計(jì)及兩階段需求側(cè)響應(yīng)荷源協(xié)調(diào)消納棄風(fēng)調(diào)度模型

楊曉輝，芮松宏，陳再星，徐青山，黃 鑫

（南昌大學(xué)信息工程學(xué)院，南昌 330031）

0 引言

隨著國家新能源發(fā)電的大力發(fā)展，風(fēng)電作為一種清潔環(huán)保的能源，在新能源發(fā)電中占據(jù)著重要的地位。近年來，我國的風(fēng)電裝機(jī)容量持續(xù)上升。然而，目前很多地區(qū)還存在嚴(yán)重的棄風(fēng)問題，尤其是我國的“三北”地區(qū)（東北、華北、西北）的棄風(fēng)問題十分嚴(yán)重，其供熱季采用熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組（CHP）供熱，該類機(jī)組存在“以熱定電”的剛性約束，出力受限于熱負(fù)荷的約束，導(dǎo)致其調(diào)峰能力不足，調(diào)節(jié)接納風(fēng)電能力差，從而引起大量的棄風(fēng)。

針對熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的“以熱定電”問題目前常用的方法是通過儲(chǔ)熱裝置解耦“以熱定電”約束［1-3］，以增加熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的調(diào)峰能力，從而提高機(jī)組靈活性。在一些風(fēng)力發(fā)電比例較大的國家如德國、丹麥，也在通過配置儲(chǔ)熱裝置來促進(jìn)風(fēng)電的消納［4-5］。除此之外，在負(fù)荷側(cè)增加電負(fù)荷也是一種促進(jìn)風(fēng)電消納的方法，通?？梢栽谪?fù)荷側(cè)配置蓄熱式電鍋爐來增加系統(tǒng)消納風(fēng)電的能力［6-8］。文獻(xiàn)［7］中提出了通過配置電鍋爐降低電熱廠的強(qiáng)迫出力方案，介紹了該方案的基本原理，證明了電鍋爐對風(fēng)電消納的促進(jìn)作用。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)［8］中增添了電儲(chǔ)能系統(tǒng)對電能進(jìn)行合理轉(zhuǎn)移，在時(shí)間上解耦電能的生產(chǎn)和消耗。文獻(xiàn)［9］中比較了蓄熱、風(fēng)電供熱和抽水蓄能3 種可行的消納棄峰方案經(jīng)濟(jì)性，得出了蓄熱方案相對其他兩種方案的優(yōu)越性。

需求響應(yīng)（Demand Response，DR）根據(jù)實(shí)施方式的不同可以分成價(jià)格型需求響應(yīng)和激勵(lì)型需求響應(yīng)，是需求側(cè)用戶直接參與電力系統(tǒng)運(yùn)行的一種方式［10-16］。文獻(xiàn)［10］中建立了電量電價(jià)彈性矩陣，引入了用戶滿意度約束，引導(dǎo)用戶改變用電方式，積極配合風(fēng)電消納。文獻(xiàn)［11］中綜合了電價(jià)型和激勵(lì)型需求，一定程度上減少了價(jià)格型DR 的不確定性影響，最大發(fā)揮需求側(cè)響應(yīng)資源的靈活性效用。

上述研究大多僅考慮單一的價(jià)格型或者激勵(lì)型響應(yīng)，然而兩種響應(yīng)之間具有一定的互補(bǔ)性［12］。因此本文構(gòu)建了包含儲(chǔ)熱、蓄熱式電鍋爐、火電機(jī)組、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的兩階段需求側(cè)響應(yīng)的電熱調(diào)度模型。在日前提出基于消費(fèi)者心理學(xué)模型建立表達(dá)用戶對分時(shí)電價(jià)（Time of Use Price，TOU）響應(yīng)規(guī)律模型；在日內(nèi)通過激勵(lì)型響應(yīng)IDR（Intermediate Data Rate）與用戶簽訂響應(yīng)合同，對參于響應(yīng)的用戶進(jìn)行補(bǔ)償，對違背響應(yīng)合同的用戶進(jìn)行懲罰，進(jìn)而對用電負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷以適應(yīng)風(fēng)電出力的反調(diào)峰特性促進(jìn)風(fēng)電的消納。

1 儲(chǔ)熱裝置和蓄熱式電鍋爐消納棄風(fēng)原理

1.1 儲(chǔ)熱裝置解耦熱電機(jī)組剛性約束原理

目前，我國的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組大多數(shù)是抽汽式熱電機(jī)組［2］。由圖1 可知，配置儲(chǔ)熱前發(fā)電功率和對外供熱功率之間存在的耦合關(guān)系，使得機(jī)組的整體運(yùn)行區(qū)域運(yùn)行在ABCDA所圍區(qū)域。圖中：Cv1、Cv2、Cm為最大電出力對應(yīng)值、最小電出力對應(yīng)值、電熱功率的彈性系數(shù)。當(dāng)配置了儲(chǔ)熱裝置之后對于某個(gè)發(fā)電功率而言，通過儲(chǔ)熱裝置放熱，其整體最大供熱功率會(huì)在原來的基礎(chǔ)上有所提高，使得機(jī)組的整體運(yùn)行區(qū)域運(yùn)行在AGHIJKLA區(qū)域，電功率的可調(diào)節(jié)范圍大大提升。

圖1 配置儲(chǔ)熱裝置后機(jī)組運(yùn)行特性

1.2 蓄熱式電鍋爐配合儲(chǔ)熱消納風(fēng)電

通常將儲(chǔ)熱裝置安裝在熱電機(jī)組側(cè)，將蓄熱式電鍋爐安裝負(fù)荷側(cè)。在夜間風(fēng)電功率大時(shí)，蓄熱式電鍋爐通過消納部分風(fēng)電，將電能轉(zhuǎn)化成熱能儲(chǔ)存在蓄熱罐中。在熱負(fù)荷較大時(shí)，通過釋放蓄熱罐中的熱量供熱，從而減少一部分熱電機(jī)組電出力，為風(fēng)電上網(wǎng)增加空間。儲(chǔ)熱裝置和蓄熱式電鍋爐協(xié)調(diào)供熱，兩者聯(lián)合調(diào)度使得電網(wǎng)消納棄風(fēng)的能力增強(qiáng)，兩者的協(xié)調(diào)調(diào)度系統(tǒng)示意框圖如圖2 所示，實(shí)線表示電出力流向，虛線表示熱出力流向。

圖2 協(xié)調(diào)調(diào)度系統(tǒng)示意圖

2 價(jià)格型需求響應(yīng)模型

價(jià)格型需求響應(yīng)通過對電價(jià)的調(diào)整來引導(dǎo)用戶改變用電習(xí)慣達(dá)到負(fù)荷側(cè)負(fù)荷的削峰填谷。采用分時(shí)電價(jià)（TOU）的方法制定電價(jià)，通常TOU的制定需要制定者將一個(gè)調(diào)度周期分為峰、平、谷3 個(gè)時(shí)段來進(jìn)行劃分。3 個(gè)時(shí)段劃分越合理，負(fù)荷曲線的基本特征就越精確。負(fù)荷的響應(yīng)規(guī)律可以根據(jù)消費(fèi)者心理學(xué)模型來建模［15］。

消費(fèi)者心理學(xué)模型因其充分考慮了用戶在應(yīng)對電價(jià)變化時(shí)，響應(yīng)存在著死區(qū)以及飽和區(qū)，使其模型更加貼切于實(shí)際的負(fù)荷情況。根據(jù)消費(fèi)者心理學(xué)原理，可以將不同電價(jià)變化的刺激響應(yīng)行為分為3 個(gè)區(qū)域：一是不敏感區(qū)（又稱死區(qū)），該區(qū)域的電價(jià)波動(dòng)較小，用戶對電價(jià)反應(yīng)的敏感程度也較小，因此總的用電量不會(huì)發(fā)生太大的波動(dòng)；二是正常響應(yīng)區(qū)（又稱線性區(qū)），該區(qū)域內(nèi)電價(jià)存在一定的波動(dòng)，用戶會(huì)根據(jù)電價(jià)的波動(dòng)來調(diào)節(jié)用電量，系統(tǒng)中總的用電量會(huì)有一定的改變；三是響應(yīng)極限區(qū)（又稱飽和區(qū)），該區(qū)域的電價(jià)存在較大的波動(dòng)，但是用戶的響應(yīng)量已經(jīng)達(dá)到了極限，此時(shí)總的用電量不會(huì)隨著電價(jià)的波動(dòng)而發(fā)生大的改變。

為了準(zhǔn)確地表示用戶對TOU的響應(yīng)規(guī)律，在模型中引入負(fù)荷轉(zhuǎn)移率的概念。負(fù)荷轉(zhuǎn)移率的定義是負(fù)荷從高電價(jià)時(shí)段向低電價(jià)時(shí)段的轉(zhuǎn)移量與高電價(jià)時(shí)段的比值，其物理意義是表示各時(shí)段負(fù)荷隨電價(jià)波動(dòng)的轉(zhuǎn)移情況，

式中：λpv表示峰谷負(fù)荷轉(zhuǎn)移率；Δ Ppv表示峰谷電價(jià)差；Kpv表示線性區(qū)的斜率；bpv表示飽和區(qū)的閥值；表示峰谷負(fù)荷轉(zhuǎn)移率的最大值。類似地，可表示用電從峰時(shí)段向平時(shí)段、從平時(shí)段向谷時(shí)段轉(zhuǎn)移的情形。

以峰谷時(shí)段為例，負(fù)荷轉(zhuǎn)移率曲線如圖3 所示。曲線中P是飽和區(qū)拐點(diǎn)；Q是死區(qū)拐點(diǎn)，類似地，可以繪制出峰平和平谷時(shí)段的負(fù)荷轉(zhuǎn)移率曲線。

圖3 峰谷負(fù)荷轉(zhuǎn)移率曲線

基于上述3 種響應(yīng)模型及曲線，可以得到各時(shí)段在響應(yīng)TOU之后的擬合負(fù)荷公式為

式中：L(t)、L0(t)分別表示實(shí)施TOU后與實(shí)施TOU前在t時(shí)段內(nèi)的負(fù)荷值分別表示實(shí)施TOU前的峰時(shí)段和平時(shí)段的平均負(fù)荷；Tp、Tf、Tv分別表示峰時(shí)段、平時(shí)段和谷時(shí)段；t 表示整個(gè)調(diào)度時(shí)段（包含峰、谷、平的任意時(shí)段）。

3 激勵(lì)型需求響應(yīng)模型

激勵(lì)型需求響應(yīng)（IDR）［11-12］是由實(shí)施調(diào)度機(jī)構(gòu)與用戶簽訂協(xié)議，在協(xié)議中明確各時(shí)段應(yīng)該增加或者削減的負(fù)荷量。對于實(shí)施合同響應(yīng)的用戶給予一定的費(fèi)用補(bǔ)償；同時(shí)對于簽訂了協(xié)議但是沒有實(shí)施合同響應(yīng)的用戶給予一定的懲罰。IDR對參與響應(yīng)的用戶的費(fèi)用補(bǔ)償包括容量補(bǔ)償和電量補(bǔ)償兩部分，其中容量補(bǔ)償是固定的，電量補(bǔ)償則是根據(jù)用戶實(shí)際參與調(diào)用的電量而決定的，電量越多，用戶獲得的費(fèi)用補(bǔ)償就越多。單位電量補(bǔ)償采用多段報(bào)價(jià)曲線，如圖4 所示。

圖4 電量補(bǔ)償多段報(bào)價(jià)曲線

IDR的成本函數(shù)

式中：CIDR表示IDR 的調(diào)度成本；n∈I 表示用戶參與IDR；Cn為IDR單位響應(yīng)容量成本；ΔLn為用戶n 響應(yīng)容量分別表示t時(shí)刻用戶響應(yīng)IDR量位于分段函數(shù)第m段的增、減電量分別表示分段函數(shù)第m 段增、減電量單位成本；N 表示參與IDR的總用戶數(shù)；M表示多段報(bào)價(jià)曲線的分段數(shù)。

IDR響應(yīng)因其具有反向懲罰性作用，因此在用戶響應(yīng)可靠性上會(huì)比TOU更強(qiáng)，可執(zhí)行程度更高。本文在日前調(diào)度階段采用TOU策略對負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化，在日內(nèi)調(diào)度階段采用IDR 響應(yīng)，引導(dǎo)用戶根據(jù)合同合理調(diào)整自己的用電計(jì)劃，對負(fù)荷曲線進(jìn)一步削峰填谷，TOU與IDR響應(yīng)相互互補(bǔ)，使得系統(tǒng)調(diào)度更具有靈活性和可靠性。

4 綜合調(diào)度模型

4.1 日前TOU調(diào)度模型

（1）目標(biāo)函數(shù)。日前TOU 調(diào)度階段目標(biāo)函數(shù)以系統(tǒng)的煤耗成本最小，同時(shí)在目標(biāo)函數(shù)中考慮用戶側(cè)響應(yīng)TOU成本，目標(biāo)函數(shù)如下所示：

式中：T為總時(shí)段數(shù)；Cj，t、Cr，t、Ctou分別代表常規(guī)機(jī)組的煤耗成本、熱電機(jī)組的煤耗成本、實(shí)施TOU 成本；NJ、NR分別代表常規(guī)機(jī)組和熱電機(jī)組的數(shù)量。風(fēng)力發(fā)電成本較小，因此目標(biāo)函數(shù)中不考慮風(fēng)力發(fā)電成本。

常規(guī)火電機(jī)組的煤耗量Fj，t與其發(fā)電功率二次形式有關(guān)［2］：

式中：aj、bj、cj為機(jī)組j的煤耗系數(shù)；Pj，t為機(jī)組j在t時(shí)刻的發(fā)電功率。

常規(guī)火電機(jī)組的煤耗運(yùn)行成本為

式中：γ表示單位燃煤價(jià)格。

對于熱電機(jī)組，由于目前我國熱電機(jī)組大多數(shù)為抽汽式熱電機(jī)組，其在純凝工況下的發(fā)電功率與熱功率滿足以下關(guān)系：

式中：cvr為機(jī)組r 的cv值，把式（7）代入（5）中，即可得到熱電機(jī)組的煤耗量：

式中：Ar、Br、Cr、Dr、Er、Fr為抽汽式熱電機(jī)組的煤耗系數(shù)，可由ar、br、cr、cvr計(jì)算得出。

抽汽式熱電機(jī)組的煤耗運(yùn)行成本為

Ctou的計(jì)算公式如下：

（2）約束條件。

①實(shí)施TOU前電力平衡約束

式中：Pw(t)表示t時(shí)刻的風(fēng)電功率；Pb(t)表示t 時(shí)刻的蓄熱式電鍋爐的耗電量。

②實(shí)施TOU后電力平衡約束

③供熱約束

式中：Si(t)代表第i個(gè)儲(chǔ)熱裝置在t時(shí)候存儲(chǔ)的熱量；Lh(t)代表t時(shí)刻的熱負(fù)荷；Qb(t)代表蓄熱式電鍋爐在t時(shí)刻的供熱功率，且：

β為蓄熱式電鍋爐的電熱轉(zhuǎn)化系數(shù)，一般取其值為1。

④風(fēng)電功率約束

式中：Pwmax(t)為t時(shí)刻風(fēng)電預(yù)測功率。

⑤機(jī)組出力約束

式中：Phr.max表示熱電機(jī)組r的最大熱出力，Pj，max、Pj，min分別代表第j臺(tái)機(jī)組有功出力的最大值和最小值。

⑥熱電機(jī)組有功出力約束

式中：Pr，max、Pr，min分別代表第r 臺(tái)熱電機(jī)組的最大和最小發(fā)電功率；cmr、cvr分別代表熱電機(jī)組r的cm參數(shù)值和cv參數(shù)值，Kr為常數(shù)。

⑦爬坡約束

式中：Pj_up、Pj_down分別表示機(jī)組j 的向上、向下爬坡速率；Pr_up、Pr_down分別表示熱電機(jī)組r 的向上、向下爬坡速率；Pb_up、Pb_down分別表示蓄熱式電鍋爐的向上、向下爬坡速率。

⑧儲(chǔ)熱裝置儲(chǔ)熱、放熱約束

式中：Si，cmax、Si，fmax分別表示儲(chǔ)熱裝置儲(chǔ)熱、放熱功率的最大值。

⑨儲(chǔ)熱裝置容量約束

由于儲(chǔ)熱裝置在一個(gè)周期內(nèi)的發(fā)熱量需保持不變，因此其始末儲(chǔ)熱值要相等，

式中：Si，start、Si，end分別表示儲(chǔ)熱裝置的初始儲(chǔ)熱和最終儲(chǔ)熱。

⑩拉開比約束。為保證負(fù)荷的峰谷特性在實(shí)施TOU后不發(fā)生變化，在保持平時(shí)段電價(jià)不變的前提下定義實(shí)施TOU后峰時(shí)段與谷時(shí)段電價(jià)相比平時(shí)段拉開幅度不等，將其比值定義為拉開比ω［16］：

式中：Qp、Qv分別表示峰、谷總用電量。

4.2 日內(nèi)IDR調(diào)度模型

（1）目標(biāo)函數(shù)。日內(nèi)IDR 調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)同樣的以系統(tǒng)煤耗成本最小，同時(shí)在目標(biāo)函數(shù)中考慮用戶側(cè)響應(yīng)IDR成本，目標(biāo)函數(shù)如下所示：

各項(xiàng)成本計(jì)算公式之前已有所提及，在此不多敘述。

（2）約束條件。

①電力平衡約束

式中：QIDR，t表示t 時(shí)刻調(diào)用的IDR 負(fù)荷功率，該值可正可負(fù)，其余各項(xiàng)與日前TOU調(diào)度中的負(fù)荷相同。

②增減電量約束。IDR 分段報(bào)價(jià)曲線第m 段增減電量［11］約束為：

③需求響應(yīng)負(fù)荷總量約束

式中：LDR，tmax表示某t時(shí)刻需求側(cè)響應(yīng)的總限量值。其余各項(xiàng)約束和日前調(diào)度相同。

5 算例分析

5.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

為了分析驗(yàn)證本文所提出模型的有效性，以某地區(qū)實(shí)際電網(wǎng)數(shù)據(jù)［2］為算例，共有6 臺(tái)熱電機(jī)組，機(jī)組標(biāo)號為1～3、4～6 分別隸屬于兩個(gè)熱電廠，且每個(gè)熱電廠配置了1 000 MW·h 蓄熱裝置，最大儲(chǔ)熱、放熱功率為100 MW，均為抽汽式熱電機(jī)組，2 臺(tái)火電機(jī)組，機(jī)組標(biāo)號為7～8，1 個(gè)容量為1 000 MW·h蓄熱式電鍋爐，其向上、向下爬坡速率均為100 MW，該區(qū)域內(nèi)僅有一個(gè)400 MW的風(fēng)電場。設(shè)該地區(qū)日內(nèi)熱負(fù)荷均為1 100 MW，系統(tǒng)與外部電網(wǎng)無功率交換。該地區(qū)風(fēng)電預(yù)測功率如圖5 所示，本文采用粒子群算法求解。

圖5 風(fēng)電預(yù)測功率

實(shí)施TOU 前平均電價(jià)為0.8 元/（kW·h），實(shí)施TOU后平時(shí)段的電價(jià)不變，峰、谷電價(jià)分別為1.28元/（kW·h）、0.32 元/（kW·h），γ為176 ＄t，負(fù)荷轉(zhuǎn)移率參數(shù)見參考文獻(xiàn)［15］。

本文采用文獻(xiàn)［12］中的基于模糊聚類方法對峰谷時(shí)段進(jìn)行劃分，具體的分結(jié)果如下：峰時(shí)段：8：00～12：00、14：00～18：00，平時(shí)段05：00～08：00、12：00～14：00、18：00～20：00，谷時(shí)段00：00～05：00、20：00～24：00。

由于負(fù)荷側(cè)用戶較多且較為分散，不利于系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，因此本文參照文獻(xiàn)［11］引入負(fù)荷聚合商的概念，即實(shí)行IDR 響應(yīng)的用戶為負(fù)荷聚合商，負(fù)荷聚合商可以整合多個(gè)用戶的投切負(fù)荷情況，提供報(bào)價(jià)曲線給電網(wǎng)，使得系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度更為便捷。

設(shè)調(diào)度周期為24 h，該地區(qū)典型日24 h的電力負(fù)荷曲線及實(shí)施TOU 后的負(fù)荷曲線如圖6 所示。IDR分段報(bào)價(jià)參數(shù)如表1 所示：

圖6 響應(yīng)前后負(fù)荷曲線

表1 IDR分段報(bào)價(jià)參數(shù)

5.2 調(diào)度結(jié)果分析

為了研究在需求側(cè)加入TOU 響應(yīng)和IDR 響應(yīng)后對電熱綜合調(diào)度系統(tǒng)煤耗成本及風(fēng)電消納的影響，本文總共設(shè)定了4 個(gè)場景進(jìn)行對比分析。具體的場景劃分情況如表2 所示，調(diào)度結(jié)果對比如表3 所示。

表2 場景劃分

表3 優(yōu)化調(diào)度結(jié)果

由表3 可以得出，單獨(dú)在日前負(fù)荷側(cè)引入基于消費(fèi)者心理學(xué)的TOU響應(yīng)和在日內(nèi)引入激勵(lì)型IDR 響應(yīng)均使得系統(tǒng)的煤耗量降低，同時(shí)減少系統(tǒng)的總成本和增加風(fēng)電消納量。本文中采用兩階段優(yōu)化調(diào)度，即綜合上述兩種負(fù)荷響應(yīng)，在日前與日內(nèi)兩階段調(diào)度電力負(fù)荷（場景4）相比于其他幾種場景調(diào)度方式，其在煤耗量和系統(tǒng)總成本都更為顯著的減少，同時(shí)提高了風(fēng)電消納量。因此本文提出運(yùn)行方式與其他運(yùn)行方式相比具有更好的經(jīng)濟(jì)效益以及能減少對化石能源的消耗，減少有害氣體的排放，對環(huán)境更為友好。

各場景的火電機(jī)組與熱電機(jī)組出力及消納風(fēng)電情況如圖7 所示。

圖7 不同場景下各機(jī)組出力及消納風(fēng)電情況

由圖7（a）可知，在系統(tǒng)配置了儲(chǔ)熱裝置和蓄熱式電鍋爐之后，打破了熱電機(jī)組“以熱定電”約束，在夜間負(fù)荷低谷階段使得熱電機(jī)組降低了其發(fā)電功率。而又因?yàn)轱L(fēng)電的反調(diào)峰特性，夜間負(fù)荷低谷時(shí)期往往是風(fēng)電出力高峰期，因此熱電機(jī)組出力的降低使得系統(tǒng)更有空間去消納風(fēng)電，風(fēng)電上網(wǎng)的功率得以增加。

對比分析圖7（b），在負(fù)荷側(cè)加入基于消費(fèi)者心理學(xué)的TOU響應(yīng)之后，原負(fù)荷曲線的谷時(shí)段用電量上升，使得整體曲線峰谷差縮小，進(jìn)一步提升了風(fēng)電上網(wǎng)功率。

場景3 在需求側(cè)加入激勵(lì)型IDR 響應(yīng)進(jìn)行日內(nèi)調(diào)度。對比場景1 可以發(fā)現(xiàn)兩者的圖像走向大致相同，這是因?yàn)榧?lì)型IDR 響應(yīng)成本較高，僅在負(fù)荷曲線的峰谷處進(jìn)行小范圍調(diào)節(jié)，但是激勵(lì)型IDR 響應(yīng)相對于TOU響應(yīng)來說可執(zhí)行性和可靠性都更高，同時(shí)減少的煤耗成本高于引入激勵(lì)型IDR 的成本，使得整體經(jīng)濟(jì)性更好。

同理，場景4 在TOU 響應(yīng)的基礎(chǔ)上加入激勵(lì)型IDR響應(yīng)進(jìn)行日前日內(nèi)兩階段優(yōu)化調(diào)度，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步提高。

圖8 分別對應(yīng)場景1、2、3、4 儲(chǔ)熱裝置儲(chǔ)熱量隨時(shí)間的變化曲線，圖9 分別對應(yīng)場景1、2、3、4 風(fēng)電消納量，圖中折線是日前預(yù)測風(fēng)電值。

由圖9 可知，場景4 消納風(fēng)電量最大，分別比場景1、2、3 風(fēng)電消納量增加了325、68、133 MW，可見引入兩階段需求側(cè)響應(yīng)后，使得夜間負(fù)荷增加為夜間風(fēng)電出力高峰期提供上網(wǎng)空間。

圖8 不同場景下儲(chǔ)熱裝置儲(chǔ)熱量

圖9 不同場景下風(fēng)電消納量

系統(tǒng)的純凝發(fā)電量也是一項(xiàng)衡量系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，系統(tǒng)的純凝發(fā)電量越小則系統(tǒng)的煤耗量越小，對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益就越高。常規(guī)火電機(jī)組的純凝發(fā)電量就是機(jī)組電出力，而熱電機(jī)組的純凝發(fā)電量則隨著抽汽量的增加，與熱電機(jī)組的供熱功率和發(fā)電功率都有關(guān)系。場景1～4 的純凝發(fā)電量分別為：49 328，48 832，49 140，47 435 MW，各時(shí)段機(jī)組純凝電出力如圖10所示。

圖10 不同時(shí)段機(jī)組純凝出力

由圖10 可知，場景4 的機(jī)組純凝電出力總量最小，分別比場景1、2、3 減少1.894 GW、1.397 GW、1.705 GW，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性明顯最好。場景4 通過日前日內(nèi)引入兩階段需求側(cè)響應(yīng)，有效地減少了系統(tǒng)的煤耗量，符合國家節(jié)能減排的發(fā)展要求，同時(shí)能接納更多的風(fēng)電，促進(jìn)棄風(fēng)問題的解決。

6 結(jié)語

本文在含有常規(guī)火電機(jī)組、熱電機(jī)組的電熱聯(lián)合系統(tǒng)中添加儲(chǔ)熱裝置和負(fù)荷側(cè)加入蓄熱式電鍋爐解耦熱電機(jī)組“以熱定電約束”，使得在夜間風(fēng)電高峰期降低熱電機(jī)組的出力提升風(fēng)電上網(wǎng)空間。在負(fù)荷側(cè)引入基于消費(fèi)者心理學(xué)的TOU響應(yīng)和激勵(lì)型IDR響應(yīng)，利用兩者的互補(bǔ)性進(jìn)行日前日內(nèi)兩階段優(yōu)化調(diào)度，對負(fù)荷曲線進(jìn)行削峰填谷，使得風(fēng)電反調(diào)峰特性的影響降低。

算例分析結(jié)果表明，本文提出的模型是有效的。相比于其他幾種運(yùn)行方式，本文所提出的運(yùn)行方式而言，其煤耗量和系統(tǒng)總運(yùn)行成本更小，消納風(fēng)電量更多。因此具有更好的經(jīng)濟(jì)效益、同時(shí)減少化石能源的消耗和有害氣體的排放，有著更好的環(huán)境效益。