近年来,我国风电迅猛发展,截止到2017年底,风电总装机容量达164 GW,高居世界第一。我国风电以大规模集中式开发为主,风电开发主要集中在“三北”(东北、西北、华北)地区。“三北”地区供热期热电联供机组的热电耦合约束和系统“以热定电”的运行模式严重阻碍了电热综合能源系统的风电消纳能力。2017年全国弃风限电量高达419亿千瓦时,“三北”地区的弃风量占全国弃风量的99%,部分省份弃风率甚至超过20%,风电消纳问题已成为制约我国风电发展的重要因素。本文从电热综合能源系统的角度出发,探索促进风电消纳的方法和优化调度模型,分别从电制氢、电转气和柔性热负荷三个方面进行研究。论文首先分析了集中供热系统中热源、供热网以及热用户的主要构成及特性,在此基础上构建了面向风电消纳的电热综合能源系统的整体架构。归纳了灵活性的定义和特征,从灵活性供给与需求的机理出发,定量分析了系统源、网、荷、储的灵活性的供给与需求,并根据系统灵活性平衡的机理,从一个新的视角分析了影响电热综合能源系统风电消纳的关键因素。建立了综合能源系统的调度框架,并分析了确定性优化调度、滚动调度和基于场景法的随机调度模型的数学原理,为促进风电消纳的系统优化调度研究奠定了基础。基于电能转化为氢气之后氢既可以用于发电,又可出售至氢交易市场的思想,提出了一种考虑售氢的电制氢系统促进风电消纳的方法。首先,对电制氢系统进行了建模,并建立了含电制氢系统的电热综合能源系统两阶段随机调度模型,第一阶段为风电预测场景下的预调度方案,用作热电联供机组和储热装置出力的执行方案,第二阶段为误差场景实现后的再调度决策方案,用于保证电制氢系统和常规火电机组有足够的调节能力来应对各种可能的风电预测误差。模型考虑了售氢的收益与氢储能容量的约束,仿真分析了电制氢系统对促进风电消纳的作用,及电制氢系统的安装位置、售氢的价格等因素对优化调度结果的影响,说明了方法的有效性。在电-热-气综合能源系统的背景下,提出了一种利用电转气促进风电消纳的方法:利用天然气系统的大规模储气能力,通过电转气技术将富余的风电转化为天然气,在系统需要时再将天然气转化为电能和热能。站在电-热-气综合能源系统运行者的角度,在满足供电、供热和供气需求的基础上,综合考虑天然气网络约束以及电力系统、热力系统约束,以综合能源系统运行成本最小为目标函数,建立了含电转气的电-热-气综合能源系统优化调度模型。仿真结果表明电转气可有效促进风电消纳并减少系统运行成本,电转气的接入还可缓解输电线路的阻塞、提高天然气网络中脆弱性节点的气压,电、热负荷水平会对电转气的运行产生影响。从热需求侧出发,提出了一种利用建筑热负荷的可调节特性来提高热电联供机组运行灵活性的方法,为促进风电消纳创造有利条件。首先基于建筑热平衡方程,建立了建筑内部温度、外部温度与建筑热负荷的数学关系,在保持建筑内部温度在用户的舒适度区间的前提下,建立了柔性热负荷的数学模型。将柔性热负荷纳入电热综合能源系统的优化调度体系中,调度模型综合考虑了用户的舒适度、电力交易与可中断负荷。此外,考虑到风电预测、温度预测的误差以及采暖建筑室内温度的时间相关性,建立了基于模型预测控制的滚动调度模型,分为日前调度和日内调度两个阶段。在日内调度阶段通过不断的滚动优化和反馈校正以提高电热调度的精度。仿真结果表明本文方法能利用建筑热负荷的柔性特性,增强供热机组运行的灵活性,在风电富余时段降低热电联供机组的电热输出,为促进风电消纳提供更大的空间。