摘要
随着科技的发展和社会的进步，各国对于能源的需求量日益上升。一次化石能源储量越来越少，而且以煤炭为主的传统能源的使用会排放出大量污染物，也给环境保护等方面带来了许多的问题。在我国“双碳”目标的背景下，优化我国整体能源结构，通过发展可再生能源来取代常规的一次化石能源，对于实现国家的可持续发展有着重要的作用。综合能源系统(IntegratedEnergySystem,IES)的问世，为解决以上问题提供了新的思路，有效地提高能源利用率，增加新能源发电的上网空间。IES是一个以电网为中心、由电网、燃气、热等网络组成的多能源体系，它在能源综合利用、资源配置和信息共享等领域有着广泛的应用前景。多个能量协作和分布式供电是IES的重要特征，多个能量的耦合为消费者提供了更方便、更灵活、更高效的能源使用方式，分布式供电使得以往传统的电力供应和需求的角色不再是固定的。与传统的单一能源网相比，IES具有低能耗、低排放、低能耗的优点，是今后的电力网发展方向。本文研究内容如下： 1）由于夜晚负荷需求较小，而风电夜晚出力较大，这样会有大规模弃风的情况出现，造成能源浪费。为解决该问题，本文提出一种计及氢能耦合利用的IES架构，能量供给侧设备为风电机组、光伏机组、上级电网、上级气网、输出状态的储能装置；能量耦合单元设备为热电联产机组、氢能耦合单元、燃气锅炉；能量储存部分包括处于储气状态储氢罐、处于储电状态的蓄电池和处于储热状态的蓄热罐。通过多种耦合设备实现多种能源之间的相互转化，使IES上实现了多种能源的多级利用，如电能、氢气、天然气，以满足不同的能源消费需要。 2）针对IES中不同能源管理时间尺度差异性以及可再生能源和负荷的不确定性，提出了一种计及多重需求响应的电-热-氢IES多时间尺度低碳调度策略。首先，考虑到需求侧资源在不同时间尺度下的响应特性不同，建立了日前-日内多重需求响应模型。其次，为充分发挥氢能的低碳清洁特性，引入了以电解槽、氢燃料电池、甲烷反应器及储氢罐组成的氢能耦合系统，构建了电-热-氢IES优化调度模型；然后，在日前调度中以购能成本、阶梯型碳交易成本和运维成本之和最低为目标，构建了基于日前需求响应的电-热-氢IES日前低碳调度模型；日内调度考虑到电-热能在不同时间尺度下的响应差异性，建立了基于日内需求响应的双时间尺度的滚动优化调度模型，平抑功率波动。 3）针对多区域IES合作运行的复杂性，提出一种基于合作博弈的概念建立多IES电热共享低碳运行模型，考虑到各系统之间的相互交易，提出了一种基于合作博弈的多IES参与的日前能源交易的电热共享低碳运行策略。同时，为了保证IES的内部信息保密，本文提出了一种基于分布式求解的交替方向乘子法（ADMM），分割耦合变量，将合作博弈问题，分解为子问题P1和子问题P2，以实现总体系统联盟社会成本最小和各子系统支付效益最大，在确保各个IES运营商的内部操作数据隐私的基础上，高效、快捷地解决了这些问题，给出了一种最优的运行策略，以减少多IES联盟的运行总费用。
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