冷熱電聯供微網優化調度綜述

余婷

（甘肅農業大學機電工程學院，甘肅 蘭州730070）

1 研究背景

隨著科學技術和工業生產的迅猛發展，傳統化石燃料的短缺及其所造成的環境惡化問題逐漸凸顯出來，能源危機日益加劇。因此能源的合理分配和利用無疑成為21世紀全球性焦點問題。近年來，為了減少能源浪費以及污染氣體的排放，以風能、太陽能、潮汐能、生物質能等多種分布式能源為主的發電技術受到世界各國空前的重視，這項技術的發掘為緩解全球能源危機開辟了一條新道路。

與傳統大規模集中式電源相比，分布式電源發電具有獨立、經濟、環保、利用率高、安裝方便等顯著優點。但由于分布式電源的隨機性和間歇性，導致分布式電源接入電網存在很大的隱患。因此有關學者提出微網的概念，它是一種由多種分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷及監控保護裝置匯集而成的微小型發配電系統，可以作為分布式電源接入電網的有效載體。其中作為微網核心技術之一的冷-熱-電三聯供微網（Combined Cooling Heatingand Power，CCHP）系統可以明顯提高能源的梯級利用效率，并有效減少有害氣體的排放。因此CCHP技術受到諸多國家和學者的青睞，成為各國研究的重點。

本文將對上述CCHP微網的研究爬梳剔抉，梳理調度策略，分析歸納優化調度建模方法，最后提出對該領域未來發展趨勢的展望。

2 優化調度的指標

在國家技術革新的潮流中，如何處理好經濟效益與環境保護的關系是各個領域的重要問題。就經濟性而言，需要提高能源利用效率、減少停電損失收益，也要平衡供需側不同利益交互提升，從而實現供需兩方的雙贏[1-3]。對于環保方面，通過將電能轉化成其他形式進行消納以提高RES滲透率，同時也要提高節約不可再生能源水平，開發技術儲存化石能源，并減少溫室效應以及污染氣體排放，從而達到最佳優化調度水準。

3 不確定性建模方法

由于CCHP微網是一個具有不確定性、耦合強度高和優化指標多樣化特點的復雜系統，因此文獻[4]提出的一種新的基于魯棒驅動的置信間隙決策理論（CGDT），并以?效率最大和運行成本最低為優化目標，構建了基于CGD的IES多目標魯棒優化調度模型，該模型可實現更為合理而準確的不確定性優化調度。但該文獻提出的基于CGD的不確定性建模及優化思想，僅被應用于IES的優化調度問題，該模型可進一步拓展到IES規劃、多區域IES協調運行等領域展開進一步研究。文獻[5]提出了一種新型的輸電系統和多區域能源系統分散機會約束ED模型，它采用一種經濟模型預測控制來考慮未來的不確定性。該模型為一種新穎的基于EMPC的分散機會約束ED（EMPC-DCED）模型，用于TS和DES的集成。該模型更適用于涉及不確定性的日間ED問題，但對于多區域綜合能源系統，沒有考慮不同能量載體之間的耦合。文獻[6]由于考慮風光的不確定性和相關性，提出了一種含電能交互的冷熱電聯供型多微網系統雙層多場景協同優化配置模型方法。該系統相比常規多能源站系統，有效降低了多能源站的年化總成本，大大提高其經濟性。不過由于含電能交互的多能源站之間存在強耦合關系，它們之間的利益交互關系將極為凸顯，需要被進一步考慮。文獻[7]構建了電力、熱力柔性負荷模型，提出了一種電/熱柔性負荷的儲能優化配置模型，綜合考慮系統用能、運維、投資、補償成本等因素，以經濟性為目標進行考慮電/熱柔性負荷的區域綜合能源系統儲能優化配置模型。該模型將負荷的柔性特性納入到區域綜合能源系統儲能配置的影響因素中，對于系統的經濟性有較大的提升。但未考慮到風電以及負荷的不確定性對儲能優化配置結果的影響。文獻[8]提出了一種考慮多能靈活性的綜合能源系統多時間尺度優化調度策略。它是在日前調度中建立多能靈活性狀態方程，以日運行成本最小為目標，構建波動場景下考慮系統多能靈活性的調度模型；該模型可以準確評估和刻畫系統內多種能源的靈活性供需關系。針對大型的電熱氣聯合系統，還需要對不同能量系統的網絡進行動態建模，充分考慮到網絡約束對系統靈活性帶來的影響。

4 多目標建模方法

對于微網優化調度的研究，大多數學者也采用多目標建模的方法以求解最優調度策略。比如文獻[9]提出了一種智慧社區多能流隨機響應面模型預測控制方法。由于考慮到冷熱電聯供、電動汽車、儲能設備等的技術經濟特性，構建了兼顧經濟性和環保性的多能流多目標優化調度模型，實現了日前優化和實時滾動優化的有效統一。隨機響應面法和場景法結合的社區能源隨機場景模擬方法，與傳統方法相比，能在保證精度的情況下縮短計算時間，利于實時滾動優化。文獻[10]提出了一種IES多目標優化調度模型及求解方法。該方法同時兼顧供能側與用能側的協同優化，建立了考慮綜合需求響應的綜合能效模型并引入優化目標，以系統經濟成本最低與綜合能效最高為目標建立了電-氣-熱IES多目標優化調度模型。文獻[11]針對含配電網、配氣網、多能源站以及多用戶的IES的優化運行問題，提出了一種混合多目標優化和基于博弈論的方法。該方法考慮了配電網和配氣網的運行約束，并兼顧了各主體的利益訴求。又如文獻[12]所提出的多目標優化配置方法同時考慮了經濟性和?效率，通過算例分析了各類設備的優先調度順序對系統總體?效率的影響。可以滿足多類型的配置需求，且采用?效率分析相比傳統的熱效率計算更加合理可行。但是它未考慮到多類不確定性對系統調度以及規劃的影響。

多目標建模方法的優點在于不用多次試驗來確定各個目標之間的權值，可以直接求解多目標問題；另一方面避免了由于各個目標之間的量綱不統一，可能會造成單目標優化問題的魯棒性差的問題。但該方法仍存在缺陷，分析大量文獻可以發現，目前多目標優化方法多用于處理五個以下目標，且效果較為顯著，但目標一旦增多，無法保證該方法的有效性，并且會成倍的增大計算量，達不到預期效果。

5 利益交互關系建模方法

由于電網與用電主體之間存在一定的利益交互關系，以博弈論為主的建模思想逐漸凸顯出來，比如文獻[11]通過完全市場博弈，解決了多能源站與用戶之間的公平博弈問題，有效模擬了多能源站與用戶之間的利益交互關系。文獻[13]引入綜合需求響應和主從博弈機制，以綜合能源銷售商為領導者，新能源冷熱電聯供運營商和負荷聚合商為跟隨者，形成一主多從分布式協同優化模型。大大提高了用戶側的消費者剩余和供能側的收益，對供需雙側都有明顯改善。文獻[14]提出了一種兩階段優化調度策略，實現區域IES內三方主體利益訴求的制約平衡和日內聯合優化。并在納什均衡狀態下，可同時實現用戶運行成本和產能基地風電并網率的優化。文獻[15]以多微網系統為領導者，各微網負荷聚合商為跟隨者，建立一主多從互動均衡模型，優化了多微網系統定價策略，使得各微網用戶的綜合效益與用能成本都得到了明顯改善。考慮到微網運行的經濟性以及能量互濟，文獻[16]以多主體主從博弈為核心，建立多微網優化調度模型并通過算例分析驗證其有效性與經濟性。文獻[17]提出一種基于非合作博弈的日前交易方法，以納什均衡解作為微網最佳交易策略，實現各微網效用最大化。

6 CCHP微網聯合調度

隨著分布式能源技術的推廣與革新，未來配電網將是由多個區域能源互聯網與上級配電網、天然氣網以及供熱網所構成的多微網綜合能源系統，它是促進能源綜合持續發展、高效利用的重要環節[1-2]。多微網綜合能源系統在提升能源綜合利用效率的同時，其優化調度規劃中所面臨的各種不確定性因素以及各個因素之間的交互影響更為冗雜。文獻[3，18-19]考慮風、光等無限再生能源的不確定性建立多能源微網優化調度模型，分析了能源不確定性對微網運行經濟效益的影響。在未來的發展與探索中，各種能源之間的交互影響以及分級利用將會成為主流。

7 結語

在分布式能源的應用領域里，CCHP系統有著舉足輕重的地位，它的出現使得分布式能源的利用更加合理和高效，其優化調度亦會成為日后研究的重點。CCHP的研究核心在于冷、熱、電三者之間的強耦合關系，對于三者關系的剖析使研究過程變得紛繁復雜，同時由于可再生能源的不確定性也會導致優化調度策略的多樣化。在不可再生能源短缺以及能源供應緊張的局勢下，分布式能源的分級利用是緩解和改善能源短缺問題的有效手段。本文分別從不確定性建模、多目標建模以及基于博弈論的利益交互建模對優化調度策略進行了梳理和分析，期待對今后的研究給予一定參考。