电力系统保护与控制 第 49 卷 第 23 期 2021 年 12 月 1 日 Power System Protection and Control Vol.49 No.23 Dec. 1, 2021 DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.202116 计及用热舒适度弹性的热电联合优化调度 董彧彤 1，王艳松 1，倪承波 2，衣京波 3 (1.中国石油大学(华东)新能源学院，山东 青岛 266580；2.胜利石油管理局，山东 东营 257000； 3.胜利石油管理局胜利发电厂，山东 东营 257087) 摘要：冬季采暖期热电联产机组为满足供热需求，强迫电出力导致机组调峰能力受限。为提高热电联供系统调峰 能力，促进可再生能源的消纳，首先建立热负荷供能设备的运行特性模型，在负荷侧通过引入室外气象综合温度， 建立了考虑用热舒适度的热负荷模型。以总煤耗量最小、最大限度消纳光伏为目标，建立考虑用热舒适度弹性的 热电联合优化调度模型，并通过仿真验证其有效性。结果表明，用户在用热舒适度弹性范围内通过热舒适度下调， 为光伏出力高峰阶段提供弹性上网空间，可以有效提高光伏发电的消纳水平，同时降低了燃料成本。而配合高效 率的热源设备时，考虑室外气象综合温度的热负荷调节方式进行消峰效果不明显。 关键词：热电联合调度；用热舒适度；二级热网辅助热源；空气热泵 Dispatch of a combined heat-power system considering elasticity with thermal comfort DONG Yutong1, WANG Yansong1, NI Chengbo2, YI Jingbo3 (1. College of New Energy, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China; 2. Shengli Petroleum Bureau, Dongying 257000, China; 3. Shengli Power Plant, Shengli Petroleum Administration Bureau, Dongying 257087, China) Abstract: In the winter heating period, the forced power output of cogeneration units is at a high level to meet heating demand. This leads to the limited peak regulation capacity of units. To improve the peak regulation ability of the cogeneration system and promote the absorption of renewable energy, the meteorological factors affecting the thermal comfort level are considered, and an operational strategy of exploiting the elasticity of the thermal load side is formulated. First, the operating characteristic model of thermal energy supply equipment is established. In the load side, the thermal load model considering thermal comfort is established by introducing the outdoor meteorological temperature. Then, aiming at minimizing total coal consumption and maximizing photovoltaic consumption, a combined optimization scheduling model considering thermal comfort elasticity is established. Its effectiveness is verified by simulation. The results show that by reducing the thermal comfort level within the elastic range of the user's thermal comfort level, flexible Internet space can be provided for the peak stage of photovoltaic output. This can effectively improve the consumption level of photovoltaic power generation and reduce the fuel cost. However, when combined with high efficiency heat source equipment, the effect of heat load regulation considering the comprehensive outdoor meteorological temperature on peak reduction is not obvious. This work is supported by the Key Research and Development Program of Shandong Province (No. 2019GGX103045). Key words: combined heat-electricity scheduling; hot comfort; auxiliary heat source of secondary heat network; air source heat pump 0 引言 我国三北地区冬季供暖时间长、采暖热负荷需 求大，采暖期间热电联产机组出力需优先满足用户 基金项目：山东省重点研发计划项目资助(2019GGX103045) 热负荷需求，机组强迫电出力始终处于较高水平。 供热需求，是机组工作在“以热定电”运行模式的 首要原因[1-2]。热电机组具有热电耦合特性，为满足 供热需求电出力范围变窄， 导致机组调峰能力受限， 显著限制了系统消纳可再生能源的能力[3-4]。热电联 产机组、储热装置、电锅炉以及热泵等耦合元件加 董彧彤，等 计及用热舒适度弹性的热电联合优化调度 深了电力系统与供热系统之间的耦合，通过系统内 热能和电能之间的协调管理与优化调度，可以在 降低系统运行成本的同时，实现可再生能源的充分 消纳[5-6]。 国内集中供暖系统在室内并没有自主调节手 段，建筑物的热动态直接受热源和热网的调节，以 及受室外气象条件变化的影响。计及供热环节对多 能系统调度的影响，文献[7]考虑了热网的动态特 性，仿真实现电热供需曲线的平移匹配，提高了可 再生能源消纳水平。文献[8-9]建立了考虑换热站的 灵活性、管道和建筑物蓄热的供热模型，仿真获取 了更加准确的优化调度结果，促进风电的消纳。文 献[10]结合了生物质燃烧供能与 CHP 系统，仿真证 明了生物质能的应用提高了 CHP 系统的综合用能 效率。采暖热用户广泛分布且可调节容量丰富，针 对电、热等负荷柔性特征和可调度价值，结合负荷 在多能系统中形成的耦合关系，可有效解耦热电机 组“以热定电”的刚性约束，进而提升热电机组的 调节灵活性，降低系统运行成本。文献[11]建立了 用于评估室内温度变化的建筑物热力学模型，通过 协调需求响应提高风电利用率。文献[12]针对电气 热负荷柔性特征和可调度价值，仿真验证所建立多 目标优化调度模型可提高能源利用效率。文献[13] 通过博弈协调供热负荷的需求响应，仿真表明所提 方法可有效促进风电消纳，减少碳排放量。文献[14] 在需求侧对负荷类型进行分类，构建包含热负荷供 能方式响应的供需双侧协同优化模型，仿真表明模 型能有效提高系统供能的灵活性以及运行经济性。 文献[15]提出了在热负荷侧综合利用采暖建筑用户 热负荷弹性、与分时电价需求侧响应协同的调度方 法，仿真证明了能源利用率和系统经济性的提高。 综合来看，当前在热电联合调度系统中对柔性 热负荷的利用，主要利用了电热系统的耦合关系， 考虑了热源和热网的调节作用，忽视了室外气象条 件的影响。事实上，将热负荷作为柔性负荷参与热 电调度的过程中，为了保证采暖用户的热舒适，建 立计及综合气象因素的用热舒适度标准是必要的。 因此，本文针对具有季节性供热需求和大规模 光伏发电消纳需求的区域热电联供系统调度问题展 开研究。首先分析了采暖热负荷波动对热电机组运 行出力的影响，建立了供能设备的出力模型；然后 考虑了影响热负荷的气象条件因素，引入了室外气 象综合温度并以其作为热负荷计算中室外温度的修 正值，求得了考虑用热舒适度的热负荷曲线；随后 - 27 - 分析系统电负荷和热负荷的用能需求，建立热电联 合优化调度模型，以系统全局能耗成本最小为目标 进行求解。最后应用 Matlab 进行仿真计算，分析不 同场景下用热舒适度对系统调度结果的影响。 1 热电机组的热电耦合特性 在冬季，自备热电厂在承担电负荷的同时，还 需要满足集中采暖的热负荷需求，汽轮机工作在抽 凝状态。由于供热量需求和汽轮机低压缸最小流量 约束，使得高压缸中蒸汽量下限升高，因此汽轮机 的输出存在一定的热电耦合约束[16]。本节结合热电 联产机组的电热特性对考虑供热负荷弹性前后的电 热运行点变化进行分析。 热电机组的运行应满足热、电技术约束，包括 热出力上下限约束。 0 ≤ Qn.h.t ≤ Qn.h (1) 式中： Qn.h.t 为 t 时段机组 n 的热出力； Q n.h 为机组 n 的热出力上限。 热电机组热功率的表达式为 (2) Qn.h.t  Dn,t H /1000 式中： Dn,t 为 t 时段机组 n 的抽汽量； H 为蒸汽 焓降。 计及低压缸最小流量约束的热电机组电出力下 限为 D P n.d.t  d.n  P n  bn Qn.h.t (3) De.n.0 式中： De.n.0 、 Dd.n 分别为机组 n 的额定进汽容量与 低压缸