Optimal scheduling of multi-energy complementary power generation system integrating exergy efficiency and inertia compensationn

Liu Peijin; Jiao Yuchan; Wei Ping; Dang Jialu; Feng Hanyun; Sun Yige

doi:10.16081/j.epae.202602008

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Optimal scheduling of multi-energy complementary power generation system integrating exergy efficiency and inertia compensationn

INTEGRATED ENERGY SYSTEM WITH MULTI-ENERGY COLLABORATION | 更新时间：2026-04-30

- Optimal scheduling of multi-energy complementary power generation system integrating exergy efficiency and inertia compensationn
- Electric Power Automation Equipment Vol. 46, Issue 5, Pages: 61-70(2026)
- 作者机构：
  
  1.西安建筑科技大学机电工程学院，陕西西安 710055
  2.国家电网有限公司西北分部，陕西西安 710048
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Project supported the by National Natural Science Foundation of China(62473301)
- DOI：10.16081/j.epae.202602008
  CLC： TM73;TK01
- Received：02 September 2025，
  
  Revised：2025-10-09，
  
  Online First：04 February 2026，
  
  Published：10 May 2026
- 稿件说明：
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刘沛津,焦玉婵,魏平等.融合㶲效率与惯量补偿的多能互补发电系统优化调度[J].电力自动化设备,2026,46(05):61-70.

Liu Peijin,Jiao Yuchan,Wei Ping,et al.Optimal scheduling of multi-energy complementary power generation system integrating exergy efficiency and inertia compensationn[J].Electric Power Automation Equipment,2026,46(05):61-70.
刘沛津,焦玉婵,魏平等.融合㶲效率与惯量补偿的多能互补发电系统优化调度[J].电力自动化设备,2026,46(05):61-70. DOI： 10.16081/j.epae.202602008.

Liu Peijin,Jiao Yuchan,Wei Ping,et al.Optimal scheduling of multi-energy complementary power generation system integrating exergy efficiency and inertia compensationn[J].Electric Power Automation Equipment,2026,46(05):61-70. DOI： 10.16081/j.epae.202602008.

摘要

为了应对多能互补发电系统“重能量轻能质”及高比例风光并网引发电网惯量不足的问题，提出一种融合系统㶲效率与惯量补偿的多目标优化调度方法。构建基于热力学㶲的多维能效评估模型，为实现“量-质”协同优化奠定基础；建立含光热电站与先进绝热压缩空气储能的等效惯量模型，量化其惯量支撑能力，并引入基于系统最大频率变化率与频率最低点的频率惯量约束及惯量补偿机制；构建最大化㶲效率以及最小化含碳排放与惯量补偿的综合成本的多目标优化模型，并采用改进的多目标麻雀算法进行求解。基于改进的IEEE 39节点系统进行算例仿真以验证所提方法的有效性。结果表明：与传统经济性导向的调度方法相比，所提优化调度方法能在将系统㶲效率提升3.87 %的同时，使碳排放量降低34.87 %，并将惯量不足时长由全天的87.5 %降至0，同时提升了高㶲效率新能源机组的利用率，促进了能量梯级利用。

Abstract

To address the issues of “prioritizing energy quantity over energy quality” in multi-energy complementary power generation system and the insufficient grid inertia caused by the grid-connection of high proportion of wind and solar power，a multi-objective optimization scheduling method integrating exergy effi-ciency and inertia compensation is proposed. A multi-dimensional energy efficiency evaluation model based on thermodynamic exergy is constructed to lay a foundation for the realization of quantity-quality coordinated optimization. An equivalent inertia model containing concentrated solar power and advanced adiabatic compressed air energy storage is established to quantify the inertia support capability. Furthermore，the frequency inertia constraint and inertia compensation mechanism based on the system’s maximum rate of change of frequency（RoCoF） and the frequency nadir are introduced. A multi-objective optimization model is construc-ted to maximize exergy efficiency and minimize the comprehensive cost of carbon emissions and inertia compensation，and an improved multi-objective sparrow search algorithm is adopted for solution. Case studies and simulations are carried out based on the modified IEEE 39-bus system to validate the effectiveness of the proposed method. The results show that compared with the traditional economic-oriented scheduling methods，the proposed optimal scheduling method can increase the system exergy efficiency by 3.87 % while reducing carbon emissions by 34.8 7%，and reduce the duration of insufficient inertia from 87.5 % of the whole day to 0. At the same time，it improves the utilization rate of renewable energy units with high exergy efficiency and promotes the cascade utilization of energy.

关键词

Keywords

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秦景辉，潘学萍，孙晓荣，等 . 基于新能源核主元降维-凝聚层次聚类的电热综合能源系统优化调度及减排成本评估［J］. 电力自动化设备， 2025 ， 45 （ 11 ）： 97 - 105 .

Qin Jinghui ， Pan Xueping ， Sun Xiaorong ， et al . Optimization scheduling and emission reduction cost evaluation of electricity-heat integrated energy system based on dimensionality reduction of KPCA and AHC for renewable energy ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2025 ， 45 （ 11 ）： 97 - 105 .

汤骏，陈红坤，徐维炜，等 . 高比例新能源接入下计及灵活性的电网分区方法［J］. 电力自动化设备， 2025 ， 45 （ 6 ）： 191 - 199 .

Tang Jun ， Chen Hongkun ， Xu Weiwei ， et al . Power grid partitioning method considering flexibility under high proportion of new energy ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2025 ， 45 （ 6 ）： 191 - 199 .

Sun J B ， Wang Y ， He Y ， et al . The energy security risk assess-ment of inefficient wind and solar resources under carbon neutrality in China ［J］. Applied Energy ， 2024 ， 360 ： 122889 .

张武其，文云峰，何烨，等 . 电力系统中长期惯量水平趋势评估及应用［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 54 - 65 .

Zhang Wuqi ， Wen Yunfeng ， He Ye ， et al . Estimation of medium-and long-term inertia level tendency for power system and its application ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 54 - 65 .

刘奕辰，肖红谊，刘晓宏，等 . 考虑绿证交易及碳排放约束的含风光储微网低碳优化调度［J］. 浙江电力， 2024 ， 43 （ 8 ）： 66 - 73 .

Liu Yichen ， Xiao Hongyi ， Liu Xiaohong ， et al . Low-carbon optimal scheduling for hybrid wind／PV／storage microgrids considering GEC trading and carbon emission constraints ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2024 ， 43 （ 8 ）： 66 - 73 .

Sansaniwal S K ， Sharma V ， Mathur J . Energy and exergy ana-lyses of various typical solar energy applications：a comprehen-sive review ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2018 ， 82 ： 1576 - 1601 .

刘浩杰，杨晓辉，胡雄，等 . 市场驱动下考虑㶲损失的含氢综合能源系统优化调度［J］. 智慧电力， 2025 ， 53 （ 11 ）： 10 - 17 .

Liu Haojie ， Yang Xiaohui ， Hu Xiong ， et al . Optimal schedu-ling of hydrogen-integrated integrated energy systems conside-ring exergy loss under market drive ［J］. Smart Power ， 2025 ， 53 （ 11 ）： 10 - 17 .

Chen J R ， Chen H Y ， Liang Z P ， et al . A joint solution frame-work for the optimal operation and evaluation of integrated energy systems based on exergy ［J］. Energy Conversion and Management ， 2024 ， 301 ： 118071 .

么艳香，叶林，屈晓旭，等 . 风-光-水多能互补发电系统㶲分析模型［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 10 ）： 55 - 60 .

Yao Yanxiang ， Ye Lin ， Qu Xiaoxu ， et al . Exergy analysis model of wind-solar-hydro multi-energy generation power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 10 ）： 55 - 60 .

李晨，任洲洋，李文沅 . 考虑燃料电池和电解槽虚拟惯量支撑的电力系统优化调度方法［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 11 ）： 9 - 16 .

Li Chen ， Ren Zhouyang ， Li Wenyuan . Optimal scheduling me-thod of power system considering virtual inertia support of fuel cells and electrolyzers ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 11 ）： 9 - 16 .

刘雷，王广华，梅军，等 . 计及功率振荡的新能源电力系统节点惯量薄弱区域补偿方法［J］. 电力系统自动化， 2026 ， 50 （ 2 ）： 156 - 166 .

Liu Lei ， Wang Guanghua ， Mei Jun ， et al . Compensation method for weak-inertia areas of bus in power system with renewable energy considering power oscillations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2026 ， 50 （ 2 ）： 156 - 166 .

曾辉，孙峰，李铁，等 . 澳大利亚“9·28”大停电事故分析及对中国启示［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 13 ）： 1 - 6 .

Zeng Hui ， Sun Feng ， Li Tie ， et al . Analysis of “9·28” blackout in south Australia and its enlightenment to China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 13 ）： 1 - 6 .

李世春，田冰杰，李惠子，等 . 基于频率安全约束与临界惯量计算的分时段限制风电出力方法［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 15 ）： 60 - 71 .

Li Shichun ， Tian Bingjie ， Li Huizi ， et al . Method for limiting wind power output in time periods based on frequency safety constraints and a critical inertia calculation ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 15 ）： 60 - 71 .

谢珍建，汤奕 . 计及源荷惯量特征的电力系统最小惯量需求评估［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 66 - 77 .

Xie Zhenjian ， Tang Yi . Evaluation of minimum inertia requirement of power system considering source-load inertia characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 66 - 77 .

王力成，丁伯平，王凯，等 . 考虑惯量-频率变化率空间分布特性的最优机组组合方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 16 ）： 147 - 158 .

Wang Licheng ， Ding Boping ， Wang Kai ， et al . Security-constrained unit commitment optimization method considering the characteristics of inertia-RoCoF spatial distribution ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 16 ）： 147 - 158 .

Wei Y ， Cheng Z ， Zhang H C ， et al . Optimal dispatch of multi-energy generation systems considering CSP and advanced adiabatic CAES ［C］∥ 2024 The 9th International Conference on Power and Renewable Energy（ICPRE）， September 20-23，2024 ， Guangzhou . New York ： IEEE ， 2024 ： 912 - 917 .

方宇晨，杜尔顺，余扬昊，等 . 太阳能光热发电并网的综合效益量化评估方法［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 13 ）： 5135 - 5147 .

Fang Yuchen ， Du Ershun ， Yu Yanghao ， et al . Comprehensive benefit analytical evaluation of gird-connected concentrating solar power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 13 ）： 5135 - 5147 .

鲁玲，苑涛，王敏，等 . 考虑㶲效率的区域综合能源系统配置与调度双层优化［J］. 可再生能源， 2024 ， 42 （ 10 ）： 1381 - 1389 .

Lu Ling ， Yuan Tao ， Wang Min ， et al . Two-layer optimization of regional integrated energy system configuration and dispa-tching considering exergy efficiency ［J］. Renewable Energy Re-sources ， 2024 ， 42 （ 10 ）： 1381 - 1389 .

胡枭，尚策，陈东文，等 . 考虑能量品质的区域综合能源系统多目标规划方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 19 ）： 22 - 31，139 .

Hu Xiao ， Shang Ce ， Chen Dongwen ， et al . Multi-objective planning method for regional integrated energy systems conside-ring energy quality ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 19 ）： 22 - 31，139 .

肖辉，薛亚丽，刘培，等 . 基于运行数据的火电机组最佳效率分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ S1 ）： 164 - 170 .

Xiao Hui ， Xue Yali ， Liu Pei ， et al . Optimum exergy efficiency analysis of coal-fired power plants based on operation data ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ S1 ）： 164 - 170 .

DL／T 2669 — 2023 电力系统惯量支撑和一次调频能力技术要求［S］.

DL／T 2669-2023 Technical requirements for power system inertia support and primary frequency control ［S］.

杨灵睿，郭成，郭圳，等 . 基于全变差正则化的电力系统惯量评估方法［J］. 电力自动化设备， 2026 ， 46 （ 3 ）： 178 - 185 .

Yang Lingrui ， Guo Cheng ， Guo Zhen ， et al . Inertia estimation method of power system based on total variation regularization ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2026 ， 46 （ 3 ）： 178 - 185 .

洪晗笑，吴晨曦，倪索引 . 考虑频率-惯量安全约束的新型电力系统优化调度［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 8 ）： 176 - 184 .

Hong Hanxiao ， Wu Chenxi ， Ni Suoyin . Optimal scheduling of new-type power system considering frequency-inertia security constraints ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 8 ）： 176 - 184 .

史黎阳，王海云，房忠 . 电力系统发电侧惯量支撑责任分摊方法［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 14 ）： 166 - 176 .

Shi Liyang ， Wang Haiyun ， Fang Zhong . Responsibility allocation method for inertia support on the generation side of po-wer systems ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 14 ）： 166 - 176 .

国家能源局西北监管局 . 国家能源局西北监管局关于印发《西北区域电力辅助服务管理实施细则》的通知［EB／OL］. （ 2023-11-22 ）［ 2024-01-02 ］. https：∥xbj.nea.gov.cn／dtyw／tzgg／202312／t20231214_220695.html https://xbj.nea.gov.cn/dtyw/tzgg/202312/t20231214_220695.html .

李姚旺，苗世洪，尹斌鑫，等 . 考虑先进绝热压缩空气储能电站备用特性的电力系统优化调度策略［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5392 - 5404 .

Li Yaowang ， Miao Shihong ， Yin Binxin ， et al . Power system optimal scheduling strategy considering reserve characteristics of advanced adiabatic compressed air energy storage plant ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5392 - 5404 .

崔杨，张家瑞，王铮，等 . 计及价格型需求响应的风-光-光热联合发电系统日前调度策略［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 10 ）： 3103 - 3114 .

Cui Yang ， Zhang Jiarui ， Wang Zheng ， et al . Day-ahead sche-duling strategy of wind-PV-CSP hybrid power generation system by considering PDR ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 10 ）： 3103 - 3114 .

殷自力，陈宇星 . 基于功率传输转移分布因子的简化电网潮流计算方法［J］. 电力系统保护与控制， 2016 ， 44 （ 17 ）： 25 - 30 .

Yin Zili ， Chen Yuxing . A power flow computation method for reduction grid based on power transfer distribution factor ［J］. Power System Protection and Control ， 2016 ， 44 （ 17 ）： 25 - 30 .

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