- 頭條計及相關性的電-氣-熱綜合能源系統概率最優能量流2019-09-23 作者：韓佶、苗世洪、李超、段偲默、李姚旺 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語華中科技大學電氣與電子工程學院強電磁工程與新技術國家重點實驗室、華中科技大學電氣與電子工程學院電力安全與高效湖北省重點實驗室的研究人員韓佶、苗世洪、李超、段偲默、李姚旺，在2019年第5期《電工技術學報》上撰文指出，由電力系統、天然氣系統和熱力系統耦合構成的綜合能源系統（IES）是“能源互聯網”的重要組成部分，是構建更加經濟、環保、高效能源系統的必經之路。 該文提出了一種計及相關性的電-氣-熱IES概率最優能量流計算方法。首先，以IES運行成本為優化目標，綜合考慮電力系統、天然氣系統、熱力系統的運行約束及能量耦合約束，建立了IES最優能量流模型；針對IES中風電接入背景下的不確定性因素，并考慮其相關性，建立IES概率最優能量流模型，并采用基于Nataf變換的三點估計法對該模型進行求解。對由修改的IEEE 24節點電力系統、比利時20節點天然氣系統和巴里島32節點熱力系統構成的IES進行仿真分析，仿真結果驗證了該文所建立模型的可行性與有效性。
近年來，能源危機與環境污染問題日益突出，如何實現對各類能源的高效利用、清潔轉換、互補融合成為近年來國內外學者研究的熱點。綜合能源系統（Integrated Energy System, IES）集電力系統、天然氣系統和熱力系統等于一體，能夠實現對多種能源的綜合管理和經濟調度，是提高能源利用率的有效途徑。
隨著各能源系統之間的耦合交互程度不斷加深，單個系統的運行受與之耦合系統運行狀態的約束；同時，耦合裝置也會對各系統的能量流產生較大影響。因此，“能源互聯網”背景下的IES安全經濟運行是亟需研究的重要課題。
作為最優潮流的延伸，最優能量流（Optimal Energy Flow, OEF）是用于分析IES安全經濟運行的有效工具。目前，已有大量文獻對IES的OEF問題展開研究，主要包含考慮不同能源系統時間常數差異性的動態OEF、OEF的新型求解方法以及多時間尺度OEF等，此類研究在新能源消納、IES建模與協調運行、能源系統的交互影響方面均具有重要的指導意義。
但是，上述研究均忽略了IES中的不確定性因素。而現實中，電/氣/熱負荷的隨機性、間歇性電源的波動性等均會對IES的運行產生影響。此外，需求響應資源的高滲透率接入以及電力市場機制的不斷完善更加劇了IES的不確定性。因此，近年來考慮IES不確定性因素的概率最優能量流（Probabilistic Optimal Energy Flow, POEF）受到了學術界的高度重視。
POEF是一種隨機優化方法，它可以根據不確定性因素的概率信息，求取狀態變量和控制變量的概率分布情況，為定量分析、評估不確定性因素對IES的影響奠定了基礎。文獻[14]提出了一種計及相關性的電-氣互聯系統POEF，分析了不同負荷波動水平及相關性對IES運行特性的影響。
文獻[15]考慮了電力系統和天然氣系統時間常數的差異性，提出了一種多時間尺度POEF。文獻[16]考慮了風電的不確定性，進而提出了一種IES魯棒優化模型，用于分析電-氣系統的相互依賴性。文獻[14-16]均研究了由電力系統和天然氣系統組成的IES的POEF，均未考慮熱力系統對IES運行狀態的影響。
實際上，隨著熱電聯供機組、燃氣鍋爐等多能源耦合設備滲透率的逐步提升，熱力系統與電力/天然氣系統之間的交互影響已不可忽略。而目前，在含有熱網的IES能量流分析領域，有文獻研究了含熱力系統的確定性能量流和概率能量流、含熱網的IES確定性能量流優化等課題，而未見含電-氣-熱能量系統POEF相關研究。
根據上述分析及存在的問題，本文同時考慮IES中的不確定性及相關性因素，建立了計及相關性電-氣-熱IES的POEF模型。首先，以系統運行經濟性為目標，綜合考慮電力、天然氣、熱力系統運行約束及能量耦合約束，建立IES的OEF模型；通過計及不確定性及相關性因素，建立電-氣-熱IES的POEF模型，并對模型進行求解。通過算例分析，結果驗證了本文所建立模型的可行性與有效性。
圖7 電-氣-熱綜合能源系統結構
結論
本文提出了一種計及相關性的電-氣-熱IES概率最優能量流計算方法。通過理論推導和仿真分析，可以得出以下結論：
1）IES的聯合運行可以起到減輕電力線路擁塞的關鍵作用，通過將電力系統中的風能外送至天然氣系統和熱力系統，大大提高了風電消納率。
2）隨著風速的相關性由負變正、由弱變強，IES的運行成本期望值越來越大，因此在電-氣-熱IES的概率與優化分析中必須考慮隨機因素的相關性。
3）IES中不同能源通過耦合的方式對電/氣/熱負荷供能，大大提高了系統運行的經濟性，隨著不同能源系統之間的耦合程度不斷增強，能源交換手段的逐漸豐富，IES的安全經濟運行將得到更加有力的保障。
