí)發(fā)生。而EBTES中的TES由于儲(chǔ)熱功率來源于EB,無需滿足上述限制,可實(shí)現(xiàn)利用EB儲(chǔ)熱的同時(shí)向熱網(wǎng)放熱,并在一段時(shí)間內(nèi)與EB同時(shí)供熱以提高供熱上限。

(16)

(17)

1.3 其他模型

其他模型包括配電網(wǎng)潮流模型、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組模型及電儲(chǔ)能運(yùn)行模型。配電網(wǎng)模型采用二階錐形式的Distflow潮流模型,EES模型見文獻(xiàn)[14],CHP模型見文獻(xiàn)[19]。

2 協(xié)同優(yōu)化配置模型

2.1 規(guī)劃策略

基于第1章所建立的RIHES模型建立協(xié)同優(yōu)化配置模型。模型中決策變量由設(shè)備規(guī)劃變量和系統(tǒng)運(yùn)行變量?jī)刹糠纸M成。規(guī)劃變量包含待配置設(shè)備的容量及接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)位置。考慮到實(shí)際中CHP機(jī)組占地面積較其他各類設(shè)備大,受場(chǎng)地環(huán)境等因素影響,CHP機(jī)組無法隨意確定安裝節(jié)點(diǎn)位置。此外,隨著碳排放政策的限制,中國(guó)各地“十四五”能源規(guī)劃均以分布式新能源和儲(chǔ)能規(guī)劃為主[20],合理協(xié)調(diào)傳統(tǒng)化石機(jī)組與其他新建供能設(shè)備的容量以達(dá)到協(xié)同節(jié)能降效的效果具有一定現(xiàn)實(shí)意義。因此固定CHP機(jī)組接入節(jié)點(diǎn)及數(shù)量,僅考慮將配置容量作為規(guī)劃變量,而WT、PV、EB/EBTES等其他設(shè)備同時(shí)考慮能否接入節(jié)點(diǎn)的0-1變量及待配置容量的連續(xù)變量作為規(guī)劃決策變量。運(yùn)行變量為典型日中各時(shí)段內(nèi)各設(shè)備出力、熱網(wǎng)的管道質(zhì)量流量及節(jié)點(diǎn)注入流量、電網(wǎng)潮流相關(guān)變量等。

2.2 目標(biāo)函數(shù)

綜合考慮RIHES的投資及建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和新能源機(jī)組消納,以待配置設(shè)備的年投資成本Cinv、年運(yùn)行成本Cop和新能源機(jī)組的年出力削減Ccur最小為優(yōu)化目標(biāo),其表達(dá)式為

minC=Cinv+Cop+Ccur

(18)

2.2.1 年投資成本

(19)

2.2.2 年運(yùn)行成本

Cop=θd·(FCHP+Fe+Fh)

(20)

(21)

(22)

2.2.3 新能源機(jī)組年出力削減

Ccur=θd·(FWTc+FPVc)

(23)

(24)

(25)

2.3 約束條件

2.3.1 規(guī)劃約束

1)設(shè)備容量及節(jié)點(diǎn)規(guī)劃約束

對(duì)于WT、PV、EB等同時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)位置及配置容量的設(shè)備,規(guī)劃變量需滿足如下約束:

(26)

(27)

此外,考慮場(chǎng)地限制等因素,在單個(gè)節(jié)點(diǎn)上配置的供能機(jī)組不能超過一臺(tái)。

(28)

2)CHP機(jī)組規(guī)劃約束

(29)

2.3.2 運(yùn)行約束

1)WT、PV約束

(30)

(31)

(32)

(33)

2)儲(chǔ)能約束

對(duì)于電、熱儲(chǔ)能設(shè)備,典型日內(nèi)任意時(shí)段運(yùn)行變量與規(guī)劃變量需滿足如下約束:

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

2.4 求解方法

上面提出的熱-電綜合能源系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化配置模型為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型(mixed-integer second-order cone programming, MISOCP),可利用商業(yè)求解器Gurobi 9.1.1建模并求解。

3 算例分析

3.1 輸入數(shù)據(jù)

采用改進(jìn)的IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)和17節(jié)點(diǎn)區(qū)域熱網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)[21],系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。電網(wǎng)基準(zhǔn)電壓為12.66 kV,電網(wǎng)基準(zhǔn)容量為100 MW,上級(jí)電網(wǎng)通過節(jié)點(diǎn)1與配電網(wǎng)連接,上級(jí)電網(wǎng)交互功率上限為20 MW;區(qū)域熱網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)包含17個(gè)熱網(wǎng)節(jié)點(diǎn)及16條熱力管道,基準(zhǔn)容量為150 MW,各管道預(yù)定義流量方向如圖2區(qū)域熱網(wǎng)中各支路箭頭所示,其中空心節(jié)點(diǎn)代表該節(jié)點(diǎn)無熱負(fù)荷,實(shí)心節(jié)點(diǎn)則表明該節(jié)點(diǎn)有熱負(fù)荷,CHP機(jī)組分別位于電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)18和熱網(wǎng)節(jié)點(diǎn)1處。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

待配置設(shè)備的相關(guān)參數(shù)見表1,表中e表示對(duì)應(yīng)設(shè)備配置在配電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)位置;h表示對(duì)應(yīng)設(shè)備配置在區(qū)域熱網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)位置,其中TES和EES除了可安裝儲(chǔ)存容量上限外還有充放功率上限。

表1 設(shè)備配置參數(shù)

風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電的預(yù)測(cè)值采用文獻(xiàn)[4]中的確定性預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),風(fēng)力及光伏機(jī)組懲罰系數(shù)取0.05,熱網(wǎng)的松弛懲罰系數(shù)取0.04,進(jìn)水溫度為70 ℃,回水溫度為40 ℃,熱水比熱為4.182 kJ/(kg·℃)。

3.2 優(yōu)化配置結(jié)果分析

為驗(yàn)證所提的協(xié)同配置策略及熱網(wǎng)運(yùn)行模型的有效性,分別設(shè)置以下3種場(chǎng)景:

1)場(chǎng)景1:同時(shí)考慮設(shè)備配置容量及節(jié)點(diǎn)位置作為規(guī)劃決策變量,熱網(wǎng)運(yùn)行決策變量中管道流向可變。

2) 場(chǎng)景2:采用傳統(tǒng)規(guī)劃策略,僅以設(shè)備是否接入節(jié)點(diǎn)作為規(guī)劃決策變量,運(yùn)行決策變量中管道的流向可變。

3)場(chǎng)景3:同時(shí)考慮設(shè)備配置容量及節(jié)點(diǎn)位置作為規(guī)劃決策變量,但熱網(wǎng)運(yùn)行決策變量中管道流向固定不變,以所提預(yù)定義流量方向作為固定的管道流向。

3種場(chǎng)景下的設(shè)備配置結(jié)果見表2。場(chǎng)景1和場(chǎng)景3中CHP機(jī)組的配置容量基本一致而比場(chǎng)景2少9.89 MW;3個(gè)場(chǎng)景中WT配置容量及數(shù)量均相同,但各場(chǎng)景下配置的節(jié)點(diǎn)位置不同;場(chǎng)景2中其他設(shè)備配置的總?cè)萘烤笥趫?chǎng)景1和場(chǎng)景3;而場(chǎng)景1配置的PV總?cè)萘枯^場(chǎng)景3少1 MW;至于EES,場(chǎng)景1則比場(chǎng)景3多配置了3.5 MW;3個(gè)場(chǎng)景在區(qū)域熱網(wǎng)中均采用兩臺(tái)EB及一臺(tái)EBTES的組合配置方式,而場(chǎng)景1中EB和TES配置的總?cè)萘糠謩e比場(chǎng)景3少1.66 MW和0.91 MW。各場(chǎng)景下成本明細(xì)見表3。場(chǎng)景1的年規(guī)劃成本和運(yùn)行成本比場(chǎng)景2和場(chǎng)景3低,但新能源機(jī)組削減成本略高于場(chǎng)景3,由于場(chǎng)景2中PV的配置容量較大導(dǎo)致新能源機(jī)組的削減成本遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)場(chǎng)景。綜合之下,場(chǎng)景1的總成本最低,場(chǎng)景3的總成本略有增高,而場(chǎng)景2的總成本與其他兩個(gè)場(chǎng)景下的總成本的差異較大。

表2 不同場(chǎng)景下設(shè)備配置結(jié)果

表3 不同場(chǎng)景下的成本明細(xì)

圖3為各設(shè)備供電、供熱結(jié)構(gòu)圖。由圖3(a)可以看到場(chǎng)景2中購(gòu)電比例為5.32%,少于場(chǎng)景1和場(chǎng)景3的12.39%,這部分購(gòu)電功率由其他供電設(shè)備替代;場(chǎng)景2中EES的出力比例為9.24%,大于場(chǎng)景1的5.37%和場(chǎng)景3的5.71%。圖3(b)中場(chǎng)景2的TES供熱比例為4.69%,大于場(chǎng)景1的1.59%和場(chǎng)景3的1.57%。盡管場(chǎng)景1與場(chǎng)景3各設(shè)備的出力比例接近,但場(chǎng)景3中總供電量和供熱量較場(chǎng)景1分別多出0.34 GWh和0.12 GWh。

圖3 各場(chǎng)景下供能結(jié)構(gòu)

3.3 規(guī)劃策略對(duì)協(xié)同運(yùn)行的影響

對(duì)比分析不同規(guī)劃策略下的場(chǎng)景1與場(chǎng)景2中典型日的運(yùn)行結(jié)果以驗(yàn)證不同規(guī)劃策略對(duì)RIHES協(xié)同運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響。兩場(chǎng)景下CHP及PV的電出力如圖4、圖5所示。由圖4看到場(chǎng)景2下從上級(jí)電網(wǎng)購(gòu)電的供能比例降低,這部分功率主要由CHP和PV承擔(dān)。由于場(chǎng)景2中EES配置容量過大及其供能增加,導(dǎo)致其他電源不得不增加出力為EES儲(chǔ)能,進(jìn)而使得場(chǎng)景2下的設(shè)備總出力較大。盡管圖5中場(chǎng)景2的PV供能比例與場(chǎng)景1接近,但由于場(chǎng)景2下PV配置容量較場(chǎng)景1大,因此在運(yùn)行周期內(nèi)PV的實(shí)際出力比場(chǎng)景1多24.26 MW,而CHP的出力比場(chǎng)景1多283.65 MW。

圖4 場(chǎng)景1和場(chǎng)景2下CHP機(jī)組電出力

圖5 場(chǎng)景1和場(chǎng)景2下PV出力

圖6為兩場(chǎng)景下各供熱設(shè)備出力。場(chǎng)景2中TES同樣由于配置容量較大比場(chǎng)景1多儲(chǔ)熱62.5 MW;但其EB及EBTES向區(qū)域熱網(wǎng)的實(shí)際總供熱功率比場(chǎng)景1少了6.99 MW,因此場(chǎng)景2中CHP熱出力比場(chǎng)景1多6.99 MW以補(bǔ)充這部分功率缺額。

圖6 場(chǎng)景1和場(chǎng)景2下供熱設(shè)備熱出力

綜上,由于場(chǎng)景2配置容量固定策略下設(shè)備配置容量較大,為了提高設(shè)備利用效率,一方面外購(gòu)電能供能降低以提高配置的供能設(shè)備的出力;另一方面供能設(shè)備額外增加出力向儲(chǔ)能裝置充能,導(dǎo)致了場(chǎng)景2的運(yùn)行成本增加。

3.4 熱網(wǎng)管道流向?qū)f(xié)同運(yùn)行的影響

對(duì)比分析管道流向可變的場(chǎng)景1與管道流向固定的場(chǎng)景3,驗(yàn)證管道流向?qū)IHES協(xié)同運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響。由于場(chǎng)景3中管道流向固定,導(dǎo)致兩場(chǎng)景中優(yōu)化結(jié)果管道流量不同。以流量差別最大的管道L15為例,兩場(chǎng)景中該管道流量如圖7所示,場(chǎng)景1中流量正負(fù)交替,表明場(chǎng)景1下該管道的流向在調(diào)度周期內(nèi)發(fā)生了兩次變化;而場(chǎng)景3中流向固定不變,導(dǎo)致部分時(shí)間流量較小,兩場(chǎng)景均在區(qū)域熱網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處配置有EB,場(chǎng)景3中節(jié)點(diǎn)處的EB受到管道流量限制,僅能向節(jié)點(diǎn)處熱負(fù)荷供能。因此在該結(jié)點(diǎn)處EB的配置容量較小,轉(zhuǎn)而增加了在節(jié)點(diǎn)③處的EB配置容量。兩場(chǎng)景的購(gòu)電功率見圖8,場(chǎng)景3比場(chǎng)景1多購(gòu)電1.07 MW。

圖7 場(chǎng)景1和場(chǎng)景3下管道L15的流量

圖8 場(chǎng)景1和場(chǎng)景3下購(gòu)電功率

場(chǎng)景1中在管道L15處的流量為負(fù)的對(duì)應(yīng)時(shí)刻即為EB通過管道L15向其他熱負(fù)荷傳輸熱能。兩場(chǎng)景下節(jié)點(diǎn)處EB注入功率如圖9(a) 所示,場(chǎng)景1中節(jié)點(diǎn)處EB供能比場(chǎng)景3多16.12 MW,這部分熱功率在場(chǎng)景3中由配置在節(jié)點(diǎn)③處EB和CHP機(jī)組提供;圖9(b)、(c)為兩場(chǎng)景下EB和EBTES總供熱功率及CHP機(jī)組供熱功率。與場(chǎng)景1相比,場(chǎng)景3中EB和EBTES的總供熱功率比場(chǎng)景1少1.05 MW,而CHP增加出力替代這部分功率。由于流量限制進(jìn)一步導(dǎo)致了CHP機(jī)組出力的增加和外購(gòu)電功率的增加使得場(chǎng)景3的運(yùn)行成本略高于場(chǎng)景1。

圖9 場(chǎng)景1和場(chǎng)景3下供熱設(shè)備熱出力

4 結(jié) 論

上面建立了考慮流向可變量調(diào)節(jié)運(yùn)行方式下的熱網(wǎng)模型,通過松弛結(jié)合罰函數(shù)的方式將其轉(zhuǎn)化為二階錐形式。進(jìn)一步結(jié)合其他設(shè)備及電網(wǎng)潮流模型,在傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)的基礎(chǔ)上考慮新能源機(jī)組消納目標(biāo),建立了規(guī)劃-運(yùn)行聯(lián)合優(yōu)化模型(混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型),該模型下的規(guī)劃策略能夠同時(shí)優(yōu)化多種設(shè)備接入節(jié)點(diǎn)的位置及其配置容量。通過算例驗(yàn)證,得出以下結(jié)論:

1)同時(shí)考慮設(shè)備配置容量及節(jié)點(diǎn)位置的規(guī)劃策略能夠有效降低規(guī)劃成本,并且能夠避免部分容量配置冗余的供能設(shè)備增加出力與儲(chǔ)能裝置進(jìn)行多余的能量轉(zhuǎn)換,具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

2)流向可變的區(qū)域熱網(wǎng)模型在提高RIHES的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行靈活性方面具有優(yōu)勢(shì)。通過僅改變局部管道的流向進(jìn)而在就近節(jié)點(diǎn)負(fù)荷需求較低時(shí)將熱能傳輸給更多熱負(fù)荷,增加供熱機(jī)組的靈活性,能夠得到更經(jīng)濟(jì)的設(shè)備配置方案及運(yùn)行方案。