一种基于附加热源消纳弃风的电热联合系统调度方法与流程

本发明涉及电热联合系统调度策略技术领域，尤其涉及一种基于附加热源消纳弃风的电热联合系统调度方法。

背景技术：

我国现在是世界上最大的风力发电市场，截止到2016年，我国风力发电容量占全球风力发电容量的35％。尽管风电的渗透性日益增强，我国仍然面临着严重的风力削减问题，特别是在北方省份。风电消纳的主要障碍是电力系统的灵活性不够。然而，在我国北方地区，60％以上的发电机组是热电联产(chp)机组，为了保证供暖需求，热电联产机组采用“以热定电”的运行模式。热电联产机组“以热定电”的运行模式压缩了风电上网空间，加剧了弃风现象。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种一种基于附加热源消纳弃风的电热联合系统调度方法，本方法可扩大热电联产机组的调节范围，促进风电消纳，保证电热联合系统运行的经济性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于附加热源消纳弃风的电热联合系统调度方法，包括以下步骤：

步骤1：获取电热联合系统内的风电预测出力、系统电负荷和热负荷、系统内热电联产机组、火电机组、电锅炉和储热罐的技术参数；

步骤2：基于附加热源消纳弃风的方法建立电热联合系统调度策略；

步骤3：以电热联合系统发电成本小为调度目标，根据电热联合系统调度策略，建立电热联合系统调度模型，并对此调度模型进行求解。

步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：输入电热联合系统内、火电机组强迫出力、电热联合系统电负荷和热负荷；

步骤2.2：在热电联产机组“以热定电”运行模式下，热电联产机组热输出等于热负荷，其电出力为由系统内风电预测出力、火电机组出力、热电联产机组电出力和系统电负荷判断是否发生弃风，是，则进行步骤2.3；否，则进行步骤2.4；

其中，弃风判断标志为：

弃风量为：

△p＝p^tpu+p^chp+p^wf-pl

式中，ql为系统热负荷；c为热电联产机组的热电比；p^chp为热电联产机组的电出力；p^tpu为火电机组的电出力；p^wf为风电场预测出力；pl为系统电负荷；

步骤2.3：检测储热罐能量状态；

步骤2.3.1：判断储热罐是否能放热，是，则进行步骤2.3.2；否，则跳转至步骤2.3.4；

其中，当储热罐里储存的热量满足时为可放热，

式中，s^hst(t)为t时刻储热罐储存的热量；为储热罐额定容量；α为储热罐放热阈值；

步骤2.3.2：储热罐放出热量供热减少热电联产机组承担的热负荷，降低热电联产机组电出力；计算储热罐工作后提供的弃风消纳空间和热电联产机组的电出力、热出力；

其中，储热罐工作后提供的风电消纳空间为：

储热罐工作后chp机组热出力为：

储热罐工作后chp机组电出力为：

式中，△p^hst为储热罐工作后提供的风电消纳空间；为储热罐放热功率；q^chp为储热罐工作前chp机组热出力；q^chp'为储热罐工作后chp机组热出力；p^chp'为储热罐工作后chp机组电出力；

步骤2.3.3：由电热联合系统弃风量和储热罐提供的风电消纳空间判断储热罐工作后是否能消纳弃风；是，则储热罐工作后能完全消纳弃风，进行步骤2.6；否，则进行步骤2.3.4；

其中，储热罐是否可完全消纳弃风的判断标志为：

若储热罐工作后不能完全消纳弃风，则储热罐工作后的弃风量：

△p'＝△p-△p^hst

式中，△p'为储热罐工作后的电热联合系统弃风量；

步骤2.3.4：电锅炉启动；

步骤2.3.5：电锅炉消耗电能产生热能来供热，减少热电联产机组承担的热负荷，降低热电联产机组电出力；计算电锅炉工作后提供的弃风消纳空间和热电联产机组电出力、热出力和系统电负荷；

其中，电锅炉工作后提供的风电消纳空间为：

电锅炉工作后chp机组热出力为：

电锅炉工作后chp机组电出力为：

电锅炉工作后系统电负荷为：

pl'＝pl+p^eb

式中，△p^eb为电锅炉工作后提供的风电消纳空间；η为电锅炉电转热效率；p^eb为电锅炉额定电功率；q^chp”为电锅炉工作后chp机组热出力；p^chp”为电锅炉工作后chp机组电出力；pl'为电锅炉工作后系统电负荷；

步骤2.3.6：由储热罐工作后的电热联合系统弃风量和电锅炉提供的风电消纳空间判断电锅炉工作后是否能完全消纳剩余弃风，是，则进行步骤2.4；否，则发生弃风，进行步骤2.6；

其中，电锅炉是否能消纳剩余弃风的判断标志为：

若电锅炉工作后不能完全消纳剩余弃风，则电锅炉工作后的弃风量：

△p”＝△p'-△p^eb

式中，△p”为电锅炉工作后的电热联合系统弃风量；

步骤2.4：检测储热罐能量状态；

步骤2.4.1：判断储热罐是否能储热；是，则进行步骤2.4.2；否，则跳转至步骤2.5；

其中，当储热罐里储存的热量满足时为能储热；

式中，β为储热罐蓄热阈值；

步骤2.4.2：根据储热罐需要储存的热量提高热电联产机组热出力；

步骤2.4.3：储热罐从热电联产机组吸收热能；

步骤2.4.4：计算储热罐储存热能后热电联产机组的电出力、热出力；

其中，储热罐蓄热后热电联产机组的热出力为：

储热罐蓄热后热电联产机组的热出力为：

式中，q^chp”'为储热罐蓄热后chp机组热出力；p^chp”'为储热罐蓄热后chp机组电出力；为储热罐蓄热功率；

步骤2.5：根据系统内风电预测出力、热电联产机组电出力、火电机组出力、系统电负荷判断系统电能平衡状态；若发电量大于系统电负荷，则减少火电机组出力直到电能平衡；若发电量小于系统电负荷，则增加火电机组出力直到电能平衡；若电能平衡，则火电机组出力不变；

步骤2.6：以本次调度周期结束时火电机组出力和下一调度周期内系统风电预测出力、电负荷和热负荷作为输入，重复步骤2.2至步骤2.5，制定下一个调度周期系统热电联产机组、火电机组、储热罐和电锅炉的出力计划；

所述步骤3中电热联合系统调度模型包括火电机组成本模型、热电联产机组成本模型和火电机组启停成本模型，

电热联合系统调度模型为：

其中：火电机组成本函数为：

热电联产机组成本函数为：

火电机组启停成本：

si(uti)＝uti(1-u(t-1)i)si

式中，n为一天中调度周期时段数；△t为一个调度周期的时长；s^tpu为火电机组的数量的集合；s^chp为热电联产机组数量的集合；为t时刻第i台火电机组输出的电功率；ai、bi、ci为火电机组的燃煤成本系数；为t时刻第i台热电联产机组输出的电功率；为t时刻第i台热电联产机组输出的热功率；λ0.i、λ1.i、λ2.i、λ3.i、λ4.i、λ5.i为第i台热电联产机组燃煤成本系数；uit为t时刻火电机组i的启停状态，1、0分别表示运行和停机；si为火电机组i的启动成本。

所述电热联合系统调度模型的约束条件包括：电能平衡约束，供热平衡约束，储热罐运行约束，电锅炉运行约束，机组启停约束，各机组出力约束，机组爬坡约束。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明以实施步骤的形式建立了明确合理的利用附加热源消纳弃风的电热联合系统具体调度策略，为电热联合系统的协调调度提供了技术基础；

2、本发明在考虑发生弃风时电热联合系统运行策略的同时，也考虑了无弃风时由热电联产机组和火电机组组成的传统电热联合系统的运行策略，增加了电热联合系统调度策略的合理性；

3、本发明在考虑利用附加热源消纳弃风的同时，将火电机组的启停成本纳入电热联合调度系统经济性的考量，保证了电热联合系统运行的经济性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电热联合系统调度策略流程图；

图2为本发明实施例提供的电热联合系统结构图；

图3为本发明实施例提供的增加附加热源后的热电联产机组电热特性曲线图；

图4为本发明实施例提供的风电预测出力曲线和电负荷曲线图；

图5为本发明实施例提供的风电上网功率对比曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例的方法如下所述：

一种基于附加热源消纳弃风的电热联合系统调度方法，包括以下步骤：

步骤1：获取电热联合系统内的风电预测出力、系统电负荷和热负荷、系统内热电联产机组、火电机组、电锅炉和储热罐的技术参数；

所述技术参数包括：热电联机组最大发电功率、最小发电功率、最大供热功率、向上爬坡速率、向下爬坡速率、燃煤成本系数、热电比。火电机组最大发电功率、最小发电功率、向上爬坡速率、向下爬坡速率、燃煤成本系数。电锅炉额定电功率、电转热效率。储热罐最大储热容量、最大充/放热功率、充放热阈值。

其中，电热联合系统结构图如图2所示，系统中包含风电机组、火电机组、热电联产机组、电锅炉和储热罐；系统中含有电负荷和热负荷两种形式的负荷。

步骤2：基于附加热源消纳弃风的方法建立电热联合系统调度策略；

其中，基于附加热源消纳弃风的方法如图3所示；ad段代表热电机组工作在纯凝工况，在纯凝工况下机组不进行供热抽汽，进汽全部用于发电。ab和dc段为等进汽工况，在进汽不变的情况下，机组供热抽汽越多发电量越少。cv为最大和最小进汽量下，增加单位供热抽汽时发电量的减小值。bc段对应机组的背压工况，此时机组进汽全部用于供热，电热功率成线性关系可以用cm表示。在“以热定电”运行模式下，热电联产机组电出力和热出力存在耦合关系，在无附加热源的情况下，当系统热负荷为qt时，热电联产机组的电出力可以在pf～pe段调节，当加入附加热源后，如果附加热源的热出力为qs，则热电联产机组所需承担的热负荷为qt-qs，从图中可以看出，热电联产机组的电出力范围为ph～pg。系统中加入附加热源后热电联产机组的电出力范围增加了，这为风电上网提供了空间。

如图1所示，具体步骤如下：

步骤2.1：输入电热联合系统内、火电机组强迫出力、电热联合系统电负荷和热负荷；

其中，火电机组强迫出力是在火电机组最小技术出力的基础上预留8％～10％的机组旋转备用形成的。

步骤2.2：在热电联产机组“以热定电”运行模式下，热电联产机组热输出等于热负荷，其电出力为由系统内风电预测出力、火电机组出力、热电联产机组电出力和系统电负荷判断是否发生弃风，是，则进行步骤2.3；否，则进行步骤2.4；

其中，弃风判断标志为：

弃风量为：

△p＝p^tpu+p^chp+p^wf-pl

式中，ql为系统热负荷；c为热电联产机组的热电比；p^chp为热电联产机组的电出力；p^tpu为火电机组的电出力；p^wf为风电场预测出力；pl为系统电负荷；

步骤2.3：检测储热罐能量状态；

步骤2.3.1：判断储热罐是否能放热，是，则进行步骤2.3.2，否，则跳转至步骤2.3.4；

其中，当储热罐里储存的热量满足时为可放热，

式中，s^hst(t)为t时刻储热罐储存的热量；为储热罐额定容量；α为储热罐放热阈值，由储热罐的技术参数决定；

步骤2.3.2：储热罐放出热量供热减少热电联产机组承担的热负荷，降低热电联产机组电出力；计算储热罐工作后提供的弃风消纳空间和热电联产机组的电出力、热出力；

其中，储热罐工作后提供的风电消纳空间为：

储热罐工作后chp机组热出力为：

储热罐工作后chp机组电出力为：

式中，△p^hst为储热罐工作后提供的风电消纳空间；为储热罐放热功率；q^chp为储热罐工作前chp机组热出力；q^chp'为储热罐工作后chp机组热出力；p^chp'为储热罐工作后chp机组电出力；

步骤2.3.3：由电热联合系统弃风量和储热罐提供的风电消纳空间判断储热罐工作后是否能消纳弃风；是，则储热罐工作后能完全消纳弃风，进行步骤2.6；否，则进行步骤2.3.4；

其中，储热罐是否可完全消纳弃风的判断标志为：

若储热罐工作后不能完全消纳弃风，则储热罐工作后的弃风量：

△p'＝△p-△p^hst

式中，△p'为储热罐工作后的电热联合系统弃风量；

步骤2.3.4：电锅炉启动；

步骤2.3.5：电锅炉消耗电能产生热能来供热，减少热电联产机组承担的热负荷，降低热电联产机组电出力；计算电锅炉工作后提供的弃风消纳空间和热电联产机组电出力、热出力和系统电负荷；

其中，电锅炉工作后提供的风电消纳空间为：

电锅炉工作后chp机组热出力为：

电锅炉工作后chp机组电出力为：

电锅炉工作后系统电负荷为：

pl'＝pl+p^eb

式中，△p^eb为电锅炉工作后提供的风电消纳空间；η为电锅炉电转热效率；p^eb为电锅炉额定电功率；q^chp”为电锅炉工作后chp机组热出力；p^chp”为电锅炉工作后chp机组电出力；pl'为电锅炉工作后系统电负荷；

步骤2.3.6：由储热罐工作后的电热联合系统弃风量和电锅炉提供的风电消纳空间判断电锅炉工作后是否能完全消纳剩余弃风，是，则进行步骤2.4；否，则发生弃风，进行步骤2.6；

其中，电锅炉是否能消纳剩余弃风的判断标志为：

若电锅炉工作后不能完全消纳剩余弃风，则电锅炉工作后的弃风量：

△p”＝△p'-△p^eb

式中，△p”为电锅炉工作后的电热联合系统弃风量；

步骤2.4：检测储热罐能量状态；

步骤2.4.1：判断储热罐是否能储热；是，则进行步骤2.4.2；否，则跳转至步骤2.5；

其中，当储热罐里储存的热量满足时为能储热；

式中，β为储热罐蓄热阈值，由储热罐的技术参数决定；

步骤2.4.2：根据储热罐需要储存的热量提高热电联产机组热出力；

步骤2.4.3：储热罐从热电联产机组吸收热能；

步骤2.4.4：计算储热罐储存热能后热电联产机组的电出力、热出力；

其中，储热罐蓄热后热电联产机组的热出力为：

储热罐蓄热后热电联产机组的热出力为：

式中，q^chp”'为储热罐蓄热后chp机组热出力；p^chp”'为储热罐蓄热后chp机组电出力；为储热罐蓄热功率；

步骤2.5：根据系统内风电预测出力、热电联产机组电出力、火电机组出力、系统电负荷判断系统电能平衡状态；若发电量大于系统电负荷，则减少火电机组出力直到电能平衡；若发电量小于系统电负荷，则增加火电机组出力直到电能平衡；若电能平衡，则火电机组出力不变；

其中，热电联产机组电出力增加后，系统电能不再平衡，将由火电机组充当系统备用。如果电能过剩，则减少火电机组出力，甚至部分火电机组停机；如果电能不足，则增加火电机组出力。

步骤2.6：以本次调度周期结束时火电机组出力和下一调度周期内系统风电预测出力、电负荷和热负荷作为输入，重复步骤2.2至步骤2.5，制定下一个调度周期系统热电联产机组、火电机组、储热罐和电锅炉的出力计划；

步骤3：以电热联合系统发电成本最小为调度目标，根据电热联合系统调度策略，建立电热联合系统调度模型，并对此调度模型进行求解；电热联合系统调度模型为：

其中：火电机组成本函数为：

热电联产机组成本函数为：

火电机组启停成本：

si(uti)＝uti(1-u(t-1)i)si

式中，n为一天中调度周期时段数；△t为一个调度周期的时长；s^tpu为火电机组的数量的集合；s^chp为热电联产机组数量的集合；为t时刻第i台火电机组输出的电功率；ai、bi、ci为火电机组的燃煤成本系数；为t时刻第i台热电联产机组输出的电功率；为t时刻第i台热电联产机组输出的热功率；λ0.i、λ1.i、λ2.i、λ3.i、λ4.i、λ5.i为第i台热电联产机组燃煤成本系数；uit为t时刻火电机组i的启停状态，1、0分别表示运行和停机；si为火电机组i的启动成本。

其中，由于系统电能可能过剩，这时部分火电机组可能需要停机，而当系统电能不足时，停机的火电机组可能需要重新启动，故在电热联合系统调度模型中考虑火电机组启停成本；而热电联产机组需要一直承担热负荷，故热电联产机组一直处在工作状态。

所述电热联合系统调度模型的约束条件包括：电能平衡约束，供热平衡约束，储热罐运行约束，电锅炉运行约束，机组启停约束，各机组出力约束，机组爬坡约束。

本实施例中包括两台火电机组和6台热电联产机组，系统配置最大功率为200mw的电锅炉和最大充、放热功率为100mw，最大储热容量为1000mwh的储热装置，假设该日内热负荷基本不发生变化(均为900mw)。调度时段数t＝24，单位调度时间δt＝1h。热电联产机组具体参数如表1所示：

表1热电联产机组参数

热电联产机组具体参数如表2所示：

表2火电机组参数

本实施例中风电预测出力曲线和电负荷曲线如图4所示；

本实施例对比分析了考虑本发明所提策略后风电上网功率和不考虑所提策略的风电上网功率的调度结果，由表3和图5所示可知，采用本发明所提的调度策略后，系统调度成本下降了8.6万元，风电消纳量增加83mwh，可见，本发明所提策略有利于促进风电消纳；

表3不同运行方式下的调度结果对比

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。