考慮氣熱慣性的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化配置研究

繆蔡然，朱姚培，王琦

（東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，南京 210096）

0 引言

電、氣、熱耦合的綜合能源系統(tǒng)（Integrated Energy System，IES）可以促進(jìn)不同能源形式的協(xié)同利用，從而提高能源的利用效率［1-2］。然而，多種形式的能量組合利用同時(shí)增加了電力系統(tǒng)的供電波動(dòng)性，對(duì)IES 的功率支撐能力提出了挑戰(zhàn)［3-4］。因此，有必要探索IES 蘊(yùn)含的功率支撐潛力，以提高穩(wěn)態(tài)時(shí)間尺度下的供電可靠性以及暫態(tài)時(shí)間尺度下的緊急功率支撐能力。

電能的不平衡主要是由發(fā)電出力和電能需求不匹配造成的［5］，而IES可以充分利用其能源形式的多樣化來解決這些問題：（1）天然氣可以通過熱電聯(lián)產(chǎn)（Combined Heat and Power，CHP）機(jī)組轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芸焖夙憫?yīng)系統(tǒng)中的功率缺額［6］；（2）風(fēng)能和太陽能可以并入輔助服務(wù)，在系統(tǒng)故障時(shí)提供功率支撐［7-8］；（3）電力系統(tǒng)中過剩的電能可以被電轉(zhuǎn)熱/電轉(zhuǎn)氣設(shè)備吸收、轉(zhuǎn)換、并以熱能/天然氣的形式進(jìn)行存儲(chǔ)［9-10］。

上述解決功率不平衡問題的方法主要考慮采用直接的能源儲(chǔ)備，而忽略了IES 中熱力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)所含的慣性資源。與快動(dòng)態(tài)的電力系統(tǒng)相比，慢動(dòng)態(tài)的熱力和天然氣系統(tǒng)中的熱慣性和氣慣性均可以提供緩沖空間，以緩解針對(duì)系統(tǒng)的能量沖擊［11-12］。因此，多時(shí)間尺度的IES 氣熱慣性資源具有更高的功率支撐靈活性。

針對(duì)IES 熱慣性，主要指由于熱管道傳輸距離較長(zhǎng)［13］，且負(fù)荷側(cè)允許一定的溫度變化［14］，從熱源處提取電功率對(duì)負(fù)荷側(cè)用戶舒適度的影響較小。因此，在集中區(qū)域供熱系統(tǒng)中經(jīng)?？紤]利用熱慣性滿足變化的負(fù)荷需求［15］，提供頻率響應(yīng)或防止惡劣天氣造成的電力事故［16］。

針對(duì)IES 氣慣性，氣管存可以被認(rèn)為是一種預(yù)先儲(chǔ)存在管道中的能源形式，在緊急情況下釋放/存儲(chǔ)可以緩解負(fù)荷側(cè)需求的突然波動(dòng)［17］，或者防止緊急故障對(duì)電網(wǎng)的沖擊［18］。

上述研究證明，熱慣性和氣慣性具有本質(zhì)相似點(diǎn)：均具有針對(duì)功率波動(dòng)提供緩沖空間的能力，從而抵御外界能量沖擊對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響并在短時(shí)間內(nèi)提供緊急的功率支撐。而現(xiàn)有研究大都獨(dú)立地針對(duì)熱慣性或者氣慣性特性［19-21］，而鮮有協(xié)同利用IES氣熱慣性應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)中的功率缺額。實(shí)際上，由于氣熱慣性的相似性，二者的協(xié)同利用可以大大增加IES 的運(yùn)行效率與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。

因此，本文聚焦IES 氣熱慣性在實(shí)際應(yīng)用中的協(xié)同利用，基于IES氣熱慣性特性建立了IES熱慣性負(fù)荷側(cè)室內(nèi)溫度響應(yīng)模型與IES 氣慣性管道末端壓強(qiáng)響應(yīng)模型；同時(shí)在電力系統(tǒng)功率缺額情況下提出了考慮氣熱慣性的IES 運(yùn)行策略，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行條件給出了不同情況下IES 園區(qū)氣熱慣性資源與配置的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)解。

本文的主要貢獻(xiàn)如下。

（1）基于IES 氣熱慣性對(duì)功率波動(dòng)的抵御能力，建立了熱慣性負(fù)荷側(cè)室內(nèi)溫度響應(yīng)模型與天然氣管道末端壓強(qiáng)響應(yīng)模型。

（2）提出了一種考慮氣熱慣性的IES 應(yīng)對(duì)功率缺額運(yùn)行策略并建立了相應(yīng)的優(yōu)化模型。

（3）結(jié)合IES 實(shí)際運(yùn)行情況，給出了不同情況下IES園區(qū)氣熱慣性資源與配置的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)解。

1 IES氣熱慣性特性

1.1 IES熱慣性特性

IES 熱慣性主要體現(xiàn)在熱網(wǎng)應(yīng)對(duì)功率缺額時(shí)的負(fù)荷側(cè)室內(nèi)溫度變化上。IES 熱慣性特性如圖1 所示。熱網(wǎng)輸入熱功率在t1時(shí)刻從正常值Pb1瞬時(shí)下降到Pb2，則圖1 中負(fù)荷側(cè)室內(nèi)溫度也從正常值Tb2跟隨著熱網(wǎng)輸入功率的改變以一定的延時(shí)下降到Tb1。與熱網(wǎng)輸入功率的瞬時(shí)變化相比，室內(nèi)溫度的變化相對(duì)緩慢，從而延緩了室溫到達(dá)Tb1的時(shí)間并且減少了負(fù)荷側(cè)用戶舒適度的犧牲。假設(shè)熱網(wǎng)輸入功率減少的總時(shí)間Δttotal為

式中：t1，t2為熱網(wǎng)輸入功率減少的開始、結(jié)束時(shí)間。因此，熱慣性針對(duì)功率波動(dòng)提供的延時(shí)時(shí)間為

式中：Δt1為室內(nèi)溫度維持在溫度Tb1的時(shí)間。

熱慣性的功率缺額響應(yīng)特性可以概括如下。

（1）熱網(wǎng)負(fù)荷側(cè)的室內(nèi)溫度允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)而不影響熱網(wǎng)的正常運(yùn)行。

（2）長(zhǎng)距離的熱水傳輸管道將延長(zhǎng)功率波動(dòng)到達(dá)負(fù)荷側(cè)的時(shí)間，從而延緩熱網(wǎng)受到影響的時(shí)間并減少負(fù)荷側(cè)用戶舒適度的犧牲。

上述特性保證了熱源處供熱的瞬時(shí)變化，在一段時(shí)間內(nèi)將不會(huì)對(duì)負(fù)荷側(cè)造成顯著影響，從而抵御外界對(duì)系統(tǒng)的功率沖擊。

圖1 IES熱慣性特性Fig.1 IES thermal inertia characteristics

1.2 IES氣慣性特性

IES 氣慣性主要體現(xiàn)在氣網(wǎng)應(yīng)對(duì)功率缺額時(shí)的天然氣管道末端壓強(qiáng)變化上。IES 氣慣性特性如圖2所示。當(dāng)天然氣流量在t1時(shí)刻從正常值qV，out，2瞬時(shí)上升到qV，out，1時(shí)，氣管存被釋放以滿足突然增加的負(fù)荷需求，天然氣管道末端壓強(qiáng)也從正常值pout，1以負(fù)指數(shù)趨勢(shì)降至pout，2。類似地，與天然氣流量的瞬時(shí)變化相比，管道壓強(qiáng)的變化相對(duì)緩慢，這延遲了管道壓強(qiáng)到達(dá)pout，2的時(shí)間，降低了管道緊急壓縮天然氣對(duì)天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的影響。因此，氣慣性的功率缺額響應(yīng)特性可以概括如下。

（1）在天然氣網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行中，由于管道始端輸入流量與管道末端輸出流量的不平衡而存儲(chǔ)在管道中的氣體，可以在短時(shí)間內(nèi)釋放以滿足突然增加的負(fù)荷需求。

（2）氣網(wǎng)對(duì)負(fù)荷需求的延時(shí)響應(yīng)延遲了管道壓強(qiáng)到達(dá)下限的時(shí)間。

上述特性保證氣網(wǎng)負(fù)荷側(cè)需求的突然變化不會(huì)引起管道壓強(qiáng)的突變，并減少了管道壓強(qiáng)在異常狀態(tài)值下的運(yùn)行時(shí)間，從而降低氣管存的釋放/存儲(chǔ)對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的影響。

圖2 IES氣慣性特性Fig.2 IES gas inertia characteristics

2 IES慣性資源建模

2.1 IES熱慣性建模

對(duì)于熱網(wǎng)輸入功率波動(dòng)，熱慣性的響應(yīng)主要體現(xiàn)在負(fù)荷側(cè)建筑物室內(nèi)溫度上，因此本節(jié)針對(duì)熱慣性特性建立負(fù)荷側(cè)建筑物室內(nèi)溫度響應(yīng)模型。建筑物的散熱特性決定了熱網(wǎng)輸入功率的波動(dòng)在負(fù)荷側(cè)會(huì)產(chǎn)生一定的熱損失功率，模型具體表達(dá)如下

式（6）即為熱慣性應(yīng)對(duì)功率波動(dòng)的響應(yīng)形式，其負(fù)指數(shù)響應(yīng)趨勢(shì)表明熱慣性能以滯后的速度響應(yīng)瞬時(shí)的熱網(wǎng)輸入功率不足。

2.2 IES氣慣性建模

對(duì)于氣網(wǎng)負(fù)荷側(cè)需求的功率波動(dòng)，氣慣性的響應(yīng)主要體現(xiàn)在天然氣管道末端壓強(qiáng)上，因此本節(jié)針對(duì)氣慣性特性建立天然氣管道末端壓強(qiáng)響應(yīng)模型。在建模過程中做出如下假設(shè)。

（1）天然氣管道采用恒壓強(qiáng)控制模式。

（2）微分項(xiàng)v2對(duì)管道壓力的影響可以忽略不計(jì)。

（3）天然氣管道相對(duì)于水平面的傾斜角θ認(rèn)為是0。

2.3 IES電慣性建模

傳統(tǒng)發(fā)電側(cè)的慣性通常由并網(wǎng)同步旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量（轉(zhuǎn)子、軸系、齒輪等）存儲(chǔ)的動(dòng)能提供，體現(xiàn)在系統(tǒng)的有功-頻率動(dòng)態(tài)過程中，該過程可由轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程描述

式中：Δf0為初始系統(tǒng)頻率偏差；ΔP為系統(tǒng)不平衡功率。該式表明，由于電慣性的存在，面對(duì)系統(tǒng)的不平衡功率，系統(tǒng)頻率將不會(huì)突變，而是與氣熱慣性相似地按照負(fù)指數(shù)變化規(guī)律過渡到穩(wěn)態(tài)值。

3 考慮氣熱慣性的IES優(yōu)化運(yùn)行策略

3.1 典型的IES結(jié)構(gòu)

本文研究的IES典型結(jié)構(gòu)如圖3所示，該系統(tǒng)由外部電網(wǎng)和外部氣網(wǎng)進(jìn)行供電。電負(fù)荷由外部電網(wǎng)、變壓器、CHP 機(jī)組進(jìn)行供給；熱負(fù)荷由電鍋爐和CHP 機(jī)組進(jìn)行供給。能源集線器的輸入、輸出模型如下。

圖3 IES結(jié)構(gòu)Fig.3 Typical IES structure

式中：Le/Lh為IES 電負(fù)荷和熱負(fù)荷；λd為外部電網(wǎng)在IES中的電能分配系數(shù)；ηT/ηEB為變壓器/電鍋爐的電能轉(zhuǎn)換效率；ηCHPE/ηCHPH為CHP 機(jī)組氣電/氣熱轉(zhuǎn)換效率；Pexe/Pexg為外部電網(wǎng)/外部氣網(wǎng)提供功率。

3.2 考慮氣熱慣性的IES運(yùn)行策略

在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由電網(wǎng)故障引起的電功率缺額，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。傳統(tǒng)維持供電需求的方法主要是發(fā)電側(cè)進(jìn)行出力，而IES可以利用其氣、熱系統(tǒng)對(duì)功率波動(dòng)的抵御能力，將針對(duì)電力系統(tǒng)的功率擾動(dòng)轉(zhuǎn)移至氣、熱系統(tǒng)，從而保障電力系統(tǒng)的供電平衡。因此，考慮氣熱慣性的IES應(yīng)對(duì)功率缺額主要有如下運(yùn)行策略。

（1）在外部電網(wǎng)總供電不變的前提下，將原本流向電鍋爐的電能轉(zhuǎn)調(diào)至變壓器。該方法以減少負(fù)荷側(cè)的供熱功率為代價(jià)增加電力系統(tǒng)的供電功率。

（2）在外部天然氣網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)能力有限的情況下，CHP 機(jī)組可以在短時(shí)間內(nèi)消耗預(yù)先儲(chǔ)存在管道中的氣管存來發(fā)電。該方法在增發(fā)電功率的同時(shí)也不可避免地增發(fā)了熱功率。

在整個(gè)考慮氣熱慣性的IES 響應(yīng)過程中，負(fù)荷側(cè)供熱功率的變化會(huì)影響用戶的舒適度；而考慮到熱慣性的存在，熱功率的傳輸延時(shí)以及負(fù)荷側(cè)對(duì)溫度波動(dòng)的容忍性可以部分降低這種影響。氣慣性的作用主要體現(xiàn)在管道預(yù)先存儲(chǔ)的氣管存和管道末端壓強(qiáng)的延時(shí)響應(yīng)上；而管道壓強(qiáng)到達(dá)下限的時(shí)間被延遲保證了氣慣性提供更長(zhǎng)時(shí)間的功率支撐的能力。

因此，當(dāng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生功率缺額時(shí)，考慮氣熱慣性的IES運(yùn)行流程如圖4所示。

步驟1：電力系統(tǒng)根據(jù)發(fā)電機(jī)傳來的精密測(cè)量單元量測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)總功率缺額；

步驟2：保證系統(tǒng)可靠性水平和最小運(yùn)行成本的前提下，以IES 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)將系統(tǒng)功率缺額分配給不同的功率支撐形式，分別為氣慣性出力、熱慣性出力與發(fā)電側(cè)出力；

步驟3：IES 根據(jù)步驟2 中的出力分配進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，CHP 機(jī)組調(diào)整天然氣管道閥門位置，調(diào)度中心調(diào)整電網(wǎng)潮流分配，電廠調(diào)整電能出力。

圖4 考慮氣熱慣性的IES運(yùn)行流程Fig.4 Operation flow chart of the IES considering gas-thermal inertia

4 考慮氣熱慣性的IES應(yīng)對(duì)功率缺額模型

4.1 目標(biāo)函數(shù)

本文協(xié)同傳統(tǒng)發(fā)電側(cè)出力，討論氣熱慣性提供功率支撐的IES 應(yīng)對(duì)電網(wǎng)功率缺額問題。在保證系統(tǒng)可靠性水平的前提下，目標(biāo)函數(shù)是使故障期間功率支撐總成本最低

4.2 約束條件

5 算例分析

為驗(yàn)證第4 節(jié)所提模型的有效性，本節(jié)以一簡(jiǎn)化的北方電、氣、熱耦合的IES 園區(qū)為例，研究功率缺額下氣熱慣性的出力情況與IES 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。圖5給出了該IES園區(qū)夏季典型日的電負(fù)荷、熱負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)曲線；表1列出了算例中能源樞紐設(shè)備參數(shù)；表2—4分別列出了氣熱慣性出力單位成本、用戶舒適度單位成本與熱電比調(diào)整單位成本參數(shù)；表5 列出了本算例采用的分時(shí)電價(jià)參數(shù)；表6列出了IES中各項(xiàng)能源出力形式上限參數(shù)。

圖5 IES電負(fù)荷、熱負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線Fig.5 Predicted electrical and thermal loads

表1 IES能源樞紐設(shè)備參數(shù)Table 1 Parameters of energy hub equipment in the IES

表2 氣熱慣性出力單位成本Table 2 Unit cost of gas-thermal inertia output 美元/（kW·h）

表3 用戶舒適度單位成本Table 3 Unit cost of users' comfort

表4 熱電比調(diào)整單位成本Table 4 Unit cost of heat-to-electric ratio adjustment 美元（/kW·h）

表5 發(fā)電側(cè)分時(shí)電價(jià)Table 5 Time-of-use prices on generation-side 美元（/kW·h）

表6 各項(xiàng)能源出力形式上限Table 6 Upper limits of outputs under various power generation forms kW

5.1 IES應(yīng)對(duì)功率缺額優(yōu)化結(jié)果分析

本算例調(diào)用了Matlab 2019中的Yalmip工具箱。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障并產(chǎn)生2 000 kW 的功率缺額，IES中各出力形式的功率支撐大小與相應(yīng)運(yùn)行成本見表7。

表7 各出力形式的功率大小與相應(yīng)運(yùn)行成本Table 7 Outputs and operating costs of different generation forms

在所有出力形式中，氣慣性和熱慣性出力最高，其次是發(fā)電側(cè)出力。這一結(jié)果表明，只要?dú)鈶T性和熱慣性在各自的出力范圍內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額時(shí)，氣熱慣性調(diào)用的優(yōu)先級(jí)始終高于發(fā)電側(cè)。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文所提考慮IES 氣熱慣性的協(xié)同利用對(duì)IES 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的提升，下面對(duì)比電網(wǎng)故障下2 種場(chǎng)景的IES 運(yùn)行總成本，對(duì)比結(jié)果如圖6所示。

場(chǎng)景1：僅傳統(tǒng)發(fā)電側(cè)支撐電網(wǎng)功率缺額；

場(chǎng)景2：傳統(tǒng)發(fā)電側(cè)協(xié)同氣熱慣性出力同時(shí)支撐電網(wǎng)功率缺額。

圖6 考慮/不考慮氣熱慣性出力下IES運(yùn)行對(duì)比Fig.6 Power support results with and without considering gas-thermal inertia

場(chǎng)景1 中IES 運(yùn)行成本僅由發(fā)電側(cè)出力成本組成；場(chǎng)景2 中IES 運(yùn)行成本由氣慣性/熱慣性/發(fā)電側(cè)出力成本、熱電比調(diào)整成本以及用戶舒適度成本組成。圖6 結(jié)果表明，不論是在何種電網(wǎng)功率缺額大小下，場(chǎng)景2中考慮氣熱慣性出力的IES運(yùn)行總成本始終低于場(chǎng)景1 中僅考慮傳統(tǒng)發(fā)電側(cè)的運(yùn)行總成本，能將IES 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提升約15%，從而證明了本文所提在IES 優(yōu)化配置中考慮氣熱慣性協(xié)同利用的優(yōu)越性。

5.2 考慮熱電比可調(diào)的CHP機(jī)組優(yōu)化配置

本文的CHP 機(jī)組由微型燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐組成，在生產(chǎn)電能的過程中利用余熱輸出熱能，大大提高了燃料利用率。CHP 機(jī)組通常具有一個(gè)最佳熱電比，在該熱電比下CHP 機(jī)組的供能效率最高。

本文將最優(yōu)熱電比設(shè)為1.0，在能源利用率最高的情況下，對(duì)應(yīng)的熱電比調(diào)整成本最低。保證系統(tǒng)功率缺額大小不變，不同熱電比下不同的CHP 機(jī)組運(yùn)行成本和總功率支撐成本情況如圖7所示。

圖7 不同熱電比的IES功率支撐結(jié)果Fig.7 IES power support results under different heat-to-electric ratios

功率支撐總成本曲線的最低點(diǎn)出現(xiàn)在熱電比為2.5時(shí)?？偝杀厩€和熱電比調(diào)整成本曲線各自的變化趨勢(shì)見表8，可分為2個(gè)階段。

表8 不同熱電比下2種成本的變化趨勢(shì)Table 8 Variations of two costs under different heat-to-electric ratios

階段1：本文3.2 節(jié)所述第1 種功率支撐方式涉及電鍋爐向變壓器的電力輸送，該方式必然導(dǎo)致負(fù)荷側(cè)的溫度下降；而CHP 機(jī)組熱電比的增加可以在相同的進(jìn)氣條件下產(chǎn)生更多熱量供給負(fù)荷側(cè)。因此，即便熱電比調(diào)整成本增加，適當(dāng)提高熱電比可以通過減少負(fù)荷側(cè)總熱偏移量、降低用戶舒適度成本來降低功率支撐總成本。

階段2：當(dāng)熱電比大于2.5 時(shí)，CHP 機(jī)組產(chǎn)生的熱功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過因?yàn)殡婂仩t供電量減少而減少的熱功率；負(fù)荷側(cè)溫度過高，從而增加了用戶舒適成本。因此，如圖7 所示，當(dāng)熱電比大于2.5 之后，功率支撐總成本又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

由此可見，考慮熱電比可調(diào)的CHP 機(jī)組配置對(duì)IES 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。由于受到氣熱慣性出力對(duì)負(fù)荷側(cè)溫度的影響，CHP 機(jī)組本身供能效率最高的熱電比在IES 應(yīng)對(duì)功率缺額時(shí)并不一定是最經(jīng)濟(jì)的。在本算例中，將CHP 機(jī)組運(yùn)行熱電比設(shè)置為2.5才能保證IES的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。

5.3 考慮分時(shí)電價(jià)的IES優(yōu)化配置

發(fā)電側(cè)通常采用分時(shí)電價(jià)：谷時(shí)電價(jià)屬于基本電價(jià)，旨在滿足低收入居民的用電需求；平時(shí)電價(jià)屬于閾值電價(jià)，必須根據(jù)當(dāng)?shù)卮蠖鄶?shù)家庭的用電水平和用電區(qū)間確定；峰時(shí)電價(jià)以資源稀缺性為基礎(chǔ)，考慮對(duì)環(huán)境污染和能源消耗的補(bǔ)償。由此可見，平時(shí)電價(jià)最能反映一個(gè)地區(qū)大多數(shù)當(dāng)?shù)丶彝サ南M(fèi)水平和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的平均水平。因此，本節(jié)通過分析如圖8 所示的不同分時(shí)電價(jià)下的IES 應(yīng)對(duì)功率缺額的功率支撐總成本變化來研究不同地區(qū)IES 的氣熱慣性資源配置問題。同時(shí)，不同分時(shí)電價(jià)下的氣熱慣性成本、發(fā)電側(cè)成本、功率支撐總成本結(jié)果見表9。

圖8 不同分時(shí)電價(jià)的IES功率支撐結(jié)果Fig.8 IES power support results under different time-of-use electricity prices

由圖8 與表9 可知，當(dāng)平時(shí)電價(jià)逐漸減小時(shí)，氣熱慣性出力大小逐漸下降至零，而發(fā)電側(cè)出力相對(duì)于氣熱慣性的出力比例逐漸上升。該算例結(jié)果表明，盡管氣熱慣性資源響應(yīng)速度快且支撐時(shí)間長(zhǎng)，但并非總是增加IES 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)選擇，尤其是在經(jīng)濟(jì)相對(duì)欠發(fā)達(dá)、平時(shí)電價(jià)較低的地區(qū)。同時(shí)，本算例僅在目標(biāo)函數(shù)中考慮了IES 的運(yùn)行成本，而未考慮IES 的配置成本；考慮到經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)無需配置氣熱慣性資源，則如果考慮削減CHP 機(jī)組的配置成本，則可以進(jìn)一步降低IES 功率支撐總成本。因此，考慮分時(shí)電價(jià)的IES 優(yōu)化配置方案總結(jié)如下：對(duì)于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)：IES 在進(jìn)行能源樞紐配置時(shí)可以不考慮或者較少考慮CHP 機(jī)組等能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的配置成本以及涉及氣熱慣性出力的優(yōu)化運(yùn)行成本；對(duì)于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)：IES 在進(jìn)行能源樞紐配置時(shí)有必要考慮配置CHP 機(jī)組等能源轉(zhuǎn)化設(shè)備，以及涉及氣熱慣性出力的運(yùn)行成本。由于這類地區(qū)較高的分時(shí)電價(jià)水平，慣性資源的出力將更加經(jīng)濟(jì)。

表9 不同平時(shí)電價(jià)下各項(xiàng)成本情況Table 9 Cost components of different time-of-use prices

6 結(jié)束語

本文基于IES 氣熱慣性特性建立了IES 熱慣性負(fù)荷側(cè)室內(nèi)溫度響應(yīng)模型與IES 氣慣性管道末端壓強(qiáng)響應(yīng)模型。為了論證IES 氣熱慣性對(duì)功率波動(dòng)的抵御能力，本文進(jìn)一步給出了電網(wǎng)故障下考慮氣熱慣性的IES 運(yùn)行策略并建立了IES 應(yīng)對(duì)功率缺額的優(yōu)化模型。算例結(jié)果驗(yàn)證了本文所提策略的合理性，并給出IES在不同情況下的優(yōu)化配置方法。

（1）考慮到氣熱慣性出力對(duì)負(fù)荷側(cè)溫度的復(fù)雜影響，CHP 機(jī)組本身的最佳熱電比不一定能增加IES 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。因此，為熱電比可調(diào)的CHP 機(jī)組設(shè)置合理的運(yùn)行熱電比對(duì)IES運(yùn)行具有重要意義。

（2）IES 氣熱慣性資源與設(shè)備配置應(yīng)該視當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平而定。

下一階段，將進(jìn)一步細(xì)化氣熱慣性的動(dòng)態(tài)模型，以研究不同電網(wǎng)故障下氣熱慣性資源對(duì)IES 的影響，以完善目前相對(duì)保守的IES 配置方案，擴(kuò)大氣在實(shí)際負(fù)載系統(tǒng)中的應(yīng)用。