考虑电热柔性负荷和氢储能的综合能源系统优化运行研究

综合能源系统可结合电能、热能和氢储能等多种不同的能源，面对相同的负荷需求时，可提供多种不同的经济环保的供能方案和优化运行策略。在分析了综合能源优化系统中各种设备的基本概念后，对常见的能源生产、转换和储存设备进行数学建模。其次，将需求侧电柔性负荷、热柔性负荷等引入综合能源系统的经济优化模型中，并将氢储能系统作为热电氢耦合设备参与到能源系统的运行优化中。仿真结果表明，氢储能系统与电、热柔性负荷的参与，不仅能减少因传统化石能源所引起的环境污染问题，还能有效地减少系统的运行成本。

随着传统化石能源的过度使用，能源短缺、能源浪费等问题逐渐成为阻碍人类可持续发展的巨大难题，综合能源系统应运而生，与此同时，系统的优化运行则是综合能源系统研究的关键问题之一。目前可将优化系统的研究归纳为三个方面：对于模型层面的研究、对于机制层面的研究，以及对于算法层面的研究。

文献[1]提出了一种混合储能系统， 通过将不同的储能系统结合起来， 以提高运行系统的效率及寿命。

文献[2]提出了一种阶梯碳交易机制， 验证该阶梯机制是否拥有对能源优化系统碳排放量更强的抑制效果。

文献[3]运用粒子群算法，该算法通过模拟鸟类觅食行为，经过多次迭代以求得问题的最优解。此外，部分优化模型通过引入氢储能系统以提高能源的消纳能力，氢储能作为一种新型的可再生的具有清洁性的能源，具有高效率，高容量存储等特点[4]。或是引入柔性负荷来提高系统的经济性以减少系统的运行成本[5]。而将氢储能系统与电热柔性负荷同时参与到系统优化运行方面的研究还相对较少。

综合以上分析，本文以综合能源系统的优化运行为研究对象，联合电、热、氢三种能量，利用柔性负荷削峰填谷的特性，将电、热柔性负荷一起参与到综合能源系统的优化运行中。同时引入碳交易机制来减少碳排放量，以节省能源运行成本、节省传统化石能源、为目标，实现运行综合效益最小。

2. 综合能源系统数学模型 考虑需求侧电、热柔性负荷的综合能源运行优化系统模型如图1 所示。下文将以图1 为基础，对综合能源系统中各元器件及各柔性负荷进行数学建模[6] [7]。

2.1. 用户侧负荷特性分析 综合能源运行优化系统依据负荷在系统中根据用户侧所发出的用电需求，转换其响应方式来减少运行成本、供需平衡等特点，将系统中参与优化调度的负荷分为以下4 类[7]： 1) 基础负荷：该负荷可实现用户侧发出的全部用电需求，且不能对其运行持续时间与运行方式进行更改。