【精选100秒】西南石油大学 杨威周松等：气水融合——水电与天然气发电协奏曲！天然气发电具有清洁、稳定、高效的特点，且燃气轮机启停快速，调峰性能优越；利用川渝天然气资源进行发电，实施“气水融合”，进行气水协调调峰运行，进一步以气水打捆外送，一方面可减少川渝水电留存量、促进清洁能源消纳、提高外送通道利用率，另一方面可助力气电投产、提升川渝地区能源保供能力，如图1所示。

　　气水协调发电旨在利用气电调峰优势leyu体育，发挥地下储气库季节性调峰能力，缓解水电“丰多枯少”的调峰困境，维持电网稳定运行leyu官方网站。在丰水期，以径流式水电作为基荷，梯级水电接近满额运行，气电快速启停调峰响应负荷需求；在枯水期leyu官方网站，梯级水电以上下游水力联系及自身调节库容灵活跟踪负荷波动，为气电调峰提供平滑稳定的剩余负荷。针对丰枯期水电出力特性进行气水协调发电，缓解枯水期水电出力不足造成的调峰困境，降低本地负荷对外送留存水电的依赖，以气电替代火电从而降低碳排放，促进气电投产及清洁能源高效消纳。

　　采取“气水打捆”外送模式，提高UHVDC输电通道利用率。高比例水电地区由梯级水电作为主要外送电源，系统运行遵循优先消纳水电的原则以减少弃水量。在丰水期，外送通道中水电出力接近满额，气电机组多数处于停机状态，但考虑到未来外送通道扩建的实际规划，对于具有富余容量的外送通道，则可利用气电提升其输电功率，由于丰水期水电外送功率较平滑，避免了气电功率的频繁波动，降低了气电启停成本。而在枯水期，梯级水电整体出力降低，外送通道送电裕度提高，气电可利用启停快速的调节能力leyu官方网站，结合梯级水电站的耦合特性及蓄水功能，实现气水打捆外送，提高外送通道功率传输的稳定性。

　　为实现气水打捆外送及气水协调发电的统一规划及调度，本文将气电容量作为上层模型的决策变量，以考虑气电投资成本的系统年总利润最大化为目标，实现气水协调的容量优化配置，下层模型以年运营收益最大化为目标，分别计及系统功率平衡约束、气电容量约束、梯级及径流式水电运行约束、UHVDC通道约束、跨区交易电量约束，实现气水协调优化运行。采用CPSO算法结合CPLEX求解器对其进行求解leyu官方网站，具体流程见图2。下面以算例验证所提双层优化模型的有效性。

　　采用气水打捆外送+气水协调运行的模式相较于采用水电独立外送+气水协调运行的模式对枯期梯级水电留存的依赖更小、气电机组的出力波动更平缓，尤其是对降低气电机组启停成本的效果更为显著。同时气水打捆外送提高了4回外送通道的整体利用小时数，在丰水期水电接近满额送电时，气电仍能以较平滑的出力充分填补送电裕度空间，考虑未来对通道的扩建，在梯级水电容量较小的通道处配置气电机组可避免枯水期通道处于闲置状态。详见图3和图4。

　　基于气水电站的实际出力及外送电价进行利润分配时，气电仅能获得7.45%的利润。基于Shapley值法对各方利润结构进行调整后，气电获利占比增加到10.66%，反映了气电在打捆外送系统中的协同价值。虽然Shapley值法使水电的一部分利润让渡于气电，但相对于水电独立外送，其利润仍提高了4.14亿元，同时气电外送的利润相比独立外送提高了3.99亿元，因此，采取Shapley值法进行打捆外送利润分配体现了合作博弈的公平性、合理性，有助于缓解气电站运行的经济压力，提高气电参与打捆外送的主动性。参见图5。

　　1）提出了气水融合发展策略及考虑送受端消纳意愿的气水打捆外送定价方法，构建气水打捆外送与气水协调一体化运行模式，发挥气电灵活快速的调峰特性，缓解电力系统调峰困境。

　　2）提出考虑气水打捆外送的气水协调双层优化运行模型，计及气电容量电价收益、外送通道输送功率的峰谷差惩罚成本及梯级水电、径流式水电、外送通道等复杂约束，实现了气水协调容量优化配置与优化运行，提升系统丰枯期调峰能力及外送通道利用率。

　　3）基于 Shapley 值法对气水打捆外送进行公平的利润分配leyu官网，体现了参与主体在打捆外送中的贡献度，有助于提升气电参与电能外送的积极性。

　　气电作为一种清洁高效的调峰电源，能够快速启停响应负荷需求，可为极端灾害天气下电力系统调峰运行提供支撑。本文所提出的气水打捆外送模式及Shapley值分配结果可为气水融合战略及气电参与西电东送的实际应用提供参考。针对风光大规模并网下源荷不确定性的气水协调调峰问题将成为下一步的研究方向。

　　杨威,周松,王富平,等．考虑气水打捆外送的气水协调双层优化模型[J]．电网技术:1-16[2023-09-05].

　　张安安，邓靓，杨威，等. 计及天然气管网压力能消纳的充电设施优化规划[J]. 电网技术，2021，45(3)：970-979.

　　李茜，宾帆leyu官网，张安安，等. 基于复合能源管道供能的区域综合能源系统优化运行[J]. 电力系统自动化，2022，46(17)：91-101.

　　李茜，毛雅铃，赵达维，等. 考虑电–气混合储能的海上微能系统标准化矩阵建模与联合优化调度[J]. 电网技术，2020，44(2)：522-531.

　　“电气系统智能监测与安全控制”四川省科研创新团队负责人是西南石油大学电气信息学院院长、博士生导师张安安教授，团队师资力量雄厚leyu，拥有教授2人、副教授5人、高级工程师5人、安全工程师1人、讲师3人、硕士研究生50余名。团队长期从事电气设备状态智能感知、碳监测与碳计量、综合能源系统、大数据与人工智能等相关领域研究工作。近年来承担了国家自然科学基金、国家重点研发计划、四川省科技计划等几十项相关纵、横向科研项目，发表SCI、EI检索论文200余篇，授权30余项发明专利及20余项软件著作权，荣获四川省科技进步二等奖、国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国金奖等奖励10余项。

　　杨威，博士，副教授，硕士生导师，四川省电机工程学会理事，IEEE PES中国区电网运行控制技术分委会委员，从事综合能源系统、天然气压力能综合利用等领域的研究工作。主持四川省科技计划项目2项、四川省重点实验室开放基金2项，主持中石油、中海油等企业横向课题5项leyu官方网站。先后在《IEEE Transactionson Power Systems》、《电网技术》等SCI/EI学术期刊发表10余篇论文，授权发明专利1件，实用新型专利1件，软件著作权2件，获石油和化工自动化协会科技进步二等奖1项。

　　李茜，博士，副教授，主要研究方向为综合能源系统运行与控制，综合能源系统智能感知、碳监测与碳核算。IEEE PES中国区电力系统保护与控制技术委员会电网运行控制技术分委会委员。主持中央引导地方科技发展专项基金1项；主研国家重点研发计划2项；主持四川省科技计划项目以及省级重点实验室开发基金项目5项；主研省部级科研项目5项；承担中海油、中石油、国家电网等企业研发课题10余项，多项成果实现转化。发表SCI/EI等期刊论文20余篇，授权发明专利10项，软件著作权4项。指导学生获得“互联网+”大学生创新创业大赛全国金奖1项，全国铜奖1项，四川省金奖2项，银奖2项；研究生电子设计竞赛全国一等奖1项、西南赛区一等奖2项；以及各类学科竞赛奖项20余项。获得省级科技奖励二等奖3项，三等奖1项。