吳啟亮，譚彩霞，章雷其，劉 敏，趙 波，張雪松，譚忠富

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206）

0 引言

配電網(wǎng)供給端與負(fù)荷端的平衡是保障其安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)和前提［1］，但在“雙碳”目標(biāo)下，隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，配電網(wǎng)運(yùn)行面臨兩方面的挑戰(zhàn)。一方面，大規(guī)模的分布式能源接入配電網(wǎng)時(shí)，分布式能源的隨機(jī)性與波動(dòng)性加劇了配電網(wǎng)供給端的不確定性，導(dǎo)致配電網(wǎng)發(fā)生供需不平衡［2］，亟需平衡服務(wù)。另一方面，電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)的靈活性資源為火力發(fā)電機(jī)組與抽水蓄能電站等，由于火力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量占比下降以及抽水蓄能電站建設(shè)進(jìn)程緩慢，在負(fù)荷側(cè)峰谷差不斷拉大的情況下，配電網(wǎng)亟需削峰填谷服務(wù)［3］。

針對(duì)配電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)，現(xiàn)有研究重點(diǎn)集中于通過降低源、荷端的不確定性來解決。文獻(xiàn)［4］通過場(chǎng)景削減法降低風(fēng)電的不確定性，構(gòu)建了配電網(wǎng)的多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)調(diào)度模型。文獻(xiàn)［5-6］考慮源端風(fēng)、光新能源出力的不確定性，提出了一種基于雙層混合優(yōu)化算法的配電網(wǎng)運(yùn)行模型。文獻(xiàn)［7］考慮源、荷的不確定性，構(gòu)建了基于盒式魯棒的配電網(wǎng)調(diào)度模型。文獻(xiàn)［8］兼顧配電網(wǎng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性，構(gòu)建了基于ADMM算法的配電網(wǎng)雙層優(yōu)化模型。

現(xiàn)有研究表明，一方面，源、荷的不確定性能減少源荷預(yù)測(cè)不準(zhǔn)給配電網(wǎng)帶來的影響，但由于無法實(shí)現(xiàn)100%的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，配電網(wǎng)還需要通過與其他主體的交互來彌補(bǔ)預(yù)測(cè)存在的偏差。由風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、氫發(fā)電機(jī)組、電化學(xué)儲(chǔ)能與電解槽組成的分布式電氫耦合系統(tǒng)既能通過電解槽消納多余供給以及電化學(xué)儲(chǔ)能彌補(bǔ)缺額需求［3］，又能調(diào)用內(nèi)部荷端的需求響應(yīng)進(jìn)行削峰填谷，所以分布式電氫耦合系統(tǒng)能夠同時(shí)為配電網(wǎng)提供平衡需求服務(wù)與需求響應(yīng)服務(wù)，也即加強(qiáng)配電網(wǎng)與分布式電氫耦合系統(tǒng)的交互研究十分必要。另一方面，在配電網(wǎng)與分布式電氫系統(tǒng)交互中氫能供需具有典型的季節(jié)性特征，而需求響應(yīng)在典型日內(nèi)進(jìn)行，為了平衡不同能源之間的時(shí)間尺度差異，需進(jìn)行兩者交互的多時(shí)間尺度研究。

目前鮮有文獻(xiàn)圍繞配電網(wǎng)與分布式電氫耦合系統(tǒng)開展研究，大多研究集中在針對(duì)電氫耦合系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)［9］提出在氫能參與下能夠提高微電網(wǎng)的新能源消納率。文獻(xiàn)［10］考慮系統(tǒng)的功率交互約束，驗(yàn)證了電-氫混合儲(chǔ)能在長(zhǎng)時(shí)間尺度儲(chǔ)能上的優(yōu)越性。文獻(xiàn)［11］將電氫系統(tǒng)應(yīng)用于智慧樓宇，并驗(yàn)證了應(yīng)用的有效性。文獻(xiàn)［12］采用主從博弈提出了電氫系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化策略。

現(xiàn)階段關(guān)于分布式電氫系統(tǒng)的優(yōu)化研究存在以下不足：其一，從應(yīng)用場(chǎng)景來看，分布式電氫耦合系統(tǒng)通過電化學(xué)儲(chǔ)能與氫儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)能夠提供不同時(shí)間尺度下的電能量與輔助等服務(wù)，能夠作為服務(wù)提供方，但目前僅研究了電氫耦合系統(tǒng)作為智慧樓宇的服務(wù)提供方，未發(fā)現(xiàn)其為配電網(wǎng)提供服務(wù)的應(yīng)用研究；其二，從交易機(jī)制來看，通常考慮分布式電氫耦合系統(tǒng)為其他主體提供的服務(wù)為單一的電能量服務(wù)與輔助服務(wù)，但是服務(wù)需求者的服務(wù)需求是多元的，目前鮮有同時(shí)考慮分布式電氫耦合系統(tǒng)為其他主體進(jìn)行多元服務(wù)的組合；其三，從交易價(jià)格來看，服務(wù)提供者與需求者的價(jià)格通常是基于分時(shí)電價(jià)等確定的，未充分考慮環(huán)境動(dòng)態(tài)變化形成動(dòng)態(tài)價(jià)格。

基于此，本文進(jìn)行分布式電氫耦合系統(tǒng)與配電網(wǎng)的多時(shí)間尺度交互策略研究，通過分析耦合系統(tǒng)與配電網(wǎng)的多元交互機(jī)制，構(gòu)建中長(zhǎng)期與短期時(shí)間尺度下的耦合系統(tǒng)與配電網(wǎng)的交互策略，并進(jìn)行算例分析。

1 交互架構(gòu)與多元交互機(jī)制

1.1 交互架構(gòu)

將配電網(wǎng)視為服務(wù)需求方，分布式電氫耦合系統(tǒng)視為服務(wù)供給方。其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景為：在配電網(wǎng)與耦合系統(tǒng)之間具有獨(dú)立的通信線路，配電網(wǎng)在交易平臺(tái)公布需求信息，耦合系統(tǒng)可通過調(diào)度中心與通信電路向配電網(wǎng)上報(bào)系統(tǒng)可再生能源預(yù)測(cè)功率和負(fù)載數(shù)據(jù)以及供給信息。配電網(wǎng)與耦合系統(tǒng)根據(jù)雙方的博弈函數(shù)形成互動(dòng)量與互動(dòng)價(jià)格后，配電網(wǎng)通過調(diào)度中心對(duì)耦合系統(tǒng)實(shí)施調(diào)度。分布式電氫耦合系統(tǒng)與配電網(wǎng)的交互架構(gòu)如圖1所示。

圖1 交互架構(gòu)Fig.1 The interactive architecture

由圖1可知，分布式電氫耦合系統(tǒng)中源端包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與光伏發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)化端主要為電解槽，存儲(chǔ)端為儲(chǔ)氫與電化學(xué)儲(chǔ)能，荷端主要為對(duì)氫能直接進(jìn)行利用與滿足本地的電負(fù)荷。分布式電氫系統(tǒng)通過信息控制中心在交易平臺(tái)上與配電網(wǎng)完成中長(zhǎng)期、短期時(shí)間尺度上的平衡服務(wù)、需求響應(yīng)交互。

1.2 多元交互機(jī)制

基于配電網(wǎng)組織的電能量交易與需求響應(yīng)調(diào)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)與分布式電氫耦合系統(tǒng)的多元交互機(jī)制。

1.2.1 平衡服務(wù)機(jī)制

在超額電量供給情景下，分布式電氫耦合系統(tǒng)利用儲(chǔ)氫設(shè)備隨著存儲(chǔ)時(shí)間的增加其邊際價(jià)值下降的特性以及靈活儲(chǔ)運(yùn)的特性，能夠?qū)⒋杭九c初夏的一部分超額電量供給通過電解槽消納產(chǎn)生氫氣并存儲(chǔ)在儲(chǔ)氫設(shè)備中，在夏季與冬季的用能高峰時(shí)期進(jìn)行直接利用，另一部分則存儲(chǔ)在電化學(xué)儲(chǔ)能中。由于氫能供需長(zhǎng)期存在季節(jié)差異性與不平衡，利用儲(chǔ)氫設(shè)備跨時(shí)間尺度的存儲(chǔ)既能解決氫能供需不平衡問題，又能解決配電網(wǎng)超額分布式能源無法消納問題。

在缺額電量需求情景下，一方面，分布式電氫耦合系統(tǒng)可以利用存儲(chǔ)在電化學(xué)儲(chǔ)能中的電量服務(wù)配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)供需平衡；另一方面，利用儲(chǔ)氫設(shè)備靈活的供能特性滿足缺額的電量。由于平衡服務(wù)涉及到跨季節(jié)的氫能供需，需將其納入中長(zhǎng)期時(shí)間尺度進(jìn)行考慮。

1.2.2 需求響應(yīng)機(jī)制

在負(fù)荷高峰階段，分布式電氫耦合系統(tǒng)調(diào)用可中斷、可轉(zhuǎn)移的需求響應(yīng)為配電網(wǎng)削峰。在負(fù)荷低谷階段，分布式電氫耦合系統(tǒng)利用從高峰時(shí)段轉(zhuǎn)移過來的負(fù)荷需求以及價(jià)格激勵(lì)為配電網(wǎng)填谷。由于需求響應(yīng)在典型日進(jìn)行，將需求響應(yīng)服務(wù)納入短時(shí)間尺度進(jìn)行考慮。

2 中長(zhǎng)期交互策略

2.1 交互流程

在中長(zhǎng)期時(shí)間尺度下，配電網(wǎng)與分布式電氫系統(tǒng)的交互流程如圖2所示。

圖2 中長(zhǎng)期交互流程Fig.2 The medium-to-long-term interaction process

同理，電負(fù)荷與氫負(fù)荷的長(zhǎng)時(shí)間需求序列如式（2）所示。

步驟2：計(jì)算配電網(wǎng)供給與需求偏差，得到偏差量ΔP?errorm，具體如式（3）所示。式（3）中的上部分公式為超額電量供給情景，下部分公式為缺額電量需求情景?；谄盍拷Y(jié)果，以接受運(yùn)行成本最小及源端供給與荷端需求偏差率最小為目標(biāo)函數(shù)在交易中心發(fā)布平衡需求。

步驟3：分布式電氫耦合系統(tǒng)根據(jù)配電網(wǎng)發(fā)布的平衡需求，以平衡收益最大化形成分布式電氫耦合系統(tǒng)的申報(bào)平衡量。

步驟4：配電網(wǎng)與分布式電氫耦合系統(tǒng)根據(jù)雙方的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行出清，形成平衡服務(wù)的均衡出清價(jià)格以及分布式電氫耦合系統(tǒng)的出清量。

步驟5：根據(jù)出清量與出清價(jià)格進(jìn)行結(jié)算與偏差考核。

2.2 目標(biāo)函數(shù)

在長(zhǎng)時(shí)間尺度下，配電網(wǎng)以偏差率最小、運(yùn)行成本最小為目標(biāo)函數(shù)與電氫耦合系統(tǒng)進(jìn)行交互，分別如式（4）與式（5）所示。其中針對(duì)運(yùn)行成本，在缺額電量需求情景下，配電網(wǎng)的運(yùn)行成本為偏差懲罰成本與接受平衡服務(wù)成本之和；在超額電量供給情景下，運(yùn)行成本即為出售超額電量獲取收益的相反數(shù)。

在中長(zhǎng)期時(shí)間尺度下，分布式電氫耦合系統(tǒng)以運(yùn)行收益最大化為目標(biāo)函數(shù)，同樣需要?jiǎng)澐秩鳖~電量需求與超額電量需求兩種情景，具體如式（6）所示。

電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫設(shè)備、電解槽與氫發(fā)電機(jī)組的年折舊費(fèi)具體如式（7）所示：

2.3 約束條件

配電網(wǎng)與分布式電氫系統(tǒng)在中長(zhǎng)期交互時(shí)會(huì)受到交互均衡約束、機(jī)組上下限約束、電氫系統(tǒng)內(nèi)部氫能與電能均衡約束、配電網(wǎng)支路容量約束與網(wǎng)絡(luò)約束。配電網(wǎng)支路容量約束與網(wǎng)絡(luò)約束參考文獻(xiàn)［13］。機(jī)組上、下限約束見式（8）。

電能、氫能的交互均衡約束分別如式（9）、式（10）所示：

分布式電氫系統(tǒng)內(nèi)部氫能與電能均衡約束在電量缺額需求與電量超額供給兩種情景下的約束分別如式（11）、式（12）所示：

3 短期交互策略

3.1 交互流程

短期時(shí)間尺度與中長(zhǎng)期時(shí)間尺度的銜接關(guān)系為：中長(zhǎng)期時(shí)間尺度下未滿足的需求在短期時(shí)間尺度下進(jìn)行調(diào)整彌補(bǔ)，同時(shí)在分布式電氫耦合系統(tǒng)中資源一定的情況下，二者在兩個(gè)時(shí)間尺度下進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)收益最大?？紤]目前輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制尚未完善，天津、山東、上海、江蘇與浙江開展的需求響應(yīng)以合約形式進(jìn)行，所以本文設(shè)定的需求響應(yīng)機(jī)制也為合約形式。配電網(wǎng)與分布式電氫系統(tǒng)的交互流程如圖3所示。

圖3 短期交互流程Fig.3 The short-term interaction process

步驟2：根據(jù)步驟1形成的等效出力序列，按式（14）確定配電網(wǎng)的需求響應(yīng)需求。

步驟3：根據(jù)削峰與填谷兩種情景，配電網(wǎng)以成本最小和峰谷差最小為目標(biāo)、分布式電氫系統(tǒng)以收益最大為目標(biāo)確定需求響應(yīng)服務(wù)的合約價(jià)格。

步驟4：配電網(wǎng)與分布式電氫耦合系統(tǒng)簽訂需求響應(yīng)合約，配電網(wǎng)跟蹤實(shí)際情況發(fā)布需求響應(yīng)指令，分布式電氫耦合系統(tǒng)根據(jù)配電網(wǎng)的指令與合約執(zhí)行該指令。

步驟5：根據(jù)分布式電氫耦合系統(tǒng)的實(shí)際執(zhí)行情況進(jìn)行結(jié)算與考核。

3.2 目標(biāo)函數(shù)

在短時(shí)間尺度下，配電網(wǎng)以峰谷差最小和運(yùn)行成本最小為目標(biāo)函數(shù)與耦合系統(tǒng)進(jìn)行交互，分別如式（15）、式（16）所示。

分布式電氫耦合系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)為需求響應(yīng)收益最大化，具體如式（17）所示。

3.3 約束條件

配電網(wǎng)與分布式電氫系統(tǒng)在短期進(jìn)行交互時(shí)會(huì)受到交互均衡約束、需求響應(yīng)上下限約束、機(jī)組運(yùn)行約束、分布式電氫系統(tǒng)內(nèi)部氫能與電能均衡約束、配電網(wǎng)支路容量約束與網(wǎng)絡(luò)約束。配電網(wǎng)支路容量約束與網(wǎng)絡(luò)約束、機(jī)組運(yùn)行約束同中長(zhǎng)期尺度下的。交互均衡約束、交互量約束與需求響應(yīng)上、下限約束分別如式（18）、式（19）所示。

分布式電氫系統(tǒng)內(nèi)部氫能和電能均衡約束分別如式（20）、式（21）所示。

4 算例分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證本文所提模型的有效性，以某區(qū)域典型分布式電氫耦合系統(tǒng)接入配電網(wǎng)為例進(jìn)行仿真分析。其中單位售氫價(jià)格為33.69 元/kg，電化學(xué)儲(chǔ)能與儲(chǔ)氫設(shè)備的充放能效率取90%，氫發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率為40%，電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫設(shè)備的自放能率設(shè)定均設(shè)定為1%/月，電化學(xué)儲(chǔ)能和儲(chǔ)氫設(shè)備的運(yùn)行年限分別為10年和20年，電化學(xué)儲(chǔ)能的容量為4 600 kWh，同時(shí)該分布式電氫耦合系統(tǒng)各類成本參數(shù)如表1所示［14-17］。

表1 各類成本參數(shù)Table 1 Cost parameters

分布式電氫耦合系統(tǒng)的各類設(shè)備的上、下限參數(shù)如表2所示。

配電網(wǎng)全年的平衡需求如圖4所示，配電網(wǎng)全年某典型日的需求響應(yīng)需求如圖5所示，數(shù)值為負(fù)表征需求缺額，為正表征供給超額。

圖4 配電網(wǎng)中長(zhǎng)期平衡需求Fig.4 Medium-to-long-term balancing demand of distribution networks

圖5 配電網(wǎng)短期需求響應(yīng)Fig.5 Short-term demand response of distribution networks

分布式電氫耦合系統(tǒng)中長(zhǎng)期時(shí)間尺度下的風(fēng)光出力、負(fù)荷需求如圖6所示，全年典型日的出力與負(fù)荷需求如圖7所示。

圖6 耦合系統(tǒng)中長(zhǎng)期風(fēng)光出力與負(fù)荷需求Fig.6 Medium-to-long-term wind-solar output power and load demand in the coupled system

圖7 耦合系統(tǒng)短期風(fēng)光出力與負(fù)荷需求Fig.7 Short-term wind-solar output power and load demand in the coupled system

4.2 算例結(jié)果分析

4.2.1 中長(zhǎng)期交互結(jié)果

1）中長(zhǎng)期設(shè)備出力結(jié)果

根據(jù)2.2節(jié)的中長(zhǎng)期交互策略，得到配電網(wǎng)與分布式電氫耦合系統(tǒng)在中長(zhǎng)期交互過程中儲(chǔ)氫設(shè)備、電化學(xué)儲(chǔ)能與氫發(fā)電機(jī)組的出力結(jié)果如圖8所示（由于中長(zhǎng)期階段下的配電網(wǎng)平衡需求也是分?jǐn)傊撩總€(gè)典型日進(jìn)行，若按日呈現(xiàn)會(huì)有365 個(gè)數(shù)值，為使圖形呈現(xiàn)效果更好，將每月典型日策略結(jié)果加總按月呈現(xiàn)），儲(chǔ)氫設(shè)備與電化學(xué)儲(chǔ)能數(shù)值為正代表設(shè)備放能，反之則代表設(shè)備儲(chǔ)能。

圖8 中長(zhǎng)期交互出力結(jié)果Fig.8 Results of medium-to-long-term interactive output power

由圖8可知，從各設(shè)備的出力結(jié)果來看，在中長(zhǎng)期中，電化學(xué)儲(chǔ)能僅在耦合系統(tǒng)內(nèi)部電負(fù)荷需求與氫能負(fù)荷需求較多的1月和8月發(fā)揮作用，此時(shí)由于儲(chǔ)氫設(shè)備接近存儲(chǔ)容量的最大值，為了降低偏差考核費(fèi)用，耦合系統(tǒng)選擇通過電化學(xué)儲(chǔ)能放電來滿足配電網(wǎng)的平衡需求。與電化學(xué)儲(chǔ)能相比，氫儲(chǔ)能設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間尺度上具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，一方面氫儲(chǔ)能與氫發(fā)電機(jī)組配合，放電時(shí)間長(zhǎng)于電化學(xué)儲(chǔ)能，同時(shí)其運(yùn)行年限長(zhǎng)于電化學(xué)儲(chǔ)能，使得中長(zhǎng)期時(shí)間尺度下氫儲(chǔ)能設(shè)備折舊費(fèi)用較電化學(xué)儲(chǔ)能低；另一方面，氫儲(chǔ)能存儲(chǔ)時(shí)間與邊際成本成反比，而電化學(xué)儲(chǔ)能長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)具有高額的運(yùn)行成本，使得氫儲(chǔ)能設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)氫比長(zhǎng)時(shí)間電化學(xué)儲(chǔ)能儲(chǔ)電更具經(jīng)濟(jì)性。所以氫儲(chǔ)能設(shè)備利用其跨時(shí)間尺度存儲(chǔ)具備的優(yōu)勢(shì)，能夠在整個(gè)中長(zhǎng)期均發(fā)揮作用。

在夏季（6—8月）、冬季（12月、1月）用能高峰期，儲(chǔ)氫設(shè)備中的氫能通過氫發(fā)電機(jī)組產(chǎn)電滿足配電網(wǎng)的缺額電量需求；在春季（3—5月）、秋季（9—11月）用能低谷季節(jié)，通過耦合系統(tǒng)電解槽產(chǎn)生氫氣進(jìn)行直接利用為耦合系統(tǒng)帶來收益，由此說明在中長(zhǎng)期時(shí)間尺度下儲(chǔ)氫設(shè)備和電化學(xué)儲(chǔ)能相比具有優(yōu)越性。

2）中長(zhǎng)期出清結(jié)果

在中長(zhǎng)期階段下，配電網(wǎng)與分布式電氫耦合系統(tǒng)的出清結(jié)果如圖9所示。數(shù)值為負(fù)表征需求缺額出清量，為正表征供給超額出清量。

圖9 中長(zhǎng)期出清結(jié)果Fig.9 Results of medium-to-long-term clearance

由圖9可知，出清價(jià)格呈現(xiàn)較為明顯的季節(jié)差異性，其中夏、冬季的出清價(jià)格高于春、秋季，這主要由于夏、冬季為用能高峰期，分布式電氫耦合系統(tǒng)為滿足配電網(wǎng)的平衡需求會(huì)頻繁地通過儲(chǔ)能設(shè)備充放能，增加了系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行成本，在與配電網(wǎng)交互時(shí)其出清價(jià)格也會(huì)提高。從出清偏差量來看，偏差量占出清量比重較小，說明通過電化學(xué)儲(chǔ)能與儲(chǔ)氫設(shè)備的協(xié)調(diào)控制能夠降低交互的偏差量，減少偏差考核成本。進(jìn)一步基于出清結(jié)果得到中長(zhǎng)期配電網(wǎng)的整體成本為75 805.01元，偏差率2.21%，耦合系統(tǒng)的整體收益為15 907.38元。

4.2.2 短期交互結(jié)果

1）短期設(shè)備出力結(jié)果

根據(jù)2.3節(jié)的短期交互策略，得到配電網(wǎng)與分布式電氫耦合系統(tǒng)在短期交互過程中儲(chǔ)氫設(shè)備、電化學(xué)儲(chǔ)能與氫發(fā)電機(jī)組的出力結(jié)果如圖10所示。

圖10 短期交互出力結(jié)果Fig.10 Results of short-term interactive output power

由圖10 可知，在短期中針對(duì)配電網(wǎng)的需求響應(yīng)服務(wù)，耦合系統(tǒng)主要通過荷端的需求響應(yīng)與電化學(xué)儲(chǔ)能來滿足。在短期交互中，配電網(wǎng)下達(dá)指令后，電氫耦合系統(tǒng)響應(yīng)調(diào)度時(shí)間短，通過儲(chǔ)氫設(shè)備匹配氫發(fā)電機(jī)組與電解槽直接利用氫能無法及時(shí)響應(yīng)配電網(wǎng)調(diào)度指令，造成了分布式電氫系統(tǒng)高額的偏差懲罰成本以及配電網(wǎng)的線路投資成本與棄風(fēng)棄光成本，使得儲(chǔ)氫設(shè)備在短期中經(jīng)濟(jì)性低于電化學(xué)儲(chǔ)能。所以在短期中電化學(xué)儲(chǔ)能充分發(fā)揮了其優(yōu)越性，充放電快速且經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。儲(chǔ)氫設(shè)備僅在能源需求高峰的20：00—21：00 起到了削峰作用，主要是此時(shí)電化學(xué)儲(chǔ)能達(dá)到了其功率上限值，只能通過儲(chǔ)氫設(shè)備來滿足配電網(wǎng)的需求響應(yīng)服務(wù)，由于氫發(fā)電機(jī)組為儲(chǔ)氫設(shè)備的配套機(jī)組，所以其發(fā)揮作用時(shí)間段與儲(chǔ)氫設(shè)備一致。

2）短期出清結(jié)果

在短期階段下，配電網(wǎng)與分布式電氫耦合系統(tǒng)的出清結(jié)果如圖11所示。

圖11 短期出清結(jié)果Fig.11 Results of short-term clearance

由圖11 可知，出清價(jià)格隨著時(shí)間而波動(dòng)，在午間09：00—12：00與晚間19：00—21：00出清價(jià)格較高，其余時(shí)段出清價(jià)格較低。原因在于09：00—12：00 與19：00—21：00 為耦合系統(tǒng)的用能高峰，其提供需求響應(yīng)的成本較高，導(dǎo)致出清價(jià)格提高。同時(shí)從出清量來看，在用能低谷的22：00—06：00與13：00—17：00，配電網(wǎng)與耦合系統(tǒng)的交互為正，耦合系統(tǒng)為配電網(wǎng)提供填谷服務(wù)；在08：00—12：00與17：00—21：00，耦合系統(tǒng)為配電網(wǎng)提供削峰服務(wù)。進(jìn)一步基于出清結(jié)果得到短期中配電網(wǎng)的整體成本為186.44 元，峰谷差為76.07 kW，耦合系統(tǒng)的整體收益為1 993.26元。

4.2.3 有效性分析

為了驗(yàn)證本文所提策略的有效性，設(shè)置了3種系統(tǒng)，并對(duì)其在配電網(wǎng)成本、系統(tǒng)收益、峰谷差與偏差率上的表現(xiàn)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果如表3所示。

表3 不同系統(tǒng)對(duì)比結(jié)果Table 3 Comparison of the system parameters

系統(tǒng)1：不含儲(chǔ)氫設(shè)備，其余設(shè)備與本文提出的耦合系統(tǒng)一致。

系統(tǒng)2：不含電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備，其余設(shè)備與本文提出的耦合系統(tǒng)一致。

系統(tǒng)3：同時(shí)含有電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備與儲(chǔ)氫設(shè)備，也即本文提出的耦合系統(tǒng)。

由表3 可知：系統(tǒng)1 的配電網(wǎng)成本顯著上升，同時(shí)偏差率增加；系統(tǒng)2的配電網(wǎng)成本與峰谷差增加。由此說明含電化學(xué)儲(chǔ)能-儲(chǔ)氫設(shè)備的混合儲(chǔ)能電氫系統(tǒng)在降低峰谷差、減少偏差與成本、提高收益方面存在顯著優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)論

本文通過研究分布式電氫耦合系統(tǒng)與配電網(wǎng)的多時(shí)間尺度交互策略，并結(jié)合算例分析得到以下結(jié)論：

1）儲(chǔ)氫設(shè)備因其運(yùn)行壽命長(zhǎng)、具有存儲(chǔ)時(shí)間與邊際成本成反比的特性，因而在中長(zhǎng)期時(shí)間尺度下較電化學(xué)儲(chǔ)能更具優(yōu)越性。

2）電化學(xué)儲(chǔ)能能夠及時(shí)響應(yīng)配電網(wǎng)調(diào)度指令，其偏差懲罰成本遠(yuǎn)低于儲(chǔ)氫設(shè)備，在短期中具有優(yōu)越性，充放電快速且經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。

3）含電化學(xué)儲(chǔ)能-儲(chǔ)氫設(shè)備的混合儲(chǔ)能電氫系統(tǒng)在降低峰谷差、減少偏差與成本、提高收益方面存在顯著優(yōu)勢(shì)。