綜合能源系統(tǒng)多時(shí)間尺度復(fù)合調(diào)度優(yōu)化運(yùn)行方法研究

張照彥，張東月，劉志恒，張軍偉，田 華

(河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院，河北 保定 071002)

0 引 言

隨著社會(huì)能源問題的日漸惡化，建立多能互補(bǔ)、高效利用的綜合能源系統(tǒng)（integrated energy system,IES）已成為現(xiàn)代能源體系發(fā)展的必然選擇[1-3]。能源站作為IES的具體實(shí)現(xiàn)形式之一，是改善用戶用能結(jié)構(gòu)、推進(jìn)智慧能源建設(shè)的重要物理載體。因此，對(duì)能源站制定合理的優(yōu)化調(diào)度策略，是提高能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和能源利用效率的有效手段。由于現(xiàn)階段可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量不斷增加、電網(wǎng)建設(shè)不同步等原因，導(dǎo)致了可再生能源消納困難的問題，隨之出現(xiàn)的棄風(fēng)、棄光等現(xiàn)象，造成了能源浪費(fèi)。因此，充分利用能源站的消納和存儲(chǔ)技術(shù)可以提升可再生能源的消納能力，增加可再生能源利用率[4-6]。

由于風(fēng)電、光伏等可再生能源往往具有高不確定性，在現(xiàn)有的技術(shù)下其日前預(yù)測(cè)的均方根誤差仍能達(dá)到20%，這將為日前調(diào)度結(jié)果帶來較大的影響[7]。并且，由于IES的運(yùn)行過程中集成了冷、熱、電、氣等多種能源，不同能源的異質(zhì)特征和響應(yīng)時(shí)間尺度差異性大等問題也會(huì)為日前調(diào)度帶來誤差[8]。因此，在日前調(diào)度的基礎(chǔ)上考慮不同能源的響應(yīng)時(shí)間尺度，對(duì)IES進(jìn)行日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)度，降低可再生能源預(yù)測(cè)誤差對(duì)調(diào)度結(jié)果的影響，將有利于優(yōu)化能流分配，提高能源站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

在IES調(diào)度過程中，為應(yīng)對(duì)源荷側(cè)多維不確定性因素，常將調(diào)度過程分為多個(gè)階段，各階段在不同時(shí)間尺度下相互配合，逐級(jí)削弱不確定性因素對(duì)優(yōu)化調(diào)度的影響[9-11]。文獻(xiàn)[12]針對(duì)風(fēng)光和負(fù)荷的不確定性，基于多場(chǎng)景隨機(jī)規(guī)劃和模型預(yù)測(cè)控制方法，建立冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[13]計(jì)及天然氣管網(wǎng)的慢動(dòng)態(tài)特性，提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制的電氣互聯(lián)IES多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法。上述研究中，各調(diào)度階段內(nèi)電氣熱設(shè)備的調(diào)度指令周期相同，然而實(shí)際IES動(dòng)態(tài)時(shí)間尺度差異顯著，時(shí)間尺度優(yōu)化運(yùn)行策略難以適用。電網(wǎng)對(duì)于調(diào)度指令可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)響應(yīng)，立刻達(dá)到穩(wěn)態(tài)值；然而在天然氣網(wǎng)絡(luò)和熱力網(wǎng)絡(luò)中，由于受氣熱工質(zhì)動(dòng)力學(xué)特性的影響，調(diào)度指令下發(fā)后其響應(yīng)過程需要一定時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值[14-15]。同時(shí)，IES由電力、燃?xì)夂蜔崃Φ饶茉醋酉到y(tǒng)組成，各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備對(duì)于調(diào)度指令的響應(yīng)特性和變工況運(yùn)行能力各不相同。因此，對(duì)于具有不同控制特性的設(shè)備，有必要選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)度指令周期，從而實(shí)現(xiàn)IES網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行。當(dāng)前IES中不同能源子系統(tǒng)的控制特性差異尚未引起足夠的關(guān)注，如何實(shí)現(xiàn)多能設(shè)備的協(xié)同調(diào)度與控制，仍缺乏有效方法。

本文針對(duì)IES多能網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備特性差異，提出了能反映能源站電、氣能流耦合特性得IES系統(tǒng)能量樞紐數(shù)學(xué)模型；基于日前優(yōu)化模型、日內(nèi)滾動(dòng)優(yōu)化模型、實(shí)時(shí)計(jì)劃優(yōu)化模型，構(gòu)建了日前-滾動(dòng)-實(shí)時(shí)的復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行策略。通過33節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)與14節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)的IES耦合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣熱多能網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)過程的協(xié)同優(yōu)化；結(jié)果表明綜合能源系統(tǒng)復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行方法可以有效降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提升可再生能源的消納能力，增加可再生能源的利用率。

1 綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜合能源系統(tǒng)包括CHP、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(wind turbine, WT)、燃?xì)忮仩t (gas boiler, GB)、儲(chǔ)氣裝置(gas storage, GS)以及P2G等設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

采用P2G技術(shù)，即在負(fù)荷低谷或可再生能源出力高峰期，將富余的電能轉(zhuǎn)化為天然氣或氫氣，存儲(chǔ)在天然氣管網(wǎng)或天然氣存儲(chǔ)設(shè)備中；在電力短缺時(shí)，將存儲(chǔ)的氣體轉(zhuǎn)化為電能或熱能提供給用戶，從而提高了能源站在負(fù)荷低谷期消納可再生能源的能力。P2G 技術(shù)也增加了系統(tǒng)中電-氣耦合環(huán)節(jié)的作用，增強(qiáng)了電力-天然氣系統(tǒng)之間的耦合性和系統(tǒng)的供能穩(wěn)定性。電轉(zhuǎn)氣過程主要分為兩個(gè)步驟：

1) 電解水制氫氣

2) 二氧化碳和氫氣在高溫高壓環(huán)境下反應(yīng)生成甲烷

電轉(zhuǎn)氣裝置在系統(tǒng)中的功率數(shù)學(xué)模型可以表示為：

式中：PP2G——電轉(zhuǎn)氣裝置輸出的氣功率；

PE——電轉(zhuǎn)氣裝置輸入的電功率；

ηP2G——電轉(zhuǎn)氣裝置的轉(zhuǎn)換效率。

目前技術(shù)下電轉(zhuǎn)氣的效率可達(dá)60%。此外，儲(chǔ)氣裝置與儲(chǔ)電裝置相比，單位容量的配置和運(yùn)行成本更低，與P2G配合效果更加靈活。

綜合能源系統(tǒng)的能量樞紐模型描述為：

式中：Pe、Pg和PWT——能源站的購電、購氣功率和風(fēng)電出力；

Le和Lh——能源站的電、熱負(fù)荷；

ΔPS——儲(chǔ)氣裝置氣功率增量，其數(shù)值取輸出為正；

ηMID——中間變量，無具體物理意義；

v1、v2——電、氣能流分配系數(shù)，其數(shù)值反映了能源站中電、氣能流的耦合程度。

2 IES系統(tǒng)優(yōu)化模型及協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行

2.1 日前優(yōu)化模型

1）目標(biāo)函數(shù)

綜合能源系統(tǒng)日前計(jì)劃目標(biāo)為日運(yùn)行成本最小。日運(yùn)行成本包含熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組消耗天然氣的成本、燃?xì)忮仩t消耗天然氣的成本、購電成本、P2G運(yùn)行成本，以及棄風(fēng)懲罰成本。如下式所示。

式中：ce,t——第t時(shí)段（每個(gè)時(shí)段15 min）的電價(jià)；

cg和cP2G——單位功率的天然氣價(jià)格和生產(chǎn)單位功率天然氣的P2G運(yùn)行費(fèi)用；

cw——單位功率棄風(fēng)懲罰成本；

Pe,t、Pg,t、PP2G以及Pw,t——系統(tǒng)的購電功率、購氣功率、P2G運(yùn)行功率以及風(fēng)電輸出功率；

Δt——調(diào)度時(shí)段間隔。

2）約束條件

①外部網(wǎng)絡(luò)約束

綜合能源系統(tǒng)能量輸入端分別作為外部電網(wǎng)和外部氣網(wǎng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變，需要滿足式(7)電力系統(tǒng)潮流約束及式(8)天然氣管網(wǎng)能流約束。

式中：Pi——節(jié)點(diǎn)i的有功功率；

Qi——節(jié)點(diǎn)i的無功功率；

Ne——電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合；

Vi——節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值；

θij= θi-θj——節(jié)點(diǎn)i，j的電壓相位差；

Gij和Bij——支{路i-j的電導(dǎo)和電納。

式中：As——天然氣網(wǎng)的縮減節(jié)點(diǎn)-支路關(guān)聯(lián)矩陣；

F——各支路天然氣流量；

l——各天然氣節(jié)點(diǎn)流出的流量；

π——天然氣支路節(jié)點(diǎn)壓力平方構(gòu)成的向量；

Δπ——各支路首末節(jié)點(diǎn)壓力平方差構(gòu)成的向量。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的安全性影響，需要滿足式(9)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓和支路功率約束及式(10)天然氣管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)壓力和管道流量約束。

式中：Be——電力系統(tǒng)支路集；

式中：Ng、Bg——天然氣管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和支路集；

②能量樞紐模型約束

可將式(4)表示的能量樞紐數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的約束條件，如下式所示：

③綜合能源系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備出力功率約束

綜合能源系統(tǒng)中設(shè)備的出力功率約束如下式所示。

④儲(chǔ)氣裝置約束

儲(chǔ)氣裝置約束條件如下式所示。

ΔPS——儲(chǔ)氣裝置的放氣/儲(chǔ)氣增量，儲(chǔ)氣裝置釋放燃?xì)鉃檎?，?chǔ)存燃?xì)鉃樨?fù)；

2.2 日內(nèi)滾動(dòng)優(yōu)化模型

1）目標(biāo)函數(shù)

日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃的目標(biāo)與日前計(jì)劃形式一致，但計(jì)劃時(shí)間跨度不同。日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃目標(biāo)函數(shù)如下式所示。

其中，fRS是一個(gè)計(jì)劃窗口的目標(biāo)函數(shù)值。

2）滾動(dòng)計(jì)劃約束條件

滾動(dòng)計(jì)劃的約束條件與日前計(jì)劃一致，如式(7)～(13)所示。滾動(dòng)計(jì)劃以日前計(jì)劃調(diào)度方案為基礎(chǔ)，且滾動(dòng)計(jì)劃進(jìn)程中，相鄰兩個(gè)時(shí)間窗有2 h的重合時(shí)間。為了使?jié)L動(dòng)計(jì)劃相鄰時(shí)間窗的重合時(shí)段內(nèi)各設(shè)備出力的偏差不過大，各設(shè)備出力偏差應(yīng)滿足如下約束：

Pmax——最大設(shè)備出力向量；

λ1——實(shí)時(shí)計(jì)劃設(shè)備出力偏差約束因子。

2.3 實(shí)時(shí)計(jì)劃優(yōu)化模型

1）目標(biāo)函數(shù)

實(shí)時(shí)計(jì)劃屬于單時(shí)段優(yōu)化，實(shí)時(shí)計(jì)劃需要參考經(jīng)滾動(dòng)計(jì)劃修正后的調(diào)度方案，其一個(gè)時(shí)段的目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的調(diào)節(jié)成本總和最小，如式(16)～(17)所示。

式中：Δfe、Δfg、ΔfS、ΔfP2G、ΔfCHP——購電量、購氣量、儲(chǔ)氣裝置、P2G出力、CHP機(jī)組出力的調(diào)節(jié)成本；

Pe,RS、Pg,RS、ΔPS,RS、PP2G,RS、PCHP,RS——滾動(dòng)計(jì)劃時(shí)的購電量、購氣量、儲(chǔ)氣裝置、P2G出力、CHP機(jī)組出力；

Pe,RT、Pg,RT、ΔPS,RT、PP2G,RT、PCHP,RT——實(shí)時(shí)計(jì)劃時(shí)的購電量、購氣量、儲(chǔ)氣裝置、P2G出力、CHP機(jī)組出力；

w1、w2、w3、w4、w5——對(duì)應(yīng)上述各設(shè)備調(diào)節(jié)的價(jià)值系數(shù)。

2）約束條件

實(shí)時(shí)計(jì)劃的約束條件同樣與日前計(jì)劃一致，如式(7)～(13)。但實(shí)時(shí)計(jì)劃以滾動(dòng)計(jì)劃的最終調(diào)度方案為基礎(chǔ)，因而實(shí)時(shí)計(jì)劃與相應(yīng)時(shí)段滾動(dòng)計(jì)劃的各設(shè)備出力的偏差也不宜過大。因此實(shí)時(shí)計(jì)劃應(yīng)再滿足如下約束：

λ2——實(shí)時(shí)計(jì)劃設(shè)備出力偏差約束因子。

2.4 日前-滾動(dòng)-實(shí)時(shí)的復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行

綜合能源系統(tǒng)日前-滾動(dòng)-實(shí)時(shí)復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行策略首先根據(jù)電、熱負(fù)荷以及風(fēng)電出力的日前預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)制定日前調(diào)度方案，為系統(tǒng)全天的運(yùn)行情況提供初步的參考信息；然后利用短期滾動(dòng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行滾動(dòng)計(jì)劃，對(duì)日前計(jì)劃方案進(jìn)行滾動(dòng)修正，制定各設(shè)備出力的基本運(yùn)行點(diǎn)；最后利用超短期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)劃，從而得到與實(shí)際電、熱負(fù)荷與風(fēng)電出力情況匹配度較高的計(jì)劃方案。在復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行策略中，日前計(jì)劃的調(diào)度周期為24 h，調(diào)度間隔為15 min；滾動(dòng)計(jì)劃的時(shí)間窗跨度為4 h，更新時(shí)段間隔為2 h，在計(jì)劃進(jìn)程中時(shí)間窗口滾動(dòng)向后移動(dòng)，如圖2所示。實(shí)時(shí)計(jì)劃每15 min執(zhí)行一次，負(fù)責(zé)提前安排下一時(shí)段的調(diào)度計(jì)劃。

圖2 滾動(dòng)計(jì)劃時(shí)間窗示意圖

3 模型求解

3.1 日前、滾動(dòng)計(jì)劃求解方法

綜合能源系統(tǒng)復(fù)合協(xié)調(diào)調(diào)度模型是一個(gè)變量多、約束復(fù)雜的非線性優(yōu)化問題。日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃包含多個(gè)時(shí)段，數(shù)據(jù)量龐大，因此采用yalmip工具箱求解。先根據(jù)式(7)～(10)計(jì)算出滿足外部網(wǎng)絡(luò)約束的購電、購氣功率范圍，再將其轉(zhuǎn)化為EH模型的約束條件。即：

3.2 實(shí)時(shí)計(jì)劃求解方法

實(shí)時(shí)計(jì)劃只負(fù)責(zé)單時(shí)段的優(yōu)化，具有數(shù)據(jù)量小和數(shù)據(jù)源誤差小的特點(diǎn)。為了保證求解精度，采用混沌萬有引力算法求解。

1）萬有引力搜索算法

萬有引力搜索算法（gravitational search algorithm，GSA）是一種基于萬有引力定律進(jìn)行尋優(yōu)的智能優(yōu)化方法。在萬有引力搜索算法中，將優(yōu)化問題的解視為一組在空間運(yùn)行的粒子，粒子之間通過萬有引力作用相互吸引，粒子運(yùn)動(dòng)遵循動(dòng)力學(xué)規(guī)律，萬有引力的作用使得粒子朝著質(zhì)量最大的粒子移動(dòng)，而質(zhì)量最大的粒子占據(jù)最優(yōu)位置，從而可求出優(yōu)化問題的最優(yōu)解。算法通過個(gè)體間的萬有引力相互作用實(shí)現(xiàn)優(yōu)化信息的共享，引導(dǎo)群體向最優(yōu)解區(qū)域搜索。

在GSA中，每一個(gè)粒子在每次迭代過程中都會(huì)更新速度和位置，如下式所示。

randj——[0, 1]之間的隨機(jī)數(shù)，可使搜索帶有一定隨機(jī)性而更加合理；

Mi(T)——T時(shí)刻粒子i的慣性質(zhì)量。

加速度的公式如下所示：

式中：N——粒子總數(shù)；

G(T)——T時(shí)刻引力常數(shù)；

Rij(T)——粒子i與粒子j的歐氏距離；

e——一個(gè)值很小的常量；

fi(T)——在T時(shí)刻第i個(gè)粒子的適應(yīng)值的大??；

b(T)和w(T)——當(dāng)前群體適應(yīng)度最小值和最大值；

mi(T)——在T時(shí)刻第i個(gè)粒子的質(zhì)量大小。

2）混沌萬有引力搜索算法

為了克服人工智能算法的早熟收斂缺陷，本文在萬有引力算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用Logistics混沌映射與Chebyshev混沌映射組合的混沌映射代替普通的隨機(jī)數(shù)，提高隨機(jī)初始群體的遍歷性與均勻程度。

式中：x0——生成的首個(gè)個(gè)體；

Rn——均值為0方差為1的正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)；

xk——混沌產(chǎn)生的第k個(gè)個(gè)體；

y0、yk、xtmp——混沌序列產(chǎn)生過程中的中間變量。

4 算例分析驗(yàn)證

本文采用33節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)與14節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)的耦合系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 電力-天然氣耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

綜合能源系統(tǒng)實(shí)際電、熱日負(fù)荷、風(fēng)電出力以及峰谷平分時(shí)電價(jià)曲線如圖4所示。天然氣價(jià)cg=0.29元/kWh，P2G運(yùn)行成本系數(shù)cP2G=0.06元/kWh，棄風(fēng)懲罰成本系數(shù)為cw=0.42元/kWh。

圖4 不同負(fù)荷、風(fēng)電以及分時(shí)電價(jià)曲線

給定電、熱負(fù)荷與風(fēng)電出力的日前預(yù)測(cè)誤差分別為4%、4%和18%，滾動(dòng)預(yù)測(cè)誤差分別為2%、2%和4%，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)誤差分別為0.5%、0.5%和2%。在此情況下進(jìn)行不同的調(diào)度計(jì)劃。如圖5所示為變壓器和CHP機(jī)組輸出電功率的實(shí)時(shí)計(jì)劃和實(shí)際出力對(duì)比曲線，圖6為變壓器和CHP機(jī)組輸出電功率的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃、實(shí)時(shí)計(jì)劃下的出力以及實(shí)際出力情況。

圖5 變壓器和CHP機(jī)組輸出電功率的實(shí)時(shí)計(jì)劃和實(shí)際出力對(duì)比

圖6 變壓器和CHP機(jī)組輸出電功率的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比

從圖5可以看出，變壓器實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與變壓器實(shí)時(shí)輸出功率的誤差約為0.5%。熱電聯(lián)產(chǎn)實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與熱電聯(lián)產(chǎn)實(shí)時(shí)輸出功率的誤差約為3.5%。

從圖6可以看出，變壓器日前調(diào)度計(jì)劃與變壓器實(shí)際輸出功率的誤差約為1.5%，變壓器滾動(dòng)計(jì)劃與變壓器實(shí)際輸出功率的誤差約為0.8%。CHP日前調(diào)度計(jì)劃與CHP實(shí)際輸出功率的誤差約為6.5%，CHP滾動(dòng)計(jì)劃與CHP實(shí)際輸出功率的誤差約為4.6%。

圖7為燃?xì)忮仩t和CHP輸出熱功率的實(shí)時(shí)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比曲線。從圖7中可以看出，燃?xì)忮仩t和CHP機(jī)組的實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的24 h平均誤差約為3%。

圖7 燃?xì)忮仩t和CHP輸出熱功率的實(shí)時(shí)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比

圖8為燃?xì)忮仩t和CHP輸出熱功率的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比曲線。燃?xì)忮仩t的日前調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為3.5%，滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為2.5%。CHP機(jī)組的日前調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為3.2%，滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為2.4%。

圖8 燃?xì)忮仩t和CHP輸出熱功率的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比

圖9為P2G和儲(chǔ)氣裝置的實(shí)時(shí)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比曲線。從圖9中可以看出，P2G的實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際出力的24小時(shí)平均誤差約為0.9%；儲(chǔ)氣裝置的實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際出力的誤差約為6.8%。

圖9 P2G和儲(chǔ)氣裝置的實(shí)時(shí)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比

圖10為P2G和儲(chǔ)氣裝置的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比曲線。P2G的日前調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為3.5%，滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為1.6%。儲(chǔ)氣裝置的日前調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為4.1%，滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為3.3%。

從圖5～圖10可以看出滾動(dòng)計(jì)劃中各設(shè)備的出力趨勢(shì)與日前計(jì)劃相同，由于采用了預(yù)測(cè)精度更高的數(shù)據(jù)，因此與實(shí)際情況更加接近。在電價(jià)高峰8:00-21:00時(shí)，氣價(jià)為0.290元/kWh，通過燃?xì)廨啓C(jī)的氣轉(zhuǎn)電，輸出的電價(jià)為0.725元/kWh，低于分時(shí)電價(jià)，所以在電價(jià)高峰時(shí)利用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電補(bǔ)充缺額的電能比直接從電網(wǎng)購電更加經(jīng)濟(jì)。日前預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中，在0:00-7:00時(shí)和22:00-24:00時(shí)區(qū)間及區(qū)間附近風(fēng)電出力過剩，P2G裝置工作，將過剩風(fēng)電轉(zhuǎn)化為天然氣送至儲(chǔ)氣裝置儲(chǔ)存或直接在燃?xì)忮仩t中消耗。P2G與儲(chǔ)氣裝置配合使用為風(fēng)電的就地消納提供了有效的途徑。此外，實(shí)時(shí)計(jì)劃是在滾動(dòng)計(jì)劃基礎(chǔ)上制定的優(yōu)化調(diào)度方案，因此實(shí)時(shí)計(jì)劃與滾動(dòng)計(jì)劃的偏差并不大。

圖10 P2G和儲(chǔ)氣裝置的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比

表1對(duì)日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與本文提出的復(fù)合調(diào)度方法進(jìn)行了比較。從表1可以看出，日前調(diào)度和日內(nèi)調(diào)度的IES的日常運(yùn)行成本基本相同。與日前調(diào)度或日內(nèi)調(diào)度相比，實(shí)時(shí)調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了約10%～12%。IES采用本文所提出的復(fù)合調(diào)度計(jì)劃，日常運(yùn)行成本最低。與日前調(diào)度或日內(nèi)調(diào)度相比，復(fù)合調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了15%～16%；與實(shí)時(shí)調(diào)度相比，復(fù)合調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了2%～3%。

表1 不同調(diào)度計(jì)劃的日運(yùn)行成本對(duì)比

5 結(jié)束語

本文建立了IES系統(tǒng)的日前優(yōu)化模型、日內(nèi)滾動(dòng)優(yōu)化模型、實(shí)時(shí)計(jì)劃優(yōu)化模型，并針對(duì)不同優(yōu)化模型給出了求解算法?；谌N優(yōu)化模型，提出了日前-滾動(dòng)-實(shí)時(shí)的復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行策略。算例采用33節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)與14節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)的IES耦合系統(tǒng)；通過算例分析驗(yàn)證表明，日前優(yōu)化調(diào)度與實(shí)際功率的誤差最大，實(shí)時(shí)調(diào)度與實(shí)際功率的誤差較?。欢疚乃岢龅膹?fù)合協(xié)調(diào)調(diào)度方法與實(shí)際功率的誤差最小?；谌涨?、日內(nèi)、實(shí)時(shí)調(diào)度以及復(fù)合調(diào)度方法，對(duì)IES運(yùn)行成本進(jìn)行分析，復(fù)合調(diào)度計(jì)劃的日運(yùn)行成本最低，與日前調(diào)度或日內(nèi)調(diào)度相比，復(fù)合調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了15%～16%；與實(shí)時(shí)調(diào)度相比，復(fù)合調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了2%～3%。IES復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行方法有利于優(yōu)化能量流分配，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高IES運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)提升可再生能源的消納能力，增加可再生能源的利用率。