考虑供热管网储能特性的热电联合优化调度可以有效地提高电力系统的灵活性，并促进可再生能源高比例消纳。电力系统和热力系统隶属于不同的运营主体，需要保护各自隐私。此外，热电联合优化调度在最大化总体效用时，不应该损害个体利益。
随着电力系统和区域热力系统之间的能量转换和信息交互日益频繁，电-热综合能源系统正快速发展。在寒冷的冬季，中国北方地区主要由大型热电联产（Combined Heat and Power Unit, CHP） 机组集中给用户供热。目前，大部分CHP机组采用“以热定电”的模式，即电出力取决于热负荷。在满足热需求的同时，CHP机组产生了富余电量，限制了风电的消纳空间。缓解弃风现象的关键是提高电力系统的灵活性。此外，电力系统和热力系统隶属于不同的运营主体，需要保护各自隐私并实现激励相容。本文解决电-热综合能源系统优化调度中隐私保护和激励相容问题。首先，热力系统与电力系统依次计算最优热流和最优功率分配，分别得到各自独立调度的运行总成本。然后，利用Benders分解计算电-热综合能源系统最优能流，相应得出电-热综合能源系统运行总成本。电力控制中心和热力控制中心只需要交互少量边界耦合信息，充分保护了不同主体的隐私。此外，本文严格证明了相对热电单独优化调度，热电联合优化调度使电力系统运行总成本减少，同时使热力系统运行总成本增多。最后，通过纳什议价分配合作剩余，使电力系统和热力系统运行总成本均减少，即实现激励相容。基于Benders分解的热电联合优化调度可以通过图1所示算法框图求解。电网向热网传递CHP机组热出力，热网向电网反馈Benders割平面，保护了不同主体隐私。
图1 基于Benders分解的热电联合优化调度框图
图3是不同调度方式下6节点电力系统-6节点热力系统的弃风量。电力系统单独优化调度时，弃风量为299.41MW。热电联合优化调度弃风量为76.26MW。电力系统单独优化调度时，CHP机组热出力已经由热力系统最优热流计算确定了。CHP机组热出力不可以调节。热电联合优化调度充分考虑供热管网储能特性，松弛了CHP机组电出力和热出力的强耦合关系，提高了电力系统灵活性，为风电提供消纳空间，减少弃风223.15MW，相应弃风成本也减少了。
图4是6节点电力系统-6节点热力系统的算法收敛曲线。
图4 6节点电力系统-6节点热力系统的算法收敛曲线表1比较了6节点电力系统-6节点热力系统在不同模式下的成本。相对热电单独优化调度，热电联合优化调度后电力系统总成本减少了$10809，热力系统总成本增多了$787，电-热综合能源系统总成本之和减少了$10022。
表1 6节点电力系统-6节点热力系统在不同模式下的成本比较换句话说，热力系统和电力系统合作产生了$10022剩余，但是没有实现激励相容。基于纳什议价分配合作剩余，电力系统总成本变为$77094，相对单独优化调度减少了$5011；热力系统总成本变为$21906，相对单独优化调度减少了$5011。基于纳什议价的热电联合优化调度，电力系统总成本和热力系统总成本都是减少的，实现了激励相容。本文提出一种基于Benders分解和纳什议价的分布式热电联合优化调度方法。首先，热力系统与电力系统依次计算最优热流和最优功率分配。然后，采用Benders分解将热电联合优化调度分为电力系统调度主问题和热力系统调度子问题，迭代求解，保护隐私。热电联合优化调度最大化总体效用，不应忽视热力系统个体理性。通过纳什议价分配合作剩余，基本思想是电力系统给予热力系统相应的转移支付，鼓励热力系统充分利用供热管网储能特性。通过两个规模大小不同算例的仿真结果验证了本文所提方法可以保护不同主体隐私，促进可再生能源消纳，实现激励相容。
朱继忠教授所带领的华南理工大学“综合智慧能源系统优化运行与控制”（Integrated Smart Energy System Optimal Operation and Control，ISESOOC，爱思科）科研团队，包括国家海外高层次引进人才 、广州市创新领军人才、广州市高层次杰出人才、深圳市孔雀计划海外人才，深圳市南山区领航人才等，入选全球2%顶尖科学家终身成就榜单1人，目前在读博士研究生 8 人、在读硕士生20余人。 团队成员近年来在综合能源系统优化与控制、能量管理系统、智能电网、综合能源系统P2P能量交易、智能电网分布式控制和信息物理系统网络安全、电力系统优化调度以及电力市场等研究领域取得了丰硕的成果，先后承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金，以及其他国家级、省部级课题及电网网公司科技项目等课题 20 多项，授权中国专利22项、美国专利1项，出版英文专著4部，中文专著2部，在知名国际期刊和学术会议上发表论文80余篇，含ESI高被引论文2篇。研究成果获多项国家教委省部级奖，包括教育部自然科学奖一等奖1项，中国南方电网科技进步特等奖1项、三等奖1项，南方电网科学研究院科技进步一等奖1项。- 朱继忠，博士，华南理工大学电力学院教授、博士生导师，国家海外高层次引进人才，IEEE/IET/CSEE/AAIA/ALSTOM Fellow，主要研究方向为电力系统运行与控制、综合智慧能源系统协调运行、电力市场、智能电网与微电网等。
- 朱浩昊，博士研究生，华南理工大学电力学院，主要研究方向为综合能源系统分布式优化调度。
本工作成果发表在2023年第21期《电工技术学报》，论文标题为“基于Benders分解和纳什议价的分布式热电联合优化调度”。本课题得到国家自然科学基金面上项目和新型电力系统运行与控制全国重点实验室开放基金课题的支持。 |
