计及网荷热惯性的综合能源系统低碳优化调度

袁志鑫; 韩丽; 王晓静; 景惠甜; 蔡东阳

doi:10.7500/AEPS20250407007

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计及网荷热惯性的综合能源系统低碳优化调度

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 计及网荷热惯性的综合能源系统低碳优化调度
- Low-carbon Optimal Scheduling of Integrated Energy System Considering Thermal Inertia of Grid and Load
- 电力系统自动化 2025年49卷第22期页码：145-155
- 作者机构：
  
  1.中国矿业大学电气工程学院，江苏省徐州市 221116
  2.南方电网科学研究院有限责任公司，广东省广州市 510663
- 作者简介：
  
  袁志鑫(1998—)，男，博士研究生，主要研究方向：综合能源系统优化调度。E-mail：2659020678@qq.com
  韩丽(1977—)，女，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：可再生能源发电技术以及电网优化调度等。E-mail：dannyli717@163.com
  王晓静(1999—)，女，博士研究生，主要研究方向：电网优化调度。E-mail：dinger212@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(62076243);中国南方电网有限责任公司“数字电网”开放基金项目(DPGCSG-2024-KF-01)
- DOI：10.7500/AEPS20250407007
  中图分类号：
- 收稿：2025-04-07，
  
  修回：2025-07-16，
  
  网络首发：2025-08-18，
  
  纸质出版：2025-11-25
- 稿件说明：
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袁志鑫,韩丽,王晓静等.计及网荷热惯性的综合能源系统低碳优化调度[J].电力系统自动化,2025,49(22):145-155.

YUAN Zhixin,HAN Li,WANG Xiaojing,et al.Low-carbon Optimal Scheduling of Integrated Energy System Considering Thermal Inertia of Grid and Load[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(22):145-155.
袁志鑫,韩丽,王晓静等.计及网荷热惯性的综合能源系统低碳优化调度[J].电力系统自动化,2025,49(22):145-155. DOI： 10.7500/AEPS20250407007.

YUAN Zhixin,HAN Li,WANG Xiaojing,et al.Low-carbon Optimal Scheduling of Integrated Energy System Considering Thermal Inertia of Grid and Load[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(22):145-155. DOI： 10.7500/AEPS20250407007.

摘要

针对热网传输延迟引发的用户低碳响应时滞问题，提出一种计及网荷热惯性的综合能源系统低碳优化调度方法。首先，基于流量分段法构建热网热惯性与碳流模型，并设计基于负荷碳势分布的碳价定价机制，以解决热网传导碳信号时的延迟问题；其次，结合热舒适度理论建立建筑热惯性模型，揭示用户热负荷调整与室内温度变化的动态关系，据此构建时滞依赖的热需求价格弹性模型；最后，建立以系统运营商运行成本和用户用能成本最优为目标的双层优化模型，通过售能价格和负荷响应协同迭代求解。仿真结果表明，所提方法可提升用户热负荷曲线与新能源出力峰谷的时空匹配度，实现新能源消纳与用户用能体验的兼顾。

Abstract

To address the low-carbon response delay of users caused by the transmission delay of the heating network

a low-carbon optimal scheduling method for the integrated energy system considering thermal inertia of grid and load is proposed. Firstly

the thermal inertia model and carbon flow model of the heating network are constructed based on the flow segmentation method

and the carbon pricing mechanism based on the load carbon potential distribution is designed to solve the delay problem of carbon signal transmission in the heating network. Secondly

a building thermal inertia model is established by combining the thermal comfort theory to reveal the dynamic relationship between the user thermal load adjustment and the room temperature change

and a model of heat demand price elasticity with time lag dependence is constructed accordingly. Finally

a bi-level optimization model with the objective of minimizing the operating cost of system operators and the energy cost of users is established

which is solved through coordinated iteration of the energy pricing and load response. The simulation results show that the proposed method can improve the spatiotemporal alignment between the thermal load curves of users and the peaks and valleys of renewable energy output

achieving a balance between renewable energy accommodation and user energy consumption experience.

关键词

Keywords

references

中共中央国务院 . 关于印发《加快构建碳排放双控制度体系工作方案》的通知［EB/OL］. ［ 2024-09-06 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/content/202408/content_6966079.htm https://www.gov.cn/zhengce/content/202408/content_6966079.htm .

The State Council of the People’s Republic of China . Notice on issuing the “Work Plan to Accelerate Building a Dual Control System for Carbon Emissions” ［EB/OL］. ［ 2024-09-06 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/content/202408/content_6966079.htm https://www.gov.cn/zhengce/content/202408/content_6966079.htm .

刘英培，黄寅峰 . 考虑碳排权供求关系的多区域综合能源系统联合优化运行［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 13 ）： 3459 - 3472 .

LIU Yingpei ， HUANG Yinfeng . Joint optimal operation of multi-regional integrated energy system considering the supply and demand of carbon emission rights ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 13 ）： 3459 - 3472 .

贠韫韵，张大海，王小君，等 . 考虑光热电站及富氧燃烧捕集技术的电热气综合能源系统低碳运行优化［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 24 ）： 6709 - 6726 .

YUN Yunyun ， ZHANG Dahai ， WANG Xiaojun ， et al . Low-carbon operational optimization of integrated electricity-heat-gas energy system considering concentrating solar power plant and oxygen-enriched combustion capture technology ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 24 ）： 6709 - 6726 .

张玉敏，孙鹏凯，孟祥剑，等 . 基于碳势-能源价格双响应的综合能源系统低碳经济调度［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 9 ）： 21 - 33 .

ZHANG Yumin ， SUN Pengkai ， MENG Xiangjian ， et al . Low-carbon economic dispatching of integrated energy system based on dual response of carbon intensity and energy price ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 9 ）： 21 - 33 .

李姚旺，张宁，杜尔顺，等 . 基于碳排放流的电力系统低碳需求响应机制研究及效益分析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2830 - 2842 .

LI Yaowang ， ZHANG Ning ， DU Ershun ， et al . Mechanism study and benefit analysis on power system low carbon demand response based on carbon emission flow ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2830 - 2842 .

向恩民，高红均，刘畅，等 . 基于供需双侧博弈互动的园区多能运营商能源交易优化决策［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 8 ）： 2744 - 2757 .

XIANG Enmin ， GAO Hongjun ， LIU Chang ， et al . Optimal decision of energy trading for community multi-energy operator based on game interaction with supply and demand sides ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 8 ）： 2744 - 2757 .

李伊竹林，韩肖清，李廷钧，等 . 基于动态电-碳需求响应的综合能源系统日前多元低碳交易方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 12 ）： 24 - 35 .

LI Yizhulin ， HAN Xiaoqing ， LI Tingjun ， et al . Multifaceted day-ahead low-carbon trading method for integrated energy systems based on dynamic electricity-carbon demand response ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 12 ）： 24 - 35 .

WANG Q ， MIAO C R ， TANG Y . Power shortage support strategies considering unified gas-thermal inertia in an integrated energy system ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 328 ： 120229 .

MIAO C R ， WANG Q ， TANG Y . A gas-thermal inertia-based frequency response strategy considering the suppression of a second frequency dip in an integrated energy system ［J］. Energy ， 2023 ， 263 ： 125880 .

WANG X J ， HAN L ， WANG C ， et al . A time-scale adaptive dispatching strategy considering the matching of time characteristics and dispatching periods of the integrated energy system ［J］. Energy ， 2023 ， 267 ： 126584 .

仪忠凯，李志民 . 计及热网储热和供热区域热惯性的热电联合调度策略［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 5 ）： 1378 - 1384 .

YI Zhongkai ， LI Zhimin . Combined heat and power dispatching strategy considering heat storage characteristics of heating network and thermal inertia in heating area ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 5 ）： 1378 - 1384 .

韩丽，喻洪波，王冲，等 . 考虑建筑物热惯性的综合能源系统主从博弈协调优化策略［J］. 太阳能学报， 2024 ， 45 （ 9 ）： 197 - 209 .

HAN Li ， YU Hongbo ， WANG Chong ， et al . Coordinated optimization strategy of Stackelberg game for integrated energy systems considering thermal inertia of buildings ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2024 ， 45 （ 9 ）： 197 - 209 .

武姝凝，李华强，刘洋，等 . 考虑供热系统精细化建模的区域综合能源系统多目标优化调度［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1979 - 1992 .

WU Shuning ， LI Huaqiang ， LIU Yang ， et al . Multi-objective optimal scheduling of regional integrated energy system considering refined modeling of heating system ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1979 - 1992 .

任恒宇，韩冬，任曦骏，等 . 基于时变价格弹性矩阵的深谷电价多目标定价策略［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 3 ）： 958 - 969 .

REN Hengyu ， HAN Dong ， REN Xijun ， et al . Multi-objective deep valley electricity pricing model based on time-varying price elasticity matrix ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 958 - 969 .

罗舒钰，李奇，阳洋，等 . 计及电-热-氢差异化激励需求响应的园区综合能源系统优化调度［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 12 ）： 214 - 221 .

LUO Shuyu ， LI Qi ， YANG Yang ， et al . Community integrated energy system optimal scheduling considering differentiated power-heat-hydrogen incentive based demand response ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 12 ）： 214 - 221 .

张靖，李勇，曹一家，等 . 计及需求侧管理与碳排放的综合能源系统光-储设备优化配置方法［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 7 ）： 189 - 197 .

ZHANG Jing ， LI Yong ， CAO Yijia ， et al . Optimal configuration approach of PV-ESS for integrated energy system considering demand-side management and carbon emission ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 7 ）： 189 - 197 .

周天睿，康重庆，徐乾耀，等 . 电力系统碳排放流分析理论初探［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 7 ）： 38 - 43 .

ZHOU Tianrui ， KANG Chongqing ， XU Qianyao ， et al . Preliminary theoretical investigation on power system carbon emission flow ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 7 ）： 38 - 43 .

康重庆，杜尔顺，李姚旺，等 . 新型电力系统的“碳视角”：科学问题与研究框架［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 3 ）： 821 - 833 .

KANG Chongqing ， DU Ershun ， LI Yaowang ， et al . Key scientific problems and research framework for carbon perspective research of new power systems ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 821 - 833 .

CHENG Y H ， ZHANG N ， WANG Y ， et al . Modeling carbon emission flow in multiple energy systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 3562 - 3574 .

LI J F ， HE X T ， LI W D ， et al . Low-carbon optimal learning scheduling of the power system based on carbon capture system and carbon emission flow theory ［J］. Electric Power Systems Research ， 2023 ， 218 ： 109215 .

叶宇静，邢海军，米阳，等 . 考虑低碳需求响应及主从博弈的综合能源系统低碳优化调度［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 9 ）： 34 - 43 .

YE Yujing ， XING Haijun ， MI Yang ， et al . Low-carbon optimal dispatching of integrated energy system considering low-carbon demand response and Stackelberg game ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 9 ）： 34 - 43 .

WANG Y Q ， QIU J ， TAO Y C . Optimal power scheduling using data-driven carbon emission flow modelling for carbon intensity control ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 4 ）： 2894 - 2905 .

刘哲远，邢海军，程浩忠，等 . 考虑碳排放流及需求响应的综合能源系统双层优化调度［J］. 高电压技术， 2023 ， 49 （ 1 ）： 169 - 178 .

LIU Zheyuan ， XING Haijun ， CHENG Haozhong ， et al . Bi-level optimal scheduling of integrated energy system considering carbon emission flow and demand response ［J］. High Voltage Engineering ， 2023 ， 49 （ 1 ）： 169 - 178 .

FAN S L ， XU G D ， CHEN Z P ， et al . Carbon-embedded energy coordination strategy in park-level integrated energy system considering time-varying carbon emission measurement ［J］. Journal of Cleaner Production ， 2024 ， 434 ： 139967 .

梁宁，方茜，徐慧慧，等 . 基于节点碳势需求响应的电力系统双层优化调度［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 9 ）： 44 - 53 .

LIANG Ning ， FANG Qian ， XU Huihui ， et al . Bi-level optimal dispatching of power system based on demand response considering nodal carbon intensity ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 9 ）： 44 - 53 .

CHENG Y H ， ZHANG N ， ZHANG B S ， et al . Low-carbon operation of multiple energy systems based on energy-carbon integrated prices ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 11 （ 2 ）： 1307 - 1318 .

张笑演，王橹裕，黄蕾，等 . 考虑扩展碳排放流和碳交易议价模型的园区综合能源优化调度［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 9 ）： 34 - 46 .

ZHANG Xiaoyan ， WANG Luyu ， HUANG Lei ， et al . Optimal dispatching of park-level integrated energy system considering augmented carbon emission flow and carbon trading bargain model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 34 - 46 .

WANG Y D ， HU J J ， LIU N . Energy management in integrated energy system using energy-carbon integrated pricing method ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2023 ， 14 （ 4 ）： 1992 - 2005 .

葛晓琳，王云鹏，朱肖和，等 . 计及差异化能量惯性的电-热-气综合能源系统日前优化调度［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 12 ）： 4630 - 4642 .

GE Xiaolin ， WANG Yunpeng ， ZHU Xiaohe ， et al . Day-ahead optimal scheduling for integrated power， heat and gas energy system considering differentiation energy inertia ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 12 ）： 4630 - 4642 .

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