电热微网的梯级利用遵循“电热互补，温度对口，梯级利用”的原则。热能根据温度不同分为不同品位，温度越高则热能品位越高。并且根据不同用热负荷的温度要求，尽量满足温度对口的热能利用。在梯级利用中，较高品位热能循环利用和回收，逐步向较低品位热能转化，从而达到能量的高效利用。另外，在电热微网中发挥“电热互补”优势，基于电热能流的深度耦合，提升电热微网梯级利用的可靠性与效率。

在考虑电热耦合关系后，电热微网能量设备与负荷如图1所示。其中，电力与热力供应源包括燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉、吸收式热泵、吸收式制冷、尖峰加热器、电热泵、电制冷，并能直接从主电网购电；冷、热、电储能包括储冷水箱、储热水箱和电池储能；负荷包括高温蒸汽负荷、高温热水负荷、中温热水负荷和冷水负荷。

图1能量梯级利用中的源荷储关系

考虑在不同热能品位上的电热耦合关系，利用多能互补优势，建立电热耦合梯级利用的能量流结构如图2所示。从能量结构上可分为电力母线、蒸汽母线、低温热水母线、中温热水母线、高温热水母线。

图2电热耦合梯级利用的能量流结构

根据能量梯级利用的原则建立考虑日运行成本最低的优化模型如下所示：

模型中运行时需要保证各母线上能量供需平衡。其中，低温热水大量存储经济性差，且研究中未考虑厂区空间热负荷、锅炉回水加热等，因此约束上设定供大于需。

仿真算例以上海交通大学“中意绿色能源实验中心”的结构拓扑与参数为基础，以15min为间隔进行仿真分析，该步长下，多能流动态特性和各设备响应能力均满足优化调度的时间尺度要求。算例中包含燃气轮机、燃气锅炉、吸收式热泵、吸收式制冷、电热泵、电制冷、尖峰加热器、电储能、储热水箱、储冷水箱等设备，协同供应用户的电力、蒸汽、高中温热水和冷水负荷。

能量梯级优化利用后得到的电力调度计划如图3所示，图中供给电力的设备功率为正值，消耗电力的设备功率为负值。其它能量形式的调度结果请见原文。

图3电力调度计划

分别采用电热耦合梯级利用(结构1)、无电热耦合的梯级利用(结构2)和传统三联供供能结构(结构3)实现电热微网的能源供给，对比3种供能结构的日费用如表1所示。其中，日运行费用包含天然气费用、购电费用和维护费用。同时，因为3种结构使用的设备不完全相同，总费用中还包含折算到每日的设备费用。

表1日费用对比

可以看出，电热耦合的梯级利用策略能够有效提高电热微网运行经济性。在日运行费用上，结构2、3相比结构1分别上升了8.31%和17.58%。结构1使用的设备最多，故折算到每日的设备费用最高。但由于3种结构间不同设备的价格相对低廉，所以未对总费用产生显著影响。结构2、3的总费用相比结构1分别上升了7.60%和16.78%。

本文基于梯级利用原理，构建了电热耦合转化的梯级利用能量流结构，实现热能品位对口的能源利用与供应，并发挥电热互补优势，提升冷热供能设备的运行经济性与灵活性。针对电热微网的源荷储，建立了不同能源母线的能量流供需模型，基于能量梯级优化利用模型的运行约束，以日运行费用最低为目标，通过在Matlab平台建立模型运行约束与目标，求解该混合整数优化问题。优化结果通过协调调度各能流耦合设备，实现电热微网系统的优化经济运行。所用方法充分考虑了多种形式能源相互耦合互补、梯级优化的原理，有效利用了生产过程中不同品位的能量，具有良好的工程应用前景。

引文信息

黄文焘,王萧博,邰能灵,等.电热微网能量耦合转换模型与梯级优化利用方法[J].中国电机工程学报,,40(21):-.

HUANGWentao,WANGXiaobo,TAINengling,etal.Energycouplingconversionmodelandcascadeutilizationmethodformicrogridwithheatandpowersystem[J].ProceedingsoftheCSEE,,40(21):-(inChinese)．

黄文焘，上海交通大学电子信息与电气工程学院，副教授，博导。研究方向为微电网和船舶电力系统控制保护等。主持国家自然科学基金、上海市青年英才科技扬帆计划、教育部重大项目课题、智能电网重点研发计划配套课题等。第一完成人获年上海市科技进步一等奖。

王萧博，博士研究生，研究方向为混合储能系统和微网能量管理等。参与国家重点研发计划、上海市教委重大科研项目。

邰能灵，上海交通大学电子信息与电气工程学院，长聘教授，博士生导师，电气系主任，电力输送与功率变换控制教育部重点实验室主任。研究方向为智能电网监测保护与运行控制、综合能源系统运行与优化、舰船电力系统优化设计与保护控制技术等。近几年，主持包括4项国家自然科学基金、国家科技支撑项目、国家重大专项子项、国家重点研发计划等省部级以上项目18项。发表学术论文余篇，授权发明专利48项。

责任编辑：邱丽萍

审核：乔宝榆

声明

本文为原创作品，所涉文字及图片版权均属中国电机工程学报编辑部所有，根据国家版权局最新规定，纸媒、网站、微博、