摘 要： 為探究電、氣熱泵協(xié)同優(yōu)化效果，提出多源熱泵協(xié)同運(yùn)行的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)（RIES）經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。首先，對(duì)電、氣熱泵技術(shù)特性進(jìn)行對(duì)比闡述，并基于能量樞紐對(duì)電、氣熱泵多能互補(bǔ)運(yùn)行工況下系統(tǒng)各類能量流進(jìn)行分析;其次，根據(jù)電、氣能源價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在谷電時(shí)段利用電熱泵進(jìn)行電冷能源耦合供能，在電價(jià)高峰時(shí)段通過(guò)氣熱泵進(jìn)行氣冷替代供能，改善系統(tǒng)用電負(fù)荷峰谷特性與降低運(yùn)行成本;最后，以系統(tǒng)成本最優(yōu)建立電、氣熱泵協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型，采用CPLEX軟件進(jìn)行求解。算例表明：電、氣熱泵協(xié)同運(yùn)行能夠充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的同時(shí)優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線交互功率波動(dòng)，并且所提出的方法具有良好的環(huán)保效益。

關(guān)鍵詞： 區(qū)域綜合能源系統(tǒng); 空氣源熱泵; 天然氣熱泵; 峰谷特性; 優(yōu)化調(diào)度

中圖分類號(hào)： TM61

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 2095-8188（2024）04-0013-09

DOI： 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.04.002

Economic Dispatch of Regional Integrated Energy System Based on Collaborative Optimization of Multi-Source Heat Pumps

JIANG Tao ZHOU Huijuan ZHANG Qimeng3， ZHOU Weiran XU Zhen4

（1.Shibei Electric Power Supply Branch Company， State Grid Chongqing Electric Power Company， Chongqing 401147， China;

2.Marketing Service Center of State Grid Henan Electric Power Company， Zhenzhou 450000， China;

3.Chengdong Power Supply Branch， State Grid Tianjin Electric Power Company， Tianjin 300250， China;

4.Cangxi Electric Power Supply Branch Company， State Grid Sichuan Electric Power Company， Guangyuan 628000， China）

Abstract： To explore the synergistic optimization effect of electric heat pump and gas heat pump， a regional comprehensive energy system（RIES） economic dispatch method for the coordinated operation of multi-source heat pump systems is proposed. Firstly， a comparative exposition of the technical characteristics of electric heat pump and gas heat pump is conducted. Based on the energy hub， various energy flows of the system under the multi energy complementary operating conditions of electric heat pump and gas heat pump are analyzed. Secondly， based on the price advantages of electricity and gas energy， electric heat pump is used for electric cold energy coupling during peak electricity periods， and gas cooling is replaced by gas heat pump during peak electricity prices to improve the peak valley characteristics and operating costs of the system's electricity load. Finally， a collaborative optimization dispatch model for electric heat pump and gas heat pump is established with the optimal system cost ，and solved by using CPLEX software. The calculation example shows that the coordinated operation of electric heat pump and gas heat pump can fully leverage the advantages to reduce the operating cost of the system and optimize the interaction power fluctuation of the interconnection line. Moreover， the proposed method has good environmental benefits.

Key words： regional integrated energy system; air source heat pump; gas heat pump; peak valley characteristics; optimization dispatch

0 引 言

熱泵技術(shù)是一種利用高位能驅(qū)動(dòng)熱量由低位熱源流向高位熱源的新能源技術(shù)，具有節(jié)能高效、運(yùn)行環(huán)保的特性，已成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的有效手段之一［1］。區(qū)域綜合能源系統(tǒng)（RIES）位于終端用戶側(cè)，打破了傳統(tǒng)能源單獨(dú)規(guī)劃、獨(dú)立運(yùn)行的局面，將區(qū)域內(nèi)多種能源進(jìn)行集成耦合，形成互補(bǔ)互濟(jì)多元化供能模式，有效提高了系統(tǒng)綜合用能效率，減少了污染排放［2-8］。

將熱泵技術(shù)應(yīng)用于RIES中，通過(guò)協(xié)調(diào)電、熱、冷等各類能源調(diào)度出力，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多能互補(bǔ)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)［9-10］在冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)中引入空氣源熱泵（ASHP）參與優(yōu)化調(diào)度，通過(guò)解耦能量約束降低了微網(wǎng)運(yùn)行成本。文獻(xiàn)［11］通過(guò)在熱負(fù)荷高峰利用ASHP消納棄風(fēng)，從而促進(jìn)了風(fēng)電并網(wǎng)消納，降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本。文獻(xiàn)［12］提出了地源熱泵（GSHP）與電熱綜合需求響應(yīng)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方法，源荷協(xié)同作用有效提高了RIES調(diào)度靈活性。文獻(xiàn)［13］提出了GSHP與電動(dòng)汽車協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法，實(shí)現(xiàn)了用電負(fù)荷“削峰填谷”。文獻(xiàn)［14-15］提出基于熱泵群靈活調(diào)節(jié)的聯(lián)絡(luò)線傳輸功率平滑策略，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整熱泵群負(fù)荷以降低聯(lián)絡(luò)線傳輸功率波動(dòng)與系統(tǒng)運(yùn)行成本。上述文獻(xiàn)均在多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)中引入電驅(qū)動(dòng)型熱泵參與優(yōu)化調(diào)度，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了其經(jīng)濟(jì)節(jié)能有效性。然而，熱泵按照驅(qū)動(dòng)能源分類，可劃分為電驅(qū)動(dòng)型熱泵與燃?xì)怛?qū)動(dòng)型熱泵等，而上述研究均只針對(duì)電驅(qū)動(dòng)型熱泵展開，并未對(duì)燃?xì)怛?qū)動(dòng)型熱泵參與多能互補(bǔ)優(yōu)化調(diào)度的效果進(jìn)行深入分析。

燃?xì)鉄岜茫℅HP）是以天然氣為驅(qū)動(dòng)能源進(jìn)行逆卡諾循環(huán)的熱泵機(jī)組，運(yùn)行過(guò)程中不依靠電力，與電驅(qū)動(dòng)熱泵相比各具優(yōu)勢(shì)［16］。現(xiàn)階段，有關(guān)GHP的研究多集中于機(jī)組性能優(yōu)化層面，而對(duì)其參與的多能互補(bǔ)優(yōu)化調(diào)度研究較少。文獻(xiàn)［17］基于配置與運(yùn)行雙重目的，建立考慮GHP定容的RIES雙層優(yōu)化模型，通過(guò)協(xié)調(diào)電氣熱冷多類能源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。文獻(xiàn)［18］研究了GHP與需求響應(yīng)的削峰作用，通過(guò)源荷協(xié)同調(diào)峰，提高了系統(tǒng)供能能力與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。上述文獻(xiàn)分析了GHP的多能互補(bǔ)優(yōu)化特性，但研究均只圍繞單一燃?xì)庑蜔岜脵C(jī)組展開，并未對(duì)電、氣兩類熱泵機(jī)組參與多能協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行的效果進(jìn)行探討。

為此，本文以實(shí)現(xiàn)夏季RIES優(yōu)化運(yùn)行為目的，提出了基于多源熱泵協(xié)同運(yùn)行的RIES經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。首先，建立了風(fēng)、光、儲(chǔ)、冷熱電聯(lián)供（CCHP）以及電、氣熱泵協(xié)同運(yùn)行的RIES調(diào)度架構(gòu);其次，根據(jù)電、氣能源價(jià)格優(yōu)勢(shì)，利用ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行降低RIES運(yùn)行成本的同時(shí)改善系統(tǒng)用電負(fù)荷峰谷特性;此外，采用負(fù)荷波動(dòng)率與綜合能效指標(biāo)，對(duì)ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行平滑系統(tǒng)與主網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線交互功率波動(dòng)以及系統(tǒng)綜合運(yùn)行能效效果進(jìn)行評(píng)估;最后，通過(guò)仿真算例驗(yàn)證了所提方法的經(jīng)濟(jì)環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

1 ASHP-GHP多能互補(bǔ)運(yùn)行的RIES調(diào)度架構(gòu)

本文中電熱泵采用ASHP。RIES調(diào)度架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)內(nèi)能量輸入側(cè)為上級(jí)主網(wǎng)與天然氣;能量耦合側(cè)為風(fēng)機(jī)、光伏、ASHP、GHP以及CCHP;能量需求側(cè)為冷負(fù)荷、電負(fù)荷;儲(chǔ)能環(huán)節(jié)為蓄電池。

1.1 ASHP電-冷耦合轉(zhuǎn)換模型

ASHP制冷工況下，其驅(qū)動(dòng)能源為電能，通過(guò)逆卡諾循環(huán)將室內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移至室外排放，從而滿足用戶用冷需求。其物理模型［19］為

PASHP，c（t）=PASHP（t）ηASHP，c（1）

式中： PASHP（t）——t時(shí)段ASHP消耗電能;

PASHP，c（t）——t時(shí)段ASHP輸出冷能;

ηASHP，c——ASHP電制冷能效。

1.2 GHP氣冷耦合轉(zhuǎn)換模型

GHP運(yùn)行過(guò)程中不依靠電力能源。制冷工況下，以燃?xì)鉃轵?qū)動(dòng)源將室內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移至室外形成制冷效果。其物理模型［20］為

PGHP，c（t）=PGHP（t）ηGHP，c（2）

ηGHP，c=1－ηge+ηgeCHP（3）

式中： PGHP（t）——t時(shí)段GHP消耗天然氣熱量;

PGHP，c（t）——t時(shí)段GHP輸出冷能;

ηGHP，c——GHP氣冷轉(zhuǎn)換效率;

ηge——GHP天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)效率;

CHP——熱泵機(jī)組制冷效率。

1.3 電、氣熱泵綜合對(duì)比分析

針對(duì)ASHP、GHP應(yīng)用條件及技術(shù)參數(shù)的不同，對(duì)二者進(jìn)行綜合對(duì)比分析。電、氣熱泵綜合對(duì)比如表1所示。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的發(fā)展，夏季居民空調(diào)負(fù)荷急劇增加，造成電力負(fù)荷峰谷差進(jìn)一步拉大，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。GHP燃?xì)馐娇照{(diào)的使用，能夠在實(shí)現(xiàn)同等制冷效果的同時(shí)，替代電空調(diào)以緩解用電高峰電網(wǎng)調(diào)峰壓力。

1.4 基于能量樞紐的電、氣熱泵協(xié)同運(yùn)行分析

能量樞紐是描述多能源輸入、多能源輸出的雙端口模型［21］。對(duì)能量樞紐中的供能設(shè)備類型及其配置容量進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣熱冷等多類能源互補(bǔ)互濟(jì)，協(xié)同運(yùn)行，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性與經(jīng)濟(jì)性?？紤]ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行的能量樞紐模型為

PePc=1ληcchp，e0ληcchp，c+μηGHP，cPgridPgas+Pw+Pv+Ps-PASHPPASHPηASHP，c（4）

式中： Pe——系統(tǒng)電負(fù)荷需求;

Pc——系統(tǒng)冷負(fù)荷需求;

ηcchp，e——CCHP電效率;

ηcchp，c——CCHP冷效率;

λ——CCHP的天然氣分配系數(shù);

μ——GHP的天然氣分配系數(shù)（滿足λ+μ=1）;

Pgrid——系統(tǒng)與主網(wǎng)交互功率;

Pgas——系統(tǒng)輸入天然氣熱量;

Pw——系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電功率;

Pv——光伏發(fā)電功率;

Ps——儲(chǔ)能裝置蓄電池電功率。

通過(guò)調(diào)整各時(shí)段CCHP與GHP天然氣分配系數(shù)λ、μ，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)電、冷、氣能量流動(dòng)的優(yōu)化。如在用電負(fù)荷低谷時(shí)段，通過(guò)提高GHP天然氣分配系數(shù)μ以替代CCHP承擔(dān)盡可能多的冷負(fù)荷，從而利用低谷購(gòu)電優(yōu)勢(shì)降低系統(tǒng)運(yùn)行成本;在電力負(fù)荷高峰，通過(guò)擴(kuò)大CCHP天然氣分配系數(shù)λ占比，使冷負(fù)荷盡量由CCHP承擔(dān)，從而最大化燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電功率，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2 ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行策略

ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行原理如圖2所示。ASHP作為電力驅(qū)動(dòng)的電冷能源耦合轉(zhuǎn)換裝置，在峰谷分時(shí)電價(jià)作用下能夠成為RIES負(fù)荷峰谷差調(diào)節(jié)的有效手段。在電價(jià)低谷Toff時(shí)段，利用谷電價(jià)格優(yōu)勢(shì)調(diào)用ASHP進(jìn)行供冷，從而抬升電力負(fù)荷低谷用電量。其中，ΔP1區(qū)域?yàn)锳SHP用電區(qū)。然而，在電價(jià)高峰Ton時(shí)段，僅依靠CCHP進(jìn)行供冷無(wú)法滿足系統(tǒng)用冷需求，此時(shí)段ASHP進(jìn)行電制冷，將導(dǎo)致用電負(fù)荷“峰上加峰”，從而進(jìn)一步增加系統(tǒng)電力調(diào)峰難度，其中ΔP2區(qū)域?yàn)锳SHP在電力負(fù)荷高峰增加的用電負(fù)荷。

考慮電、氣能源互補(bǔ)特性，在電價(jià)高峰Ton時(shí)段，利用GHP進(jìn)行氣冷能源耦合供能，以替代ASHP參與供能調(diào)度，從而在提供相同制冷功率的同時(shí)確保電力高峰用電負(fù)荷維持原始電力負(fù)荷不變。

3 ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行的RIES調(diào)度模型

3.1 目標(biāo)函數(shù)

為充分利用電、氣熱泵優(yōu)勢(shì)，二者協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行，在滿足用能負(fù)荷條件下，實(shí)現(xiàn)RIES節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以日前調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行成本最小為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)。

mcost=∑Tt=1［mf（t）+mc（t）+mn（t）+me（t）］（5）

式中： mcost——調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)總成本;

mf——系統(tǒng)天然氣消耗成本;

mc——機(jī)組運(yùn)行維護(hù)成本;

mn——環(huán)境成本;

me——電能交互成本。

天然氣消耗成本、機(jī)組運(yùn)行維護(hù)成本、環(huán)境成本、電能交互成本的計(jì)算公式依次為

mf=∑Tt=1Pcchp，e（t）ηcchp，eLgasmgas+∑Tt=1PGHP，c（t）ηGHP，cLgasmgas（6）

mc=∑Tt=1Pcchp，e（t）mGT+PASHP（t）mASHP+PGHP，c（t）mGHP+Pw（t）mw+Pv（t）mv+Ps（t）ms（7）

mn=∑Tt=1∑Ni=n［Pcchp，e（t）+PASHP（t）+PGHP，c（t）+Pbuy（t）］πimi（8）

me=Pbuy（t）mbuy（t）+Psell（t）msell（t）（9）

式中： Pcchp，e（t）——t時(shí)段CCHP電功率;

PASHP（t）——t時(shí)段ASHP電功率;

mgas——天然氣購(gòu)買單價(jià);

Lgas——天然氣低熱值;

mGT——燃?xì)廨啓C(jī)單位功率維護(hù)價(jià)格;

mASHP——ASHP單位功率維護(hù)價(jià)格;

mGHP——GHP單位功率維護(hù)價(jià)格;

mw——風(fēng)電單位功率維護(hù)價(jià)格;

mv——光伏單位功率維護(hù)價(jià)格;

ms——蓄電池單位功率維護(hù)價(jià)格;

Pbuy（t）——t時(shí)段系統(tǒng)購(gòu)電功率;

Psell（t）——t時(shí)段系統(tǒng)售電功率;

πi——機(jī)組單位功率第i種污染物排放量;

mi——第i類污染物單位治理價(jià)格;

mbuy（t）——t時(shí)段系統(tǒng)購(gòu)電電價(jià);

msell（t）——t時(shí)段系統(tǒng)售電電價(jià)。

3.2 約束條件

能量供需平衡約束條件為

Pe（t）=Pcchp，e（t）+Pw（t）+Pv（t）+PASHP（t）+Ps（t）+Pbuy（t）+Psell（t）（10）

Pc（t）=Pcchp，c（t）+PASHP，c（t）+PGHP，c（t）（11）

機(jī)組運(yùn)行約束條件為

Pmincchp，e≤Pcchp，e（t）≤Pmaxcchp，e（12）

Pmincchp，c≤Pcchp，c（t）≤Pmaxcchp，c（13）

PminASHP≤PASHP（t）≤PmaxASHP（14）

PminGHP，c≤PGHP，c（t）≤PmaxGHP，c（15）

儲(chǔ)能運(yùn)行約束條件為

Pmins≤Ps（t）≤Pmaxs（16）

H（0）=H（T）（17）

聯(lián)絡(luò)線功率輸送約束條件為

Pmingrid≤Pgrid（t）≤Pmaxgrid（18）

網(wǎng)絡(luò)平衡約束條件為

-Pmaxij≤Bij［θi（t）-θj（t）］≤Pmaxij（19）

Qgasqp（t）=sgn（Pgasq，Pgasp）KqpPgasq（t）2-Pgasp（t）2（20）

Pmink≤Pgask（t）≤Pmaxk（21）

式中： Pe（t）——t時(shí)段系統(tǒng)電負(fù)荷;

Pc（t）——t時(shí)段系統(tǒng)冷負(fù)荷;

Pmaxcchp，e——CCHP機(jī)組輸出電功率上限;

Pmincchp，e——CCHP機(jī)組輸出電功率下限;

Pmaxcchp，c——CCHP機(jī)組輸出冷功率上限;

Pmincchp，c——CCHP機(jī)組輸出冷功率下限;

PmaxASHP——ASHP機(jī)組輸入電功率上限;

PminASHP——ASHP機(jī)組輸入電功率下限;

PmaxGHP，c——GHP機(jī)組輸出冷功率上限;

PminGHP，c——GHP機(jī)組輸出冷功率下限;

Pmaxs——蓄電池輸出電功率上限;

Pmins——蓄電池輸出電功率下限;

H（0）——蓄電池初始時(shí)刻荷電狀態(tài);

H（T）——調(diào)度周期末端時(shí)刻荷電狀態(tài);

Pmaxgrid——聯(lián)絡(luò)線傳輸電功率上限;

Pmingrid——聯(lián)絡(luò)線傳輸電功率下限;

Bij——節(jié)點(diǎn)i、j之間電納;

θi（t）——t時(shí)段節(jié)點(diǎn)i的電壓相角;

θj（t）——t時(shí)段節(jié)點(diǎn)j的電壓相角;

Pmax ij——線路ij間傳輸功率上限;

Qgas qp（t）——t時(shí)段節(jié)點(diǎn)q、p間天然氣流量;

Pgas q（t）——t時(shí)段節(jié)點(diǎn)q氣壓值;

Pgas p（t）——t時(shí)段節(jié)點(diǎn)p氣壓值;

Kqp——綜合參數(shù);

sgn（Pgasq，Pgas p）——t時(shí)段節(jié)點(diǎn)q、p間的天然氣流向;

Pmax k——節(jié)點(diǎn)k壓強(qiáng)上限;

Pmin k——節(jié)點(diǎn)k壓強(qiáng)下限。

3.3 負(fù)荷波動(dòng)率指標(biāo)

采用負(fù)荷波動(dòng)率指標(biāo)Pload來(lái)衡量ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行下，系統(tǒng)調(diào)度周期內(nèi)用電負(fù)荷波動(dòng)平抑效果。其值越低則負(fù)荷波動(dòng)平抑效果越好，從而有效降低系統(tǒng)電壓、頻率由于負(fù)荷急劇變化對(duì)供能機(jī)組造成的影響。

Pload=∑Tt=2［Pe（t）－Pe（t－1）］2（22）

3.4 綜合能效指標(biāo)

ASHP、GHP同屬于高能效熱泵機(jī)組，為了衡量二者協(xié)同運(yùn)行系統(tǒng)綜合能源利用效率優(yōu)勢(shì)，采用綜合能效指標(biāo)Ie對(duì)系統(tǒng)能源輸入環(huán)節(jié)與用能環(huán)節(jié)的能效轉(zhuǎn)換率進(jìn)行描述。

Ie=∑Tt=1Pe（t）+∑Tt=1Pc（t）+∑Tt=1Psell（t）∑Tt=1Pbuy（t）εp（1－εg）+∑Tt=1Pgas（t）+∑Tt=1［Pw（t）+Pv（t）］（23）

式中： Pgas（t）——t時(shí)段系統(tǒng)消耗天然氣總熱值;

εp——電廠發(fā)電效率;

εg——聯(lián)絡(luò)線輸電線損率。

3.5 模型求解

網(wǎng)絡(luò)平衡約束中氣網(wǎng)潮流包含非線性約束，采用文獻(xiàn)［22］中方法進(jìn)行分段線性化處理，將其轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，在CPLEX12.10版本中進(jìn)行求解。

4 算例分析

4.1 算例數(shù)據(jù)

RIES調(diào)度架構(gòu)如圖3所示。風(fēng)、光、負(fù)荷日前預(yù)測(cè)出力如圖4所示。系統(tǒng)各機(jī)組主要參數(shù)如表2所示;系統(tǒng)與主網(wǎng)間各時(shí)段電價(jià)信息如表3所示。污染排放數(shù)據(jù)及機(jī)組運(yùn)維單價(jià)數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)［11-12］，其余參數(shù)取值：mgas=2.54元/m3，Lgas=9.7 kW·h/m3，εp=0.35，εg=0.1。

為驗(yàn)證ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行方法的經(jīng)濟(jì)能效優(yōu)勢(shì)，設(shè)置夏季典型日2種對(duì)比場(chǎng)景進(jìn)行仿真分析。

場(chǎng)景一：僅ASHP參與電冷耦合優(yōu)化，無(wú)GHP。

場(chǎng)景二：ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行參與電氣冷能源耦合優(yōu)化。

4.2 算例分析

4.2.1 場(chǎng)景一優(yōu)化調(diào)度結(jié)果

場(chǎng)景一夏季典型日優(yōu)化調(diào)度結(jié)果如圖5所示。在時(shí)段1～時(shí)段6、時(shí)段23～時(shí)段24電價(jià)低谷時(shí)段，系統(tǒng)向主網(wǎng)購(gòu)電電價(jià)低于CCHP度電成本，系統(tǒng)優(yōu)先選擇向主網(wǎng)購(gòu)電，配合風(fēng)電共同滿足各類用電負(fù)荷;在時(shí)段7～時(shí)段22電價(jià)平峰時(shí)段，CCHP度電成本低于系統(tǒng)與主網(wǎng)間購(gòu)電、售電電價(jià)，此時(shí)段內(nèi)CCHP盡量最大化發(fā)電出力，以在電能富余時(shí)段售電獲利，在用電負(fù)荷高峰減少系統(tǒng)外購(gòu)電能。在蓄電池調(diào)度周期內(nèi)進(jìn)行低儲(chǔ)高發(fā)，以提高系統(tǒng)用能的靈活性，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

ASHP憑借電制冷高能效優(yōu)勢(shì)，在時(shí)段1～時(shí)段6、時(shí)段23～時(shí)段24電價(jià)低谷時(shí)段利用低谷電價(jià)進(jìn)行優(yōu)先供冷，從而壓縮CCHP“以冷定電”發(fā)電出力，降低系統(tǒng)燃?xì)庀某杀尽Ｔ跁r(shí)段7～時(shí)段22交互電價(jià)較高時(shí)段，系統(tǒng)冷負(fù)荷由CCHP優(yōu)先供給，ASHP進(jìn)行輔助制冷。

4.2.2 場(chǎng)景二優(yōu)化調(diào)度結(jié)果

場(chǎng)景二夏季典型日優(yōu)化調(diào)度結(jié)果如圖6所示。在時(shí)段1～時(shí)段6、時(shí)段23～時(shí)段24，系統(tǒng)各類用電負(fù)荷需求主要由系統(tǒng)購(gòu)電功率與風(fēng)電功率共同滿足;在時(shí)段7～時(shí)段22（電價(jià)平峰時(shí)段），CCHP最大化發(fā)電出力以降低系統(tǒng)外購(gòu)電能。蓄電池低儲(chǔ)高發(fā)進(jìn)行套利運(yùn)行。

在供冷層面，對(duì)于時(shí)段1～時(shí)段6、時(shí)段23～時(shí)段24時(shí)段低谷電價(jià)優(yōu)勢(shì)，ASHP利用外購(gòu)電能進(jìn)行優(yōu)先供冷，其中在時(shí)段4～時(shí)段6、時(shí)段23內(nèi)，由于系統(tǒng)購(gòu)電功率達(dá)到聯(lián)絡(luò)線傳輸功率上限，僅依靠ASHP無(wú)法滿足系統(tǒng)用冷需求，而GHP單位制冷成本較CCHP更低，因此系統(tǒng)調(diào)度GHP進(jìn)行輔助供冷;在時(shí)段7～時(shí)段22（電價(jià)平峰時(shí)段），系統(tǒng)與主網(wǎng)間購(gòu)售電電價(jià)較高， CCHP優(yōu)先進(jìn)行供冷以最大化燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電出力，此時(shí)段內(nèi)GHP單位制冷成本低于電制冷機(jī)，系統(tǒng)調(diào)用GHP進(jìn)行輔助供冷，其中在時(shí)段14～時(shí)段16，GHP與CCHP均達(dá)到供冷出力上限，但仍存在部分供冷缺額，此時(shí)調(diào)用ASHP進(jìn)行輔助制冷。

4.3 負(fù)荷波動(dòng)性分析

系統(tǒng)各時(shí)段負(fù)荷特性如圖7所示;各場(chǎng)景系統(tǒng)用電負(fù)荷波動(dòng)率如表4所示。分析可知，場(chǎng)景一中ASHP的使用雖然提高了電價(jià)低谷時(shí)段系統(tǒng)用電量，但也增加了電價(jià)平峰時(shí)段用電負(fù)荷，因此系統(tǒng)整體負(fù)荷波動(dòng)率改善效果并不明顯，調(diào)度周期內(nèi)負(fù)荷波動(dòng)率Pload僅降低了2.61%;場(chǎng)景二中通過(guò)ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行，有效利用了ASHP低谷電價(jià)優(yōu)勢(shì)與GHP燃?xì)庵评涮娲┠軆?yōu)勢(shì)，調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)率Pload降低了11.49%，從而驗(yàn)證了ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行的削峰填谷的有效性。

4.4 成本分析

各場(chǎng)景系統(tǒng)成本如表5所示。場(chǎng)景二充分發(fā)揮ASHP電制冷與GHP燃?xì)庵评涞膬r(jià)格優(yōu)勢(shì)，二者協(xié)同優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，調(diào)度周期內(nèi)雖然系統(tǒng)燃料成本有所增加，但系統(tǒng)購(gòu)電成本降低了40.72%，總成本降低了8.78%。

此外，系統(tǒng)環(huán)境成本在調(diào)度周期內(nèi)降低了20.94%，從而驗(yàn)證了ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

4.5 綜合能效分析

各場(chǎng)景系統(tǒng)綜合能效如表6所示。運(yùn)行周期內(nèi)場(chǎng)景二的綜合能源利用效率較場(chǎng)景一提升了9.29%，其主要原因是GHP為氣冷直接耦合供能，避免了電冷供能環(huán)節(jié)中能源二次轉(zhuǎn)換的能量損耗，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)綜合能效的提升。

4.6 能源價(jià)格敏感性分析

由于分時(shí)電價(jià)較為穩(wěn)定，而天然氣價(jià)格受全球能源市場(chǎng)影響波動(dòng)較大，故需考慮天然氣價(jià)格波動(dòng)對(duì)ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行成本的影響。

天然氣價(jià)格波動(dòng)下各場(chǎng)景運(yùn)行成本如圖8所示。由圖8可知，無(wú)論天然氣價(jià)格保持正向波動(dòng)（0～+15%）或者逆向波動(dòng)（-15%～0），場(chǎng)景二的系統(tǒng)運(yùn)行成本均低于場(chǎng)景一，從而驗(yàn)證了ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)。此外，在同等天然氣價(jià)格波動(dòng)率情景下，場(chǎng)景一與場(chǎng)景二的系統(tǒng)運(yùn)行成本偏差值與天然氣價(jià)格波動(dòng)率呈負(fù)相關(guān)特性，即天然氣價(jià)格降低越多，則ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益越明顯。

5 結(jié) 語(yǔ)

為驗(yàn)證多源熱泵協(xié)同運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)節(jié)能優(yōu)勢(shì)，通過(guò)充分挖掘ASHP電制冷價(jià)格優(yōu)勢(shì)與GHP供能替代削峰優(yōu)勢(shì)，提出了ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行的RIES經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。算例仿真得到以下結(jié)論：

（1）ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行能夠充分發(fā)揮二者供能價(jià)格優(yōu)勢(shì)，調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)總成本降低了8.78%。

（2）在電價(jià)低谷時(shí)段利用ASHP運(yùn)行電制冷，在電價(jià)高峰利用GHP進(jìn)行氣冷能源耦合以替代供能，能夠有效平抑系統(tǒng)用電負(fù)荷波動(dòng)，調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)率降低了11.49%。

（3）ASHP與GHP均具有高效的能源轉(zhuǎn)換效率，二者協(xié)同運(yùn)行系統(tǒng)的綜合能源利用效率提升了9.29%。

（4）本文所提方法具有良好的環(huán)保效益，減少了污染排放，調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)環(huán)境成本降低了20.94%。

（5）ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行能夠有效應(yīng)對(duì)天然氣價(jià)格波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，且天然氣價(jià)格降低越多，ASHP-GHP協(xié)同運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益越明顯。

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收稿日期： 20231227