余婷

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

1 研究背景

隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)化石燃料的短缺及其所造成的環(huán)境惡化問題逐漸凸顯出來，能源危機(jī)日益加劇。因此能源的合理分配和利用無疑成為21世紀(jì)全球性焦點(diǎn)問題。近年來，為了減少能源浪費(fèi)以及污染氣體的排放，以風(fēng)能、太陽能、潮汐能、生物質(zhì)能等多種分布式能源為主的發(fā)電技術(shù)受到世界各國空前的重視，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)掘?yàn)榫徑馊蚰茉次C(jī)開辟了一條新道路。

與傳統(tǒng)大規(guī)模集中式電源相比，分布式電源發(fā)電具有獨(dú)立、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、利用率高、安裝方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。但由于分布式電源的隨機(jī)性和間歇性，導(dǎo)致分布式電源接入電網(wǎng)存在很大的隱患。因此有關(guān)學(xué)者提出微網(wǎng)的概念，它是一種由多種分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷及監(jiān)控保護(hù)裝置匯集而成的微小型發(fā)配電系統(tǒng)，可以作為分布式電源接入電網(wǎng)的有效載體。其中作為微網(wǎng)核心技術(shù)之一的冷-熱-電三聯(lián)供微網(wǎng)（Combined Cooling Heatingand Power，CCHP）系統(tǒng)可以明顯提高能源的梯級(jí)利用效率，并有效減少有害氣體的排放。因此CCHP技術(shù)受到諸多國家和學(xué)者的青睞，成為各國研究的重點(diǎn)。

本文將對上述CCHP微網(wǎng)的研究爬梳剔抉，梳理調(diào)度策略，分析歸納優(yōu)化調(diào)度建模方法，最后提出對該領(lǐng)域未來發(fā)展趨勢的展望。

2 優(yōu)化調(diào)度的指標(biāo)

在國家技術(shù)革新的潮流中，如何處理好經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系是各個(gè)領(lǐng)域的重要問題。就經(jīng)濟(jì)性而言，需要提高能源利用效率、減少停電損失收益，也要平衡供需側(cè)不同利益交互提升，從而實(shí)現(xiàn)供需兩方的雙贏[1-3]。對于環(huán)保方面，通過將電能轉(zhuǎn)化成其他形式進(jìn)行消納以提高RES滲透率，同時(shí)也要提高節(jié)約不可再生能源水平，開發(fā)技術(shù)儲(chǔ)存化石能源，并減少溫室效應(yīng)以及污染氣體排放，從而達(dá)到最佳優(yōu)化調(diào)度水準(zhǔn)。

3 不確定性建模方法

由于CCHP微網(wǎng)是一個(gè)具有不確定性、耦合強(qiáng)度高和優(yōu)化指標(biāo)多樣化特點(diǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)，因此文獻(xiàn)[4]提出的一種新的基于魯棒驅(qū)動(dòng)的置信間隙決策理論（CGDT），并以?效率最大和運(yùn)行成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建了基于CGD的IES多目標(biāo)魯棒優(yōu)化調(diào)度模型，該模型可實(shí)現(xiàn)更為合理而準(zhǔn)確的不確定性優(yōu)化調(diào)度。但該文獻(xiàn)提出的基于CGD的不確定性建模及優(yōu)化思想，僅被應(yīng)用于IES的優(yōu)化調(diào)度問題，該模型可進(jìn)一步拓展到IES規(guī)劃、多區(qū)域IES協(xié)調(diào)運(yùn)行等領(lǐng)域展開進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)[5]提出了一種新型的輸電系統(tǒng)和多區(qū)域能源系統(tǒng)分散機(jī)會(huì)約束ED模型，它采用一種經(jīng)濟(jì)模型預(yù)測控制來考慮未來的不確定性。該模型為一種新穎的基于EMPC的分散機(jī)會(huì)約束ED（EMPC-DCED）模型，用于TS和DES的集成。該模型更適用于涉及不確定性的日間ED問題，但對于多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)，沒有考慮不同能量載體之間的耦合。文獻(xiàn)[6]由于考慮風(fēng)光的不確定性和相關(guān)性，提出了一種含電能交互的冷熱電聯(lián)供型多微網(wǎng)系統(tǒng)雙層多場景協(xié)同優(yōu)化配置模型方法。該系統(tǒng)相比常規(guī)多能源站系統(tǒng)，有效降低了多能源站的年化總成本，大大提高其經(jīng)濟(jì)性。不過由于含電能交互的多能源站之間存在強(qiáng)耦合關(guān)系，它們之間的利益交互關(guān)系將極為凸顯，需要被進(jìn)一步考慮。文獻(xiàn)[7]構(gòu)建了電力、熱力柔性負(fù)荷模型，提出了一種電/熱柔性負(fù)荷的儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型，綜合考慮系統(tǒng)用能、運(yùn)維、投資、補(bǔ)償成本等因素，以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)進(jìn)行考慮電/熱柔性負(fù)荷的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型。該模型將負(fù)荷的柔性特性納入到區(qū)域綜合能源系統(tǒng)儲(chǔ)能配置的影響因素中，對于系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性有較大的提升。但未考慮到風(fēng)電以及負(fù)荷的不確定性對儲(chǔ)能優(yōu)化配置結(jié)果的影響。文獻(xiàn)[8]提出了一種考慮多能靈活性的綜合能源系統(tǒng)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度策略。它是在日前調(diào)度中建立多能靈活性狀態(tài)方程，以日運(yùn)行成本最小為目標(biāo)，構(gòu)建波動(dòng)場景下考慮系統(tǒng)多能靈活性的調(diào)度模型；該模型可以準(zhǔn)確評估和刻畫系統(tǒng)內(nèi)多種能源的靈活性供需關(guān)系。針對大型的電熱氣聯(lián)合系統(tǒng)，還需要對不同能量系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，充分考慮到網(wǎng)絡(luò)約束對系統(tǒng)靈活性帶來的影響。

4 多目標(biāo)建模方法

對于微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的研究，大多數(shù)學(xué)者也采用多目標(biāo)建模的方法以求解最優(yōu)調(diào)度策略。比如文獻(xiàn)[9]提出了一種智慧社區(qū)多能流隨機(jī)響應(yīng)面模型預(yù)測控制方法。由于考慮到冷熱電聯(lián)供、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能設(shè)備等的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性，構(gòu)建了兼顧經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的多能流多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)了日前優(yōu)化和實(shí)時(shí)滾動(dòng)優(yōu)化的有效統(tǒng)一。隨機(jī)響應(yīng)面法和場景法結(jié)合的社區(qū)能源隨機(jī)場景模擬方法，與傳統(tǒng)方法相比，能在保證精度的情況下縮短計(jì)算時(shí)間，利于實(shí)時(shí)滾動(dòng)優(yōu)化。文獻(xiàn)[10]提出了一種IES多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型及求解方法。該方法同時(shí)兼顧供能側(cè)與用能側(cè)的協(xié)同優(yōu)化，建立了考慮綜合需求響應(yīng)的綜合能效模型并引入優(yōu)化目標(biāo)，以系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本最低與綜合能效最高為目標(biāo)建立了電-氣-熱IES多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型。文獻(xiàn)[11]針對含配電網(wǎng)、配氣網(wǎng)、多能源站以及多用戶的IES的優(yōu)化運(yùn)行問題，提出了一種混合多目標(biāo)優(yōu)化和基于博弈論的方法。該方法考慮了配電網(wǎng)和配氣網(wǎng)的運(yùn)行約束，并兼顧了各主體的利益訴求。又如文獻(xiàn)[12]所提出的多目標(biāo)優(yōu)化配置方法同時(shí)考慮了經(jīng)濟(jì)性和?效率，通過算例分析了各類設(shè)備的優(yōu)先調(diào)度順序?qū)ο到y(tǒng)總體?效率的影響?？梢詽M足多類型的配置需求，且采用?效率分析相比傳統(tǒng)的熱效率計(jì)算更加合理可行。但是它未考慮到多類不確定性對系統(tǒng)調(diào)度以及規(guī)劃的影響。

多目標(biāo)建模方法的優(yōu)點(diǎn)在于不用多次試驗(yàn)來確定各個(gè)目標(biāo)之間的權(quán)值，可以直接求解多目標(biāo)問題；另一方面避免了由于各個(gè)目標(biāo)之間的量綱不統(tǒng)一，可能會(huì)造成單目標(biāo)優(yōu)化問題的魯棒性差的問題。但該方法仍存在缺陷，分析大量文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，目前多目標(biāo)優(yōu)化方法多用于處理五個(gè)以下目標(biāo)，且效果較為顯著，但目標(biāo)一旦增多，無法保證該方法的有效性，并且會(huì)成倍的增大計(jì)算量，達(dá)不到預(yù)期效果。

5 利益交互關(guān)系建模方法

由于電網(wǎng)與用電主體之間存在一定的利益交互關(guān)系，以博弈論為主的建模思想逐漸凸顯出來，比如文獻(xiàn)[11]通過完全市場博弈，解決了多能源站與用戶之間的公平博弈問題，有效模擬了多能源站與用戶之間的利益交互關(guān)系。文獻(xiàn)[13]引入綜合需求響應(yīng)和主從博弈機(jī)制，以綜合能源銷售商為領(lǐng)導(dǎo)者，新能源冷熱電聯(lián)供運(yùn)營商和負(fù)荷聚合商為跟隨者，形成一主多從分布式協(xié)同優(yōu)化模型。大大提高了用戶側(cè)的消費(fèi)者剩余和供能側(cè)的收益，對供需雙側(cè)都有明顯改善。文獻(xiàn)[14]提出了一種兩階段優(yōu)化調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)區(qū)域IES內(nèi)三方主體利益訴求的制約平衡和日內(nèi)聯(lián)合優(yōu)化。并在納什均衡狀態(tài)下，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)用戶運(yùn)行成本和產(chǎn)能基地風(fēng)電并網(wǎng)率的優(yōu)化。文獻(xiàn)[15]以多微網(wǎng)系統(tǒng)為領(lǐng)導(dǎo)者，各微網(wǎng)負(fù)荷聚合商為跟隨者，建立一主多從互動(dòng)均衡模型，優(yōu)化了多微網(wǎng)系統(tǒng)定價(jià)策略，使得各微網(wǎng)用戶的綜合效益與用能成本都得到了明顯改善?？紤]到微網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性以及能量互濟(jì)，文獻(xiàn)[16]以多主體主從博弈為核心，建立多微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型并通過算例分析驗(yàn)證其有效性與經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[17]提出一種基于非合作博弈的日前交易方法，以納什均衡解作為微網(wǎng)最佳交易策略，實(shí)現(xiàn)各微網(wǎng)效用最大化。

6 CCHP微網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度

隨著分布式能源技術(shù)的推廣與革新，未來配電網(wǎng)將是由多個(gè)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)與上級(jí)配電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)以及供熱網(wǎng)所構(gòu)成的多微網(wǎng)綜合能源系統(tǒng)，它是促進(jìn)能源綜合持續(xù)發(fā)展、高效利用的重要環(huán)節(jié)[1-2]。多微網(wǎng)綜合能源系統(tǒng)在提升能源綜合利用效率的同時(shí)，其優(yōu)化調(diào)度規(guī)劃中所面臨的各種不確定性因素以及各個(gè)因素之間的交互影響更為冗雜。文獻(xiàn)[3，18-19]考慮風(fēng)、光等無限再生能源的不確定性建立多能源微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型，分析了能源不確定性對微網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的影響。在未來的發(fā)展與探索中，各種能源之間的交互影響以及分級(jí)利用將會(huì)成為主流。

7 結(jié)語

在分布式能源的應(yīng)用領(lǐng)域里，CCHP系統(tǒng)有著舉足輕重的地位，它的出現(xiàn)使得分布式能源的利用更加合理和高效，其優(yōu)化調(diào)度亦會(huì)成為日后研究的重點(diǎn)。CCHP的研究核心在于冷、熱、電三者之間的強(qiáng)耦合關(guān)系，對于三者關(guān)系的剖析使研究過程變得紛繁復(fù)雜，同時(shí)由于可再生能源的不確定性也會(huì)導(dǎo)致優(yōu)化調(diào)度策略的多樣化。在不可再生能源短缺以及能源供應(yīng)緊張的局勢下，分布式能源的分級(jí)利用是緩解和改善能源短缺問題的有效手段。本文分別從不確定性建模、多目標(biāo)建模以及基于博弈論的利益交互建模對優(yōu)化調(diào)度策略進(jìn)行了梳理和分析，期待對今后的研究給予一定參考。