電力系統及發電設備安全控制和仿真國家重點實驗室(清華大學)、山東大學控制工程與科學學院的研究人員陳柏翰、馮偉、孫凱、張承慧、孫波，在2019年第15期《電工技術學報》上撰文，建立以電能、風能、太陽能、天然氣和儲能為能量互補形式的冷熱電聯供系統。

針對并網運行時的營運成本最小化問題及孤島運行時能源利用率最大化問題，提出多能互補系統綜合優化調度策略。根據不同時間尺度的冷熱電聯供系統平衡方程相結合的方法提出多元儲能技術，更新原有的調度計劃，降低系統運行成本，同時通過計算負荷溫度變化率得出系統負荷中的冷熱慣性及冷熱電聯供系統自身能量儲備，與儲能設備共同實現負荷預測、風光功率預測波動抑制以及對階梯電價的適應，構成多元儲能系統。

提出適用于孤島運行時冷熱電聯供系統目標函數以及孤島運行時的優化調度策略，實現孤島運行下能源利用率最大化。最后利用CPLEX數學規劃方法對所提控制策略進行了仿真驗證。

隨著能源危機和全球暖化問題日益嚴峻，提高傳統能源和清潔能源利用效率的研究得到國內外學者們的廣泛關注。以風能、太陽能、地熱能為代表的可再生能源作為環境友好型能源，在電網中所占比例逐漸升高，其自身的隨機性和波動性是制約其發展的主要因素。

燃氣機組(微型燃氣輪機、內燃機等)以消耗天然氣的方式生產電能，運行方式靈活，調峰填谷能力顯著，成為備受關注的發電形式。為了進一步提高燃氣機組的綜合能源利用，研究人員提出了就地消納燃氣機組余熱的發電形式，即熱電聯供(Combined Heat and Power,CHP)以及利用溴化鋰制冷機對系統余熱進行轉換，供應本地冷負荷，如空調、冰庫等的冷熱電聯供系統(Combined Cooling,Heat and Power, CCHP)。

CCHP存在三個相互耦合的能源系統，供應本地冷熱負荷以及部分電負荷，其系統組成通常包括燃氣機組、燃氣鍋爐、熱能回收設備、制冷設備等。CCHP的能源利用率較高，成為消納風能、太陽能的有效方式之一。因此，可再生能源協同CCHP的多能互補運行方式成為研究熱點。

CCHP運行調度計劃的制定關系著系統中風、光、儲、冷、熱等能源形式的消納問題。抑制預測誤差的能力是保證CCHP運行的重要指標之一，通常CCHP配有儲能設備，利用儲能設備對風光功率和負荷的波動進行消納。與電能特點不同，冷能和熱能存在較大的慣性，此特性表明CCHP除自身配置的儲能設備以外，還可以利用其冷熱負荷中的慣性進一步提高系統抑制波動的能力。

近年來，結合風/光/儲的CCHP優化調度問題得到較多關注。

有學者設計了結合CCHP的優化調度方法，對CCHP運行成本做了詳細分類，為辦公樓宇CCHP尋找到低成本、低碳排放的運行方案。

有學者提出了CCHP三級協同優化方法，求解出最優設備選型、最優設備容量和最優運行參數。

有學者構建了CCHP節能減排的懲罰函數，對比了CCHP和分供系統的投資成本。

有學者針對孤島運行方式下的CCHP提出分層實時協調優化的調度方法，確定了園區聯供型CCHP的孤島運行調度方案。

有學者介紹了液化天然氣(Liquefied Natural Gas, LNG)冷能發電模塊和三聯供模塊的系統優化設計方案，對該系統孤島運行進行了測試。

上述關于CCHP優化調度的研究主要集中在兩個方面：①基于系統費用的優化方案與調度方案;②CCHP孤島運行的分層協調控制和案例測試。目前尚未考慮天然氣價格波動，并跟隨階梯氣價進行實時優化調度的系統模型。同時在系統熱冷負荷的定量分析研究上也缺乏相關的文獻。CCHP的并網工況的優化策略得到業內學者的廣泛關注，然而，孤島工況的優化策略還有待進一步研究。

總結前人研究的思路，歸納CCHP的主要研究熱點包括：

1)從可行性方面考慮，CCHP采用響應快速、能源效率高的燃氣機組，結合風、光等波動性較大的能源形式的可行性研究。

2)從經濟性方面考慮，CCHP區別于大型能源網絡的經濟收益性研究。

3)從技術性方面考慮，有效地利用燃氣機組的余熱，進一步提高燃氣機組的綜合能源利用率的調度方法研究。

4)從建設性方面考慮，建設和配置CCHP中的設備，包括設備選型、拓撲結構設計等建設性研究。

本文著重提高CCHP的綜合能源利用率問題，對CCHP中的冷熱負荷的慣性進行計算，提出了多元儲能技術，減小儲能蓄電池的使用，同時建立適合CCHP的優化調度模型，設計能夠實時跟隨階梯氣價波動的優化調度算法，建立適合孤島運行目標函數，使其在全工況下的能源利用率進一步提高。

圖1 冷熱電聯供系統

圖5 考慮預測波動的運行模式

圖8 系統優化調度算法實現流程

總結

本文主要完成成果包括：

1)構建并網運行模式下CCHP運行模式，并建立優化調度模型。在此基礎上分析研究聯合冷熱負荷自身慣性的多元儲能系統，驗證其降低儲能蓄電池消耗的可行性，研究其對階梯氣價的適應能力，設計成本更優的CCHP運行方案。理論研究表明，在系統冷熱負荷溫度差異允許范圍內，多元儲能技術能夠提供系統有效的功率儲備、增加系統抑制預測波動的能力，并使CCHP具備應對階梯氣價的能力。

2)構建CCHP孤島運行能量損耗最小化模型。仿真研究證明，CCHP孤島運行下，能夠利用本地設備進行能量轉換，降低能源消耗，在聯合儲能蓄電池的條件下，提高系統熱、冷、風、光四種能源形式的總能源總利用率。