Page 51 - 中国仿真学会通讯
P. 51
气、 热力系统； Ｔ 是规划的总年限， Ｎ 是设备的总数量。
目标函数 ｆ（ Ｉｉ，ｊ，ｔ， Ａｉ，ｊ，ｔ） 可以设定为能源互联网的经济性最优， 即各个环节的建设投资和运行
费用之和最小。 约束条件中 ｇ（ Ｉｉ，ｊ，ｔ ， Ａｉ，ｊ，ｔ ） ≤０ 是各种设备的建设施工约束， 包括投资约束、 容量
约束、 最早投入年限约束等。 ｈ（ Ｉｉ，ｊ，ｔ ， Ａｉ，ｊ，ｔ ） ≤ＥＤ 是系统的运行约束， 包括多能源系统的潮流方
程， 设备的功率上下限约束、 支路功率、 管道压强约束等。 ｋ（ Ｉｉ，ｊ，ｔ ， Ａｉ，ｊ，ｔ ） ≤ＥＥＮＳ 是供能可靠性
约束， 保证系统具有较高的可靠性； ｍ（ Ｉｉ，ｊ，ｔ ， Ａｉ，ｊ，ｔ ） ≤ＣＥ 是系统的碳排放量约束， 保证系统运行
在清洁、 高效的状态。
对于具体某个应用场景下的规划模型， 可以在基础的规划模型上对目标函数进行相应的修
改， 增设描述影响因素的约束条件， 详细内容如下文。
３ ２ 能源生产环节规划
能源生产环节规划的任务是在满足用户的多种用能需求和达到各种技术经济指标的条件下，
充分考虑各种形式能源的耦合和物理特性的互补， 确定在何时、 何地兴建何种类型和何种规模
的能源生产设备和能源转换、 存储设备， 使规划期内能源互联网能接纳大规模可再生能源并且
具有较好的经济效益。 在能源互联网中， 具有大容量储能设备的热力系统、 天然气系统通过热
电联供（ ＣＨＰ） 机组、 电转气、 气转电等能量转换设备和电力系统互联耦合。 相比于电力系统，
气、 热系统都具有较大的惯性和时间常数， 具有良好的可控性和可调性。 大容量的储热、 储气
设备使得电力系统能够在较大的时间尺度和空间范围内平抑可再生能源的间歇性和波动性对能
源系统的影响［８，３６］ ， 进而提升系统的可再生能源的消纳能力。
３ ２ １ 电－热联合能源生产规划
对于电－热联合的能源生产环节的规划， 首先需要充分考虑电和热的互补性， 在电力系统、
热力系统的潮流约束的基础上， 建立合理的电－热混合潮流模型。 在此基础上， 分析锅炉、 ＣＨＰ
机组的出力特性， 结合传统的发电机模型， 建立热源模型和相应的设备输出功率约束， 从而建
立电－热联合系统的混合整数规划模型。
文献［３７］ 用有向图描述热力系统网络拓扑， 分别建立了水力、 热力支路特性方程和网络平
衡方程， 在此基础上建立了考虑热力网络约束及火电机组启停的电热能源集成系统运行优化模
型， 并利用该模型研究了电热协调运行方式对风电消纳的促进作用。 文献［３８］ 针对多区域 ＣＣＨＰ
系统之间的环状热网， 建立了考虑节点流量平衡、 热能－流量约束及热损平衡约束的热网模型并
结合 ＣＣＨＰ 系统能量平衡约束， 建立了多区域系统的容量协同优化配置的混合整数线性规划模
型。 供热管网、 建筑围护结构天然具有良好的储热能力， 文献［３９］ 提出用冬季大发的风电来产
热代替城市中的小锅炉为居民供暖， 同时利用居民建筑的良好蓄热能力进行需求侧响应进而提
升风电消纳能力。 国内外关于电－热联合的能源生产的研究还处于起步阶段， 文献［３６］ 对电－热
联合能源生产系统的优化规划提出了相应的研究展望： 掌握电－热联合系统的特性并进行数学描
述； 研究储热装置与电源、 电 ／ 热负荷间的匹配条件和机理； 研究不同应用场景下各种设备的特
性、 容量要求。
３ ２ ２ 电－气联合能源生产规划
天然气存储方式多样， 主要存储形式为地下储气库存储、 压缩天然气存储和管道及管道束
存储， 可分别用于季度、 月度以及短期的供气平衡［２０］ 。 电转气（ ｐｏｗｅｒ ｔｏ ｇａｓ， Ｐ２Ｇ） 技术主要包
括电解水制氢气和萨巴蒂埃（ Ｓａｂａｔｉｅｒ） 反应将氢气和二氧化碳合成甲烷两个过程。 在电－气联合
的能源生产系统中， 通过电转气技术可以在风电大发时， 将多余的风电制成甲烷存储在储气罐
中， 从而可以实现能量的长期、 广域的存储［４０－４２］ 。 文献［ ４３］ 构建了包含 ＣＨＰ 机组和 Ｐ２Ｇ 装置
的综合能源系统的非线性模型并进行线性化处理， 以该模型为基础对系统进行优化规划， 同时
４７
