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近年來，能源危機與環(huán)境污染問題日益突出，如何實現(xiàn)對各類能源的高效利用、清潔轉(zhuǎn)換、互補融合成為近年來國內(nèi)外學者研究的熱點。綜合能源系統(tǒng)（Integrated Energy System, IES）集電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)等于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)對多種能源的綜合管理和經(jīng)濟調(diào)度，是提高能源利用率的有效途徑。

隨著各能源系統(tǒng)之間的耦合交互程度不斷加深，單個系統(tǒng)的運行受與之耦合系統(tǒng)運行狀態(tài)的約束；同時，耦合裝置也會對各系統(tǒng)的能量流產(chǎn)生較大影響。因此，“能源互聯(lián)網(wǎng)”背景下的IES安全經(jīng)濟運行是亟需研究的重要課題。

作為最優(yōu)潮流的延伸，最優(yōu)能量流（Optimal Energy Flow, OEF）是用于分析IES安全經(jīng)濟運行的有效工具。目前，已有大量文獻對IES的OEF問題展開研究，主要包含考慮不同能源系統(tǒng)時間常數(shù)差異性的動態(tài)OEF、OEF的新型求解方法以及多時間尺度OEF等，此類研究在新能源消納、IES建模與協(xié)調(diào)運行、能源系統(tǒng)的交互影響方面均具有重要的指導意義。

但是，上述研究均忽略了IES中的不確定性因素。而現(xiàn)實中，電/氣/熱負荷的隨機性、間歇性電源的波動性等均會對IES的運行產(chǎn)生影響。此外，需求響應資源的高滲透率接入以及電力市場機制的不斷完善更加劇了IES的不確定性。因此，近年來考慮IES不確定性因素的概率最優(yōu)能量流（Probabilistic Optimal Energy Flow, POEF）受到了學術(shù)界的高度重視。

POEF是一種隨機優(yōu)化方法，它可以根據(jù)不確定性因素的概率信息，求取狀態(tài)變量和控制變量的概率分布情況，為定量分析、評估不確定性因素對IES的影響奠定了基礎(chǔ)。文獻[14]提出了一種計及相關(guān)性的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)POEF，分析了不同負荷波動水平及相關(guān)性對IES運行特性的影響。

文獻[15]考慮了電力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)時間常數(shù)的差異性，提出了一種多時間尺度POEF。文獻[16]考慮了風電的不確定性，進而提出了一種IES魯棒優(yōu)化模型，用于分析電-氣系統(tǒng)的相互依賴性。文獻[14-16]均研究了由電力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)組成的IES的POEF，均未考慮熱力系統(tǒng)對IES運行狀態(tài)的影響。

實際上，隨著熱電聯(lián)供機組、燃氣鍋爐等多能源耦合設(shè)備滲透率的逐步提升，熱力系統(tǒng)與電力/天然氣系統(tǒng)之間的交互影響已不可忽略。而目前，在含有熱網(wǎng)的IES能量流分析領(lǐng)域，有文獻研究了含熱力系統(tǒng)的確定性能量流和概率能量流、含熱網(wǎng)的IES確定性能量流優(yōu)化等課題，而未見含電-氣-熱能量系統(tǒng)POEF相關(guān)研究。

根據(jù)上述分析及存在的問題，本文同時考慮IES中的不確定性及相關(guān)性因素，建立了計及相關(guān)性電-氣-熱IES的POEF模型。首先，以系統(tǒng)運行經(jīng)濟性為目標，綜合考慮電力、天然氣、熱力系統(tǒng)運行約束及能量耦合約束，建立IES的OEF模型；通過計及不確定性及相關(guān)性因素，建立電-氣-熱IES的POEF模型，并對模型進行求解。通過算例分析，結(jié)果驗證了本文所建立模型的可行性與有效性。

圖7 電-氣-熱綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

結(jié)論

本文提出了一種計及相關(guān)性的電-氣-熱IES概率最優(yōu)能量流計算方法。通過理論推導和仿真分析，可以得出以下結(jié)論：

1）IES的聯(lián)合運行可以起到減輕電力線路擁塞的關(guān)鍵作用，通過將電力系統(tǒng)中的風能外送至天然氣系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)，大大提高了風電消納率。

2）隨著風速的相關(guān)性由負變正、由弱變強，IES的運行成本期望值越來越大，因此在電-氣-熱IES的概率與優(yōu)化分析中必須考慮隨機因素的相關(guān)性。

3）IES中不同能源通過耦合的方式對電/氣/熱負荷供能，大大提高了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，隨著不同能源系統(tǒng)之間的耦合程度不斷增強，能源交換手段的逐漸豐富，IES的安全經(jīng)濟運行將得到更加有力的保障。