一种蓄能用电系统的节能评价和节能控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统运行控制技术领域，具体涉及一种蓄能用电系统的节能评价 和节能控制方法。
【背景技术】
[0002] 蓄能用电技术是需求侧管理中负荷管理的重要措施，常见的蓄能用电技术有空调 蓄冷蓄热技术、电热锅炉技术、抽水蓄能技术、压缩空气储能、飞轮储能、电池储能等技术。
[0003] 蓄能用电技术的优势主要体现在3个方面：①增加了低谷时段用电，提高了电力 系统的负荷率；②负荷高峰时段释能以满足系统峰时的用能需求，降低了系统峰时电力需 求；③与间歇性新能源配合，提高间歇性能源的利用率，改善其经济性。但是，由于蓄能用电 比正常用电多了蓄能和蓄能转换为用能的过程，使得整体的能效下降，抽水蓄能效率一般 为65 %~75 %，压缩空气储能效率为65 %左右，冰蓄冷中央空调效率约为63 %。
[0004] 目前，对蓄能用电技术的研究集中在考虑成本、电费等因素的经济优化控制方法 及对蓄能用电技术节能效果的经济性评价，而有关蓄能用电技术的节能评价方法和节能优 化控制策略尚待设计开发。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种蓄能用电系统的节能评价和节能 控制方法，用于评价蓄能用电技术节能效果，并指导蓄能用电系统节能优化控制措施的执 行。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种蓄能用电系统的节能评价和节能控制方法，所述方法包括以下步 骤：
[0008] 步骤1 :定义节点煤耗率，并通过构建最优潮流模型求解节点煤耗率；
[0009] 步骤2 :计算蓄能用电系统的节能率，并进行节能评价；
[0010] 步骤3 :构建优化控制模型，实现节能控制。
[0011] 所述步骤1中，节点煤耗率是指电力系统用电侧节点i增加消耗每kWh电能，而其 他节点负荷保持不变时，发电侧以最节能的手段满足负荷增长所消耗的标煤量，用A表示， 单位为g/kWh ;节点i的节点煤耗率表示为：
[0013] 其中，f表示发电侧的总煤耗，Af表示发电侧的总煤耗微增量，匕表示以交流最优 潮流为优化手段的发电侧总煤耗，A匕表示节点i的负荷有功功率微增量，？^表示节点i 的负荷有功功率，Ptt表示第k台发电机组发出的有功功率，Fk(Pa)表示第k台发电机组的 煤耗特性，ak、bjP c k表示发电机组的煤耗特性参数，NG表示发电机台数，k = 1，2,…，NG。 [0014] 最优潮流模型的目标函数表示为：
[0016] 其中，Fk(Pa)表示第k台发电机组的煤耗特性，P a表示第k台发电机组的有功功 率，NG表示发电机台数，k = 1，2,…，NG，fs表示以交流最优潮流为优化手段的发电侧总煤 耗；
[0017] 上述目标函数对应的的约束条件包括功率平衡约束和不等式约束；
[0018] 功率平衡约束表示为：
[0021] 不等式约束表示为：
[0025] 其中，Ptt表示第k台发电机组的有功功率，^和禮分别表示第k台发电机组的 有功功率下限和上限，Qa表示第k台发电机组的无功功率，'和^分别表示第k台发电 机组的无功功率下限和上限，NG表示发电机台数，PjP Q i分别表示节点i的注入有功功率 和无功功率，Ρω和Q&分别表示节点i上电源发出的有功功率和无功功率，PjP ^分别表 示负荷的有功功率和无功功率，和B ^表示节点i与节点j之间的电导和电纳，Θ ^表示 节点i与节点j之间的相角差，1和V ,分别表示节点i和节点j的电压幅值，<和f分别 表示节点i的电压幅值下限和上限，j = 1，2,…，η，η表示节点总数；
[0026] 构造最优潮流模型的拉格朗日函数Γ，有：
[0028] 其中，匕表示以交流最优潮流为优化手段的发电侧总煤耗，μ表示障碍参数，
为不等式约束对应的松弛变量，λ ρι和λ qi为拉格朗日乘 子；
[0029] 于是，当负荷变化时，有：
[0031] 所述步骤2具体包括以下步骤：
[0032] 步骤2-1 :计算蓄能用电系统以非蓄能用电方式运行时的总节点用电煤耗C。。，有：
[0034] 其中，rjt)表示节点i在t时刻的节点煤耗率，PD1(t)表示非蓄能用电方式下t 时刻蓄能用电系统所带负荷的用电功率，n w(t)表示蓄能用电系统的用电效率，PM表示蓄 能用电系统的直接用电功率上限；TW为蓄能用电系统满足负荷用能需求的工作时段；
[0035] 步骤2-2 :计算蓄能用电系统以蓄能用电方式运行时的总节点用电煤耗Cd，有：
[0037] 其中，PD2 (t)表示蓄能用电方式下t时刻蓄能用电系统所带负荷的用电功率，？。"表 示蓄能用电系统的释能功率上限；
[0038] 步骤2-3 :计算蓄能用电系统的节能率α，有：
[0040] 步骤2-4 :根据蓄能用电系统的节能率进行节能评价，具体有：
[0041] 当α >〇时，表明蓄能用电系统处于节能运行状态，且α越大，表明蓄能用电系 统节能效果越好；
[0042] 当α彡〇时，表明蓄能用电系统处于非节能运行状态。
[0043] 所述步骤3中，构建如下优化控制模型，使得节点用电煤耗最小，实现蓄能用电系 统的节能控制；
[0045] 其中，C。表示节点用电煤耗，P(t)表示蓄能用电系统t时刻对电力系统的电能取 用功率，ri(t)表示节点i在t时刻的节点煤耗率；Ps(t)表示蓄能用电系统的蓄能功率， Hs(t)表示蓄能用电系统的蓄能效率;Pw(t)表示蓄能用电系统直接用电功率，ri w(t)表示 蓄能用电系统的用电效率；Pjt)表示蓄能用电系统的释能功率，njt)表示蓄能用电系统 的释能效率，Pss(t)表示蓄能用电系统的蓄能取用功率；Psni表示蓄能用电系统的蓄能功率 上限，Pwni表示蓄能用电系统的直接用电功率上限，？。"表示蓄能用电系统的释能功率上限； PD(t)表示蓄能用电系统t时亥IJ的负荷用电功率，Qsa表示蓄能用电系统在蓄能时段的总蓄 能量，Qs。表示蓄能用电系统在蓄能前的剩余能量，Q sm表示蓄能用电系统的总容量，Q su表示 蓄能用电系统在用能时段所使用的蓄能量；TS表示蓄能用电系统的蓄能时段，1\为蓄能用 电系统满足负荷用能需求的工作时段。
[0046] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0047] 本发明提供的蓄能用电系统的节能评价和节能控制方法，以电力系统能效评估的 节点煤耗率为基础，提出实现蓄能用电技术节能评价的节点用电煤耗指标，通过该指标对 蓄能用电技术进行节能评价；建立优化控制模型，并从节能角度对基于电力系统能效评估 的蓄能用电技术进行节能优化控制。
【附图说明】
[0048] 图1是本发明实施例中蓄能用电系统的节能评价和节能控制方法流程图；
[0049] 图2是本发明实施例中电力系统组成及其各环节能效示意图。
【具体实施方式】
[0050] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0051] 本发明提供一种蓄能用电系统的节能评价和节能控制方法，如图1，所述方法包括 以下步骤：
[0052] 步骤1 :定义节点煤耗率，并通过构建最优潮流模型求解节点煤耗率；
[0053] 步骤2 :计算蓄能用电系统的节能率，并进行节能评价；
[0054] 步骤3 :构建优化控制模型，实现节能控制。
[0055] 所述步骤1中，节点煤耗率是指电力系统用电侧节点i增加消耗每kWh电能，而其 他节点负荷保持不变时，发电侧以最节能的手段满足负荷增长所消耗的标煤量，用A表示， 单位为g/kWh ;节点煤耗率是衡量系统中节点能效的指标，系统各环节能效指标如图1所 不。
[0056] 节点i的节点煤耗率&表示为：
[0058] 其中，f表示发电侧的总煤耗，Af表示发电侧的总煤耗微增量，匕表示以交流最优 潮流为优化手段的发电侧总煤耗，A匕表示节点i的负荷有功功率微增量，？^表示节点i 的负荷有功功率，Ptt表示第k台发电机组发出的有功功率，Fk(Pa)表示第k台发电机组的 煤耗特性，ak、bjP c k表示发电机组的煤耗特性参数，NG表示发电机台数，k = 1，2,…，NG。
[0059] 最优潮流模型的目标函数表示为：
[0061] 其中，Fk(Pa)表示第k台发电机组的煤耗特性，P a表示第k台发电机组的有功功 率，NG表示发电机台数，k = 1，2,…，NG，fs表示以交流最优潮流为优化手段的发电侧总煤 耗；
[0062] 上述目标函数对应的的约束条件包括功率平衡约束和不等式约束；
[0063] 功率平衡约束表示为：
[0070] 其中，Ptt表示第k台发电机组的有功功率，瑤和分别表示第k台发电机组的 有功功率下限和上限，Qtt表示第k台发电机组的无功功率，:?和齡分别表示第k台发电 机组的无功功率下限和上限，NG表示发电机台数，PjP Q i分别表示节点i的注入有功功率 和无功功率，Ρω和Q&分别表示节点i上电源发出的有功功率和无功功率，PjP ^分别表 示负荷的有功功率和无功功率，和B ^表示节点i与节点j之间的电导和电纳，Θ ^表示 节点i