一种新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，包括：建立新能源发电模式下高载能负荷调峰模型；基于建立的新能源发电模式下高载能负荷调峰模型，进行多模式多尺度的高载能负荷参与调峰的分析。本发明所述新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，可以克服现有技术中调峰压力大、跟踪能力弱和节能效果差等缺陷，以实现调峰压力小、跟踪能力强和节能效果好的优点。
【专利说明】一种新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及节能技术与电网调峰技术相结合的【技术领域】，具体地，涉及一种新能 源发电模式下高载能企业调峰控制方法。
【背景技术】
[0002] 高载能产业即能源成本在产值中所占比重较高的产业，或者称为能源消耗密集型 产业。绿色高载能产业是技术先进、能源利用率高、环保型的加工业，或者说是一种环保型 的高载电体工业（指电力成本在产品产值中所占比重较高）。绿色高载能产业中大部分是 传统的高载能工业和基础工业，从规模和技术来讲，就是符合《国家重点鼓励发展的产业、 产品和技术目录》的产业和规模；从能源利用效率来讲，产品单位能耗水平居国际水平或国 内先进水平；从产业延伸程度来讲，其下游产业链应延伸多层以上，部分成为许多高新技术 产业的基础材料或原材料。绿色高载能产业和新能源发电一体化建设，共同参与电网调峰， 对电力节能具有重要意义。对于电网侧，双向调节能有效降低电网的调峰压力，减少了电网 的调峰成本和常规电源的备用容量，进而降低了因调峰带来的能源损耗，同时实现了新能 源发电对绿色高载能产业的电力"直供"，减少了电能传输的距离，相应降低了电网网损；对 于电源侧，合理配置绿色高载能和新能源发电，能减少风力发电的弃风概率，提高清洁能源 的利用效率；对于用户侧，一体化发展，绿色高载能产业参与调峰，使得高载能产业在保证 生产线正常运行的同时，享受政策提供的激励电价等优惠，降低用户的生产成本。因此，绿 色高载能产业参与调峰对提高电网综合节能水平具有积极作用，能有效发挥地区丰富的煤 炭、石油、风能、太阳能等资源优势，将进一步推动地区工业经济不断健康发展。这就要求电 力行业尤其是电网公司，必须开展地区发展循环经济背景下高载能企业参与新能源发电调 峰的运行特性和调峰模型，提高电力节能水平，推动地区循环经济发展。
[0003] 作为用户侧的大容量高载能负荷参与新能源发电模式下的电网调峰在一定程度 上能够减轻电网调峰压力，减少常规电源热备用容量，另一方面高载能企业与新能源一体 化发展，能提高新能源的消纳能力，降低电网网损，提高电力节能水平。因此在利用新能源 的同时，应加大高载能企业参与电网调峰的研究，加大新能源与高载能一体化建设的研究。 为了平抑新能源发电的间歇性和随机性对系统调峰带来的影响，首先应提高新能源发电系 统短期功率预报精度，尽可能减少由于新能源接入对系统调峰容量增量的需求，提高常规 机组的深度调峰能力，但当上述措施仍无法缓解大规模新能源并网带来的调峰压力时，可 通过调节需求侧负荷，快速跟踪风机的出力，缓解系统的调频压力，因此需求侧负荷参与调 峰意义重大。在传统发电调度模式中融入用电调度，为新能源电源并网提供备用资源、保证 电力平衡开辟了一条可行的途径。
[0004] 我国当前对新能源发电模式下采取的调峰措施主要在电源侧，在各级网省公司调 度中心的统一调度下，部分用户也参与了新能源发电并网的调峰调频，但由于缺乏科学合 理的调峰模式和配套的辅助保障机制，用户侧参与调峰的积极性不高，尤其针对大规模风 力发电具有富裕电力资源和高载能企业高耗电需求，迫切需要进行用户参与电力系统调峰 模式的研究，但目前该研究还处于探索阶段，对比常规电源调峰特性，需求侧负荷调峰调度 具有响应快速、经济性高、自由度大的显著特点。目前大多数调峰模型对高载能负荷没有进 行系统的分类，调峰方式单方面考虑供电侧或者需求侧的调峰能力，主要强调建立新能源 友好型智能电网，加强电网的调峰能力，而忽略了大容量高载能负荷的调峰作用，不利于减 轻电网调峰压力，提高新能源利用效率。另一方面，高载能企业参与调峰给系统调峰提供了 新思路，但负荷与新能源的双重随机性也给调峰带来新问题：传统的调节时间跨度过大，不 能良好跟踪负荷与新能源的随机波动，不利于电网节能。
[0005] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在调峰压力大、跟踪能力 弱和节能效果差等缺陷。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种新能源发电模式下高载能企业调峰 控制方法，以实现调峰压力小、跟踪能力强和节能效果好的优点。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新能源发电模式下高载能企业 调峰控制方法，包括 ：
[0008] a、建立新能源发电模式下高载能负荷调峰模型；
[0009]b、基于建立的新能源发电模式下高载能负荷调峰模型，进行多模式多尺度的高载 能负荷参与调峰的分析。
[0010] 进一步地，所述步骤a中，所述新能源发电模式下高载能负荷调峰模型，是指在需 求侧负荷分析的基础上，计及大规模新能源分析、常规能源分析、需求侧负荷分析对电网调 峰的影响，以总调峰成本最经济为目标，通过设计调峰缺口约束、常规电源约束、高载能负 荷约束，建立高载能企业可中断负荷和激励负荷之间的多时间尺度优化调峰模型，为新能 源发电模式下高在能负荷调峰控制提供重要依据。
[0011] 进一步地，在步骤a中，所述建立高载能企业可中断负荷和激励负荷之间的多时 间尺度优化调峰模型的操作，具体包括：
[0012] (1)、需求侧调峰高载能负荷分析
[0013] 在高载能负荷中首先确定负荷柔性成分，再将负荷柔性成分进行分类；按照需求 侧参与调峰总体来说分为可中断负荷和激励负荷两大类：可中断负荷和激励负荷；
[0014] ⑵、高载能负荷调峰模型
[0015] 高载能负荷调峰模型包括如下几个分析模型：对新能源的分析模型，用于描述新 能源实时特性及弃风等现象；常规源的分析模型，用于描述机组的启停、爬坡速度等详细信 息；计入负荷的分析模型，用于描述负荷实时特性及参与调峰能力。首先通过建立高载能负 荷调峰数学模型，该模型具有实时的分析能力，能够做到实时的生产模拟，能够考虑不同时 段的负荷特性、电网运行方式、各类电源调度计划安排、外送电力情况等；在此基础上，为克 服高载能负荷与新能源发电的双重随机性所带来新问题，设计了多时间初读调峰模型，在 基于上述简化及实用化处理后，建立适用于高载能企业参与新能源发电调峰的模型。
[0016] 进一步地，所述调峰控制数学模型，具体如下：
[0017] (1)目标函数：
[0018] 物理描述一在某一统计周期内，当系统存在次日调峰缺口时，按照总调峰成本最 经济为目标，进行常规电源、高载能企业可中断负荷和激励负荷之间的优化调峰；当系统不 存在次日调峰缺口时，按照常规电源调峰成本最经济为目标，进行常规电源调峰；
[0019] 数学模型一：
【权利要求】
1. 一种新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，其特征在于，包括： a、 建立新能源发电模式下高载能负荷调峰模型； b、 基于建立的新能源发电模式下高载能负荷调峰模型，进行多模式多尺度的高载能负 荷参与调峰的分析。
2. 根据权利要求1所述的新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，其特征在于， 所述步骤a中，所述新能源发电模式下高载能负荷调峰模型，是指在需求侧负荷分析的基 础上，计及大规模新能源分析、常规能源分析、需求侧负荷分析对电网调峰的影响，以总调 峰成本最经济为目标，通过设计调峰缺口约束、常规电源约束、高载能负荷约束，建立高载 能企业可中断负荷和激励负荷之间的多时间尺度优化调峰模型，为新能源发电模式下高在 能负荷调峰控制提供重要依据。
3. 根据权利要求2所述的新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，其特征在于， 在步骤a中，所述建立高载能企业可中断负荷和激励负荷之间的多时间尺度优化调峰模型 的操作，具体包括： (1) 、需求侧调峰高载能负荷分析 在高载能负荷中首先确定负荷柔性成分，再将负荷柔性成分进行分类；按照需求侧参 与调峰总体来说分为可中断负荷和激励负荷两大类：可中断负荷和激励负荷； (2) 、高载能负荷调峰模型 高载能负荷调峰模型包括如下几个分析模型：对新能源的分析模型，用于描述新能源 实时特性及弃风等现象；常规源的分析模型，用于描述机组的启停、爬坡速度等详细信息； 计入负荷的分析模型，用于描述负荷实时特性及参与调峰能力。首先通过建立高载能负荷 调峰数学模型，该模型具有实时的分析能力，能够做到实时的生产模拟，能够考虑不同时段 的负荷特性、电网运行方式、各类电源调度计划安排、外送电力情况等；在此基础上，为克服 高载能负荷与新能源发电的双重随机性所带来新问题，设计了多时间初读调峰模型，在基 于上述简化及实用化处理后，建立适用于高载能企业参与新能源发电调峰的模型。
4. 根据权利要求3所述的新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，其特征在于， 所述调峰控制数学模型，具体如下： (1)目标函数： 物理描述一在某一统计周期内，当系统存在次日调峰缺口时，按照总调峰成本最经济 为目标，进行常规电源、高载能企业可中断负荷和激励负荷之间的优化调峰；当系统不存在 次日调峰缺口时，按照常规电源调峰成本最经济为目标，进行常规电源调峰； 数学模型一：
?表示总调峰成本，^仏，4)表示可中断负荷补偿成本4,^11,)表示激励负荷激 励成本，FetOJet, Pet)表示常规电源调峰成本，t表示时段，T表示统计周期，X为参与系数； 其中：
式中，N为系统可中断负荷用户数量；Ult= [UIlt，一，U"t，一UinJ为可中断负荷用户的 状态向量，其中Uljt = O表示不中断j用户的负荷；Uljt = 1表示中断j用户的负荷；Plt = [Pnt，…，Pljt，…PinJ为中断负荷的容量向量；P !和P 2为赔偿系数；μ w为可中断负荷用 户的停电意愿闵子：
式中，系统激励负荷用户数量为D ;UHt = [UHlt，…，Ufflrt，…UHDt]为激励负荷用户的状 态向量，其中UHkt = O表示不增加 k用户的负荷，UHkt = 1表示增加 k用户的负荷；Pm = [Pmt,…，PHkt,…Pmt]为增加负荷的容量向量；Il 1和η2为激励系数；μ Hk为激励负荷用户 的增加负荷意愿因子；
式中，M为系统中的调峰机组数；PGt = [PGlt，?，PGit，…PgmJ为机组的出力向量； KG,./,) = +及匕+八^为第i号发电机组在t时段的运行成本，其中α i、3 i、Y i为 机组运行成本参数(尸= 为第i号发电机组在t时段的启停成本， Sci^Su、τ i为启停成本参数，τ为发电机组的停机时间，Uet = [Ueit, "'Ueit，…UeMt]表示第 i号机组在t时段的运行状态，Ueit = 1表示发电机组处于停机状态，Ueit = O表示发电机组 处于开机状态； (2)约束条件 调峰缺口约束：
其中ht为t时段的时长。 功率平衡约束：
式中，Pw为系统在t时段的发电负荷；Pwt为新能源发电机组在t时段的输出功率； 常规电源约束： Pcimin < PGit < PGimax (?); Pcimin和Peimax分别为发电机组出力下限和上限；
Mi为机组在调度周期内最大允许启停次数； -60rdi ^ Pcit-Pcit-! ^ 60rri (9)； rdi和分别为机组每分钟有功输出的最大下降速度和最大上升速度； 高载能负荷约束： ^Ijinin ^ ^Ijt ^ ^IjmaxΛ ^Hkniin ^ ^Hkt ^ ^Hkmax (1〇); Pljmin为用户j在t时段可中断负荷的下限值，Pljmax为用户j在t时段可中断负荷的上 限值；Pfflimin为用户k在t时段增加负荷的下限值，Pffltmax为用户k在t时段增加负荷的上限 值。
5. 根据权利要求3所述的新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，其特征在于， 所述多时间尺度调峰模型包括日前调峰、滚动调峰和实时调峰三种模式，具体分析如下： 日前调峰计划：日前计划有充足的时间进行动态优化计算，该时间级的控制以安全为 约束，重点突出以经济为目标，可以称为最优控制； 滚动调峰计划：以短期新能源和负荷预测为基础，1?2小时为启动周期的滚动计划充 分利用最新的信息，对日前计划进行调整，同时承担消除上述步骤的预测误差带来的调峰 误差的作用，逐步降低日前计划的不确定性，修正日前调峰计划，称为修正控制； 实时调峰计划：以超短期新能源和负荷预测为基础，实时调峰计划快速跟踪负荷及新 能源的分钟级的突变，通过制定紧急调峰措施，快速调整系统发生随机性突发性波动引起 的峰谷差，快速使有功功率达到平衡状态； ③高载能负荷参与新能源发电调峰的多时间尺度模型 基于如上数学模型与多时间尺度调峰模型的分析，形成高载能负荷参与新能源发电调 峰的多时间尺度模型。
6. 根据权利要求5所述的新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，其特征在于， 所述高载能负荷参与新能源发电调峰的多时间尺度模型，包括日前优化、滚动修正和实时 紧急调峰，具体如下： (1)日前优化 目标：通过总调峰成本最小的优化计算，确定高载能企业和常规电源联合调峰日前计 划，填补次日调峰缺口，满足新能源发电调峰需求； 进行日前新能源和负荷的功率预测，联络线交换功率预测，并计算新能源有效出力、等 效负荷和系统调峰缺口数学期望、概率等信息； 当不满足Ppkne > O and Psmmax > O时，系统不存在调峰缺口，取X = 0,按照下式进行 优化，即常规电源调峰方式；
当满足Ppkne > O and PKNE，max > O时，系统存在调峰缺口，取X = 1，按照下式进行优化， 即常规电源+高载能企业联合调峰方式，约束条件如上；
优化计算采用遗传算法等多种经典方法，通过优化计算，在确保填补调峰缺口的条件 下，以总调节成本最小为目标，确定次日各时段内常规电源和高载能企业的开机和启停方 式等信息； 把高载能负荷的日前调峰计划结果计入到等效负荷中，将高载能负荷作为基础性调峰 源进行调峰效果模拟，得到模拟等效负荷曲线，再进行调峰缺口计算，对模拟等效负荷曲线 进行调峰缺口计算，得到模拟调峰缺口最大值P^W max和概率P^ne，并进行不等式判断，当满 足P、NE < OancTsmmax < O时，说明该次日前调峰计划能够满足调峰需求，合理填补了调峰 缺口；当不满足P、NE < 〇andP\mmax < 0时，可调整高载能负荷的补偿/激励参数，重新进 行优化计算，直到优化结果的调峰效果模拟满足要求为止； (2) 滚动修正 目标：利用短期预测数据，在第h个时段内，对剩下!"-、个时段内的日前调峰计划进行 修正计算； 以第h个时间段内的实际运行状态作为已知条件，根据短期预测数据修正剩余时间段 内的等效负荷曲线，计算剩余时段内调峰缺口的最大值P KNE，max、调峰缺口概率P PKNE、调 峰缺口数学期望E' PKNEH，对日前调峰的优化目标函数和约束条件均进行修正； 目标函数：
V J- y ? 调峰缺口约束条件：
按照上述日前调峰计算方法和过程，进行剩余τ-h个时段内的优化计算，得到经短期 预测数据修正的高载能企业和常规电源联合调峰计划； (3) 紧急调峰 目标：利用高载能负荷快速投切的能力，对分钟级时间尺度下，随机出现的负荷及新能 源功率突变量进行调节； 预先制定高载能负荷紧急调峰合约，统计高载能负荷紧急调峰参数信息，其向量描述 如下式所示： N(P,h, λ,Β,υ) (15)； 其中P表示可中断/激励容量，h表示调节可持续时间，λ表示补偿系数，B表示补偿 价格，U表示紧急调峰状态； 利用超短期预测数据，计算实时等效负荷PrtU : PrtZL = PrVPrtW (16)； 用实时等效负荷来反应分钟级时间尺度下，负荷和新能源的综合变化趋势； 设定突变量门槛值，当分钟级At时段内的实时等效负荷突变量APrtU满足下式时， 启动高载能负荷紧急调峰；否则闭锁；
其中APrtU+和APrtU-为正负突变量门槛值，可按照等效负荷的百分比制定； 当启动高载能负荷紧急调峰时，建立紧急调峰的目标函数和约束条件如下： 目标函数
约束条件 S.t P> I APrtu|，P e N (19)； 根据上式进行优化，能够在满足紧急调峰约束情况下，按照紧急调峰补偿费用最小为 目标，计算出参与调峰的高载能负荷调峰方案；紧急调峰中高载能负荷调节误差由爬坡速 度快的常规机组自动调节。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，其 特征在于，所述步骤b，具体包括： 在新能源发电模式下高载能负荷调峰模型的基础上，设计多模式交替多尺度调节的调 峰的分析方法并形成具体分析流程； 通过多模式交替多尺度调节的调峰的分析方法，对高载能负荷特性进行细致划分，对 各种负荷特性按照具体分析流程进行调峰控制，为高载能企业节能减排提供有效手段，还 为降低电网调峰压力，量化计算电网在新能源发电模式下高载能负荷的调峰能力，为高载 能负荷调峰控制提供重要依据。
8. 根据权利要求7所述的新能源发电模式下高载能企业调峰控制方法，其特征在于， 在步骤b中，所述多模式交替多尺度调节的调峰的分析方法，进一步包括： (1) 多运行模式交替 横向上，形成停休模式、正常模式、调峰模式和紧急模式四种模式交替的运行模式； 停休模式：当企业设备检修、线路故障、其他特殊情况下，企业强制停运，不能参加任何 形式的用户侧响应，标记停休状态，为电网运行部门作出警示； 正常模式：高载能企业正常运行，具备调峰能力，但电网调峰能力足够，不启用用户侧 调峰措施，高载能企业正常生产； 调峰模式：高载能企业具备调峰能力和条件，按照多目标优化的原则参与系统调峰，承 担部分调峰压力； 紧急模式：提前协调部分具备分钟级别快速调峰能力和条件的高载能企业，当电力系 统发生大的突发波动时，进入紧急控制模式，承担部分调峰压力而快速启停； (2) 多时间尺度调节 基于多时间尺度的高载能负荷参与调峰模型，将高载能负荷按照可调节时间和响应速 度分为日前调节，滚动调节和紧急调节三种，分别对应日前、小时和分钟级别的调峰模式； 对于不同类型的高载能企业，分别形成具体的运行模式如下： ① 可中断负荷参与新能源发电调峰的运行模式：具有可中断负荷特性的高载能企业进 行日前负荷统计，上报电网调度次日可中断负荷的详细原始信息； ② 激励负荷参与新能源发电调峰的运行模式：具有激励负荷特性的高载能企业进行日 前负荷统计，上报电网调度次日激励负荷的详细原始信息。
【文档编号】G06Q50/06GK104376412SQ201410645552
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】杜培东, 张刚, 王维洲, 郑晶晶, 刘福潮, 韩永军, 解佗, 马朝晖, 张建华, 李正远, 华夏, 陶国龙, 王庆玲 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 国网甘肃省电力公司电力科学研究院, 西安理工大学, 甘肃省电机工程学会科技咨询部