东北电力大学研究生，东北电力大学研究生院
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随着现代综合能源系统中分布式电源渗透率的提高，储能、可控负荷等灵活性资源在参与调控的同时开始承担降低碳排放的职能。为充分计及各类资源的低碳调整特性，发挥其优势互补能力，东北电力大学现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室研究人员基于城市能源网架电热耦合建立了一种可控负荷及电-热储能调控模型，并通过碳流拓扑直观显示典型场景中电-热碳排放流动过程，有效提升了电热综合能源系统低碳运行能力。
研究背景
现代能源系统向清洁低碳体系转型已成为主流趋势，而以电-热耦合为核心的综合能源系统（Integrated Energy Systems，IES）为促进可再生能源消纳和提高能源效率提供了有效途径。随着分布式电源渗透率的不断提高，IES中储能、可控负荷等 “供需”双属性灵活性资源互动程度加深，调度职能进一步扩展，IES运行变得更为复杂。在当前IES低碳运行体系下，如何基于现有城市架构优化IES中各类资源，以实现高效节能减排目标，仍需深入研究。
论文所解决的问题及意义
随着电网中友好负荷比例的增加及需求侧管理理念的普及，可控负荷也逐渐成为能够参与IES运行优化的可控资源。但对于IES内部供需互动需求，尚未完全发挥荷储侧资源协同优势，且对可控负荷响应机制、形式及限制考虑不足，未能实现对调控资源的“因类施策”。
此外，现有针对储、荷侧资源的优化模型对于多能源系统低碳运行的研究集中于一次能源消耗产生的碳排放，缺乏对碳排放在IES中流动、转移的分析。如何充分计及IES中各类资源的运行控制特性，发挥其优势互补能力，从而制定适应IES各场景下的协调运行方案，对于现代综合能源系统低碳化运行具有重要意义。
论文方法及创新点
（1）研究人员以区域IES为研究对象，分析区域电网中大型工业负荷的调控机制，建立了电-热耦合系统中热电联产机组、电制热设备、电/热储能及可控负荷模型。进而对低碳环境下电热互联IES中各类资源运行进行优化，选用经济运行成本、风光消纳率及碳排放量为目标函数构建低碳环境协调运行模型。
以IEEE33节点配电网和45节点热网耦合能源系统为例，仿真分析不同场景中各类资源响应情况，通过评价IES的综合效益，分析各类资源协同作用下IES在经济环保等多方面上的表现，并构建其碳排放拓扑网络，为低碳环境下IES的优化运行提供辅助决策。
图1 优化运行求解流程
图2 电网典型场景24h源荷储优化结果
图3 热网典型场景24h源荷储优化结果
图4 典型场景中工业可控负荷调整情况
（2）在IES能量传输和转换过程中，嵌入在各种能源中的碳依附于IES能量传输进行转移。随着能量形式的转换，碳排放也随之在不同能源系统中流动。由于网络中各节点所消耗的能量可以追溯到各个电源，相应的碳排放也可以追溯到各电源。为对灵活性资源参与IES运行后对IES碳排放改善效果做进一步分析，研究人员基于已有研究建立了碳排放流动拓扑模型，直观呈现碳排放从能源产生和转化方累积到需求方的过程。
图5 典型时段电网碳排放流动
图6 典型时段热网碳排放流动
结论
（1）灵活性资源模型可以描述储能的调整特性及行业特色化的工业负荷的调控特性，能够根据资源类型进行因类施策。
（2）通过优化灵活性资源运行方案，提升了IES在经济性、风光消纳率及碳排放方面的效益，并在可行域内提供多样化的优化方案，所采用的碳排放流动模型可对运行周期内IES碳排放流动过程进行准确描述。
（3）通过灵活性资源调控，可促进低碳能源在IES内的渗透，减少高耗能能源的使用，利于实现低碳环境下系统的经济运行。
团队介绍
东北电力大学“现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术” 重点实验室定位于面向大规模电力系统安全、可再生能源规模化开发利用等国家能源战略重大需求，开展大规模电力系统安全经济运行基础理论与工程应用、大规模可再生能源发电与电力系统交互作用等研究，已成为在能源互联网、智能电网、储能、综合能源系统协调优化控制领域的理论与应用技术研发中心、高端人才培养基地和国际学术交流中心，主要成果达到国际先进水平，在国内外产生重要影响力。
该工作发表论文的第一作者为东北电力大学潘超副教授，近年来获得吉林省科学技术进步二等奖、中国“互联网+”创新创业大赛三等奖。主持国家自然科学基金项目1项、国家科技部国际合作项目1项、省部级项目2项、国家电网公司科技应用项目10余项。研究成果获授权发明/实用新型专利3项，以第一/通讯作者在国内外高水平期刊及学术会议上发表研究论文40余篇，其中SCI/EI收录30余篇。主要从事电气设备数字孪生、电力系统稳定、新能源并网优化方面的研究。
本文编自2023年第6期《电工技术学报》，论文标题为“灵活性资源参与的电热综合能源系统低碳优化”。本工作得到国家重点研发计划重点专项和常规水电站结合抽蓄、光伏、风电、电化学储能联合开发研究资助的支持。
引用本文
潘超, 范宫博, 王锦鹏, 徐晓东, 孟涛. 灵活性资源参与的电热综合能源系统低碳优化[J]. 电工技术学报, 2023, 38(6): 1633-1647. Pan Chao, Fan Gongbo, Wang Jinpeng, Xu Xiaodong, Meng Tao. Low-Carbon Optimization of Electric and Heating Integrated Energy System with Flexible Resource Participation. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(6): 1633-1647.
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