基于惯性特征的综合能源系统联合优化运行

在多能源耦合的综合能源系统(IES)中，随着高比例可再生能源的高度渗透，给IES的灵活运行提出了新的挑战。考虑到天然气网的慢动态所带来的惯性特性，可利用差分法将天然气网高度非线性偏微分方程转化为线性代数方程组，同时，现有的IES大多只考虑单一机组或者耦合设备的运行状况，严重影响系统的联合优化运行。为此，本文以系统经济性和最低碳排放为目标，考虑天然气网惯性特征，构建结合燃气轮机、燃气内燃机、燃气锅炉等多种耦合设备运行约束的IES日前优化调度模型，并运用PSO算法对建立的IES优化调度模型进行求解，并借助MATLAB仿真软件编写程序进行仿真分析，最后得到使IES具有最小运行成本的调度策略。所得结果表明，在通过日前优化调度，更准确的体现了IES在协调各惯性网络及耦合设备的出力中系统的变化过程，验证了各能源网及耦合设备可在一定范围内为系统提供功率支撑，在考虑碳排放最低的前提下以实现经济最优。

在全球性能源危机的大背景下，综合能源系统(Integrated Energy System, IES)通过耦合设备将多种传统异质能源组成有机的整体，打破了能源间的信息壁垒，提高了能源的利用效率[1] [2]。随着耦合设备等关键技术的普及，电、气等异质能源网络之间的相互耦合已经得到了广泛的关注与研究。

近年来，国内外学者已经对含电–气–热IES 的联合优化运行进行了较为深入的研究。对于IES 中各类能源网络，其在工程上并非时刻维持在稳定工况，针对其滞后性，文献[3]提出了差异化能量惯性的概念，其中电网属于严格的刚性系统，供需实时平衡；然而天然气网、供热网及配水网的能量传导具有滞后性，其传导速度相较于电网差异较大，具有明显的惯性特征。文献[4]能量本质的角度出发，深入探讨能量传递及转换机理， 文献[5] [6]利用统一能路的方法论， 推导惯性网络的场路模型与相应的网络矩阵和网络方程，将惯性网络动态偏微分方程转化为一系列代数方程。文献[7] [8]分析复杂拓扑和动态过程， 提出更具精确性及通用性的惯性模型。文献[9]考虑了气热惯性并将其作为备用。文献[10]将热惯性视为具有调度价值的热需求响应资源，与电需求响应资源共同参与源荷协调。上述研究通过网络矩阵和网络方程，偏向于流体速度场、压力场、温度场的精确计算，计算量大，主要用于数值模拟和设备的特性研究，故不满足多能系统仿真高效性的要求。

对于IES 日前优化调度，文献[11]以系统经济性和环保性为目标，对冷热电联供系统进行研究分析；文献[12]结合储能系统时空位移特性，进行风–光–氢–储综合能源系统日前经济调度；文献[13]加入热泵及电转气装置前后系统的风电消纳及负荷波动情况进行联合调度分析；文献[14]提出了一种计及碳排放