面向多元电力辅助服务的工业综合能源系统灵活性评估与提升.pdfVIP

摘要

可再生能源发电在电力系统中的渗透率不断提高，其波动性与随机性所带来

的影响也不断加深，电力系统迫切需要更多灵活性资源，以应对日益提升的可再

生能源接入比例导致的电力系统运行不确定性。工业综合能源系统(Industrial

IntegratedEnergySystem,IIES)可通过参与电力辅助服务为电力系统提供灵活性，

而IIES的供能系统存在多能源耦合，并与生产过程耦合，其灵活性调控机理非

常复杂。在上述两种耦合机制的影响下，考虑系统中的不确定性，实现IIES灵

活性的准确评估与提升面临诸多挑战。为此，本文从面向电力辅助服务需求的角

度，针对IIES灵活性评估及提升策略展开研究，主要工作包括：

1)构建了面向多元电力辅助服务的IIES灵活性评估模型。首先分析多种电

力辅助服务的共性需求，选取IIES灵活性评估指标，给出一般性的IIES灵活性

刻画方法。其次根据过程机理建立IIES关键设备及多能源网络模型，进而构建

IIES灵活性评估模型，刻画面向多元电力辅助服务的IIES的灵活性边界。最后，

利用实际造纸厂算例，验证了所提模型的有效性。

2)在灵活性评估模型的基础上，提出了考虑过程焓变不确定性的IIES灵活

性评估模型。针对IIES中的蒸汽焓值不确定参数，构建基于狄利克雷过程混合

模型的不确定集，将其引入灵活性评估模型中，构建IIES灵活性评估鲁棒优化

模型，并根据强对偶原理进行变换求解。最后结合实际造纸厂算例，分析了不确

定性对灵活性的影响。此外，结果表明本文方法保守性相对较低，在保证评估方

案鲁棒性的同时，提高了IIES参与辅助服务的经济性。

3)考虑蒸汽系统运行约束对IIES灵活性的限制，及提供灵活性时的蒸汽供

需失衡问题，研究了采用蒸汽蓄热器的IIES灵活性提升策略。首先，介绍蒸汽

蓄热器的工作原理及含蒸汽蓄热器的IIES结构，接着提出蒸汽蓄热器的灵活性

提升经济效益模型和基于净现值法的容量配置方法，最后利用造纸厂算例验证了

本文提出的策略对IIES灵活性的提升效果。

关键词：工业综合能源系统，电力系统灵活性，电力辅助服务，狄利克雷过程

混合模型，鲁棒优化，蒸汽蓄热器

ABSTRACT

Alongwiththeincreasingpenetrationofrenewableenergyinthepowergrid,the

impactofvolatilityandrandomnessofrenewableenergyisdeepening.Exploitingmore

flexibilityresourcesisanurgentpriorityforthepowergrid,soastomitigatethe

operationaluncertaintiescausedbyrenewableenergy.IndustrialIntegratedEnergy

System(IIES)canprovideflexibilitytothepowergridviapowerancillaryservices.

However,differentenergysystemsaswellasindustrialprocessesoftheIIESaretightly

coupled,leadingtocomplexmechanisminflexibilityanalysis.Duethecomplex

mechanismsandtheuncertaintiesintheIIES,itisverychallengingandcomplicatedto

evaluateandenhancetheflexibilityoftheIIES.Toaddressthesechallenges,thispaper

investigatestheevaluationandenhancementoftheIIESfromthe