天津大学贾宏杰等：基于热循环蓄热特性的电-热综合能源系统风电消纳策略
发布时间:2019-07-29
该文受国家自然科学基金资助项目（U1766210，51677124）、国家电网公司科技项目（SGTJDK00DWJS1900101）资助。
原文发表在《全球能源互联网》2019年第4期，欢迎品读。
作者：孟宪君1，穆云飞1，王明军1，贾宏杰1，霍现旭2，李树鹏2，于建成2
单位：1. 智能电网教育部重点实验室（天津大学）；2. 国网天津市电力公司电力科学研究院
文章导读
近年来，全球风电装机规模快速发展，带来严重的风电消纳问题。针对我国供热和风电消纳之间的矛盾，国家发改委和能源局提出鼓励热电联产机组通过建设储热装置或电转热设备来增强调节能力。热网具有热惯性，可以利用热网蓄热能力解除热电联产的部分热电耦合约束，以提升风电消纳能力。本文提出一种基于热循环蓄热特性的电热综合能源系统风电消纳策略，在不增加额外设备投资的情况下增强风电消纳水平，降低系统运行总成本。
文章亮点
（1）针对热电联产机组以热定电和电网风电消纳之间的矛盾，考虑热网蓄热特性，提出一种基于热网蓄热特性的电-热综合能源系统风电消纳策略。
（2）该方法可在不增加额外设备投资的情况下提升系统风电消纳水平，降低系统用能总成本。
（3）考虑热网蓄热后，可实现系统热负荷跨时段转移，为提高热电联产机组灵活性的相关研究打下了基础。
摘要
提出一种基于热循环蓄热特性的电-热综合能源系统风电消纳策略。首先构建了典型的电-热综合能源系统结构，分析了电热互补潜力；进而针对热网蓄热特性进行建模，分析了热网蓄热参与系统消纳风电的调节潜力；同时结合热电联产机组和热泵模型，构建了基于热网蓄热特性的电-热综合能源系统优化调度模型，以实现对热网蓄热的充放能管理。算例结果表明，该方法可使热电联产根据系统风电预测出力和电负荷需求调整自身出力，实现系统热负荷跨时段转移，最终达到提升系统风电消纳水平、降低系统一天内用能总成本的目的。
⬆ 图1 两种场景下系统风电消纳率
可见，本文方法（场景1）系统风电消纳率明显高于不考虑热网蓄热的方法（场景2），最显著的时段为1：00时，风电消纳率提升约76.2%，表明本文方法能有效提升系统风电消纳水平。
(a) 本文方法
(b) 不考虑热网蓄热的方法
⬆ 图2 算例系统热电联产及风机电功率
可见0：00-3：00，右图方法受热泵最大出力的限制，弃风情况较为严重。而本文方法实现了热负荷跨时段转移，该时段内热电联产出力大幅降低，达到消纳风电的目的。
此外，在16：30-20：30，本文方法中热电联产虽提升了出力，但利用热泵和热网蓄热特性消耗了系统多余的电能，保证了该时段的高风电消纳率。
本文引文信息
孟宪君，穆云飞，王明军，等. 基于热循环蓄热特性的电热综合能源系统风电消纳策略[J]. 全球能源互联网，2019，2(4)：318-324.
Meng Xianjun, Mu Yunfei, Wang Mingjun, et al. Wind powerconsumption strategy for electric heating integrated energy system based onthermal storage characteristics of heat cycle[J]. Journal of Global EnergyInterconnection, 2019, 2(4): 318-324(in Chinese).
作者简介
贾宏杰(1973—)
男，博士，教授，博士生导师
国家杰出青年科学基金获得者，长江学者特聘教授，主要从事综合能源系统及智能电网领域的建模、优化、分析及控制工作，E-mail：hjjia@tju.edu.cn。
穆云飞(1984—)
男，通信作者，博士，副教授
主要研究方向：电力系统安全性与稳定性、综合能源集成与应用及电动汽车并网规划与运行控制，E-mail：yunfeimu@tju.edu.cn。
孟宪君(1995—)
男，硕士
主要研究方向：综合能源系统运行优化，E-mail：mengxianjun@tju.edu.cn。
王明军(1996—)
男，硕士
主要研究方向：综合能源系统建模与优化，E-mail：wangmingjun@tju.edu.cn。
研究团队
天津大学贾宏杰团队长期从事电力系统与综合能源系统稳定性分析与运行优化方面的研究。在电力系统安全性与稳定性方面，系统地构建了电力系统小扰动稳定域、广域电力系统时滞稳定性和时滞稳定域的基础理论与分析方法体系，丰富发展了电力系统综合安全域理论，主持研发了大电网安全分析、预警、监控和风险评价系统，成功应用于国家电网公司、南方电网公司和美国Tri-State公司等企业，创造了显著的经济和社会效益。在综合能源系统稳定性分析与运行优化方面，构建了电/气/冷/热微型综合能源系统的通用仿真模型，建立了适用的分层优化协调控制策略及实现框架，研发了多种综合能源系统运行优化和安全调控技术。团队先后承担包括国家863项目、国家973前期研究专项项目、国家自然科学基金项目及国家重点研发计划等在内的多项重要科研项目，在IEEE Trans. Power Systems、IEEE Trans. Smart Grid、Applied Energy及中国电机工程学报等期刊发表学术论文200余篇。相关研究成果曾获国家技术发明二等奖1项，国家科技进步二等奖2项，中国高校十大科技进展1项，省部级科技奖励一等奖4项。
编辑：张宇
审核：白恺
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