本发明涉及一种优化方法及装置，具体涉及一种提升风电利用率的热电联产机组运行优化方法及装置。
背景技术：
北方冬季供热期，热电机组需将机组出力维持在较高水平以进行供暖。由于用电负荷有限，在热电机组长期维持在较高水平时，造成电力系统接纳风电的空间减小。接纳风电，不是电网在接纳风电，而是整个电力系统在接纳风电，造成弃风现象严重。
电力系统是由电源、用户和电网构成。电源包括火电、水电等常规电源，也包括风电等可再生能源，其作用是发电；电网负责将电源发出的电力传输给电能的消费者用户。因此，风电的最终消费者是用户。在风电的消纳过程中，需要常规电源的配合、电网的传输和用户的使用。
实际上人体对于温度的感知不算敏感，且供热管网和建筑物均具有一定的保温功效，供暖温度具有一定的调节空间，因此可以在风电限电时段，通过实施相应技术手段达到提升风电利用率的效果。
技术实现要素：
为了实现上述需求，本发明提出一种提升风电利用率的热电联产机组运行优化方法及装置，以确定热电机组出力调节范围为基础，优化热电联产机组的运行方式，在保障居民供暖质量不变的前提下，提升了风电利用率。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种提升风电利用率的热电联产机组运行优化方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
建立热电联产机组的热-电出力关系模型；
确定热电联产机组的热出力调节范围；
在所述热电联产机组的热出力调节范围内，执行热-电出力的联合优化，输出热电联产机组运行方式最优解。
优选的，所述热电联产机组包括背压式机组和抽气式机组；
根据背压式机组发电出力与热出力的比值，建立背压式机组热-电出力关系模型如下所示：
式中，表示第i台背压式机组在t时刻的发电出力，表示第i台背压式机组在t时刻的热出力，表示第i台背压式机组的发电出力与热出力之比；
根据组根据抽气式机组发电出力与热出力的比值，建立抽气式机组热-电出力关系模型：
式中，表示第i台抽气式机组在t时刻的发电出力，表示第i台抽气式机组在t时刻的热出力，表示第i台抽气式机组的发电出力与热出力之比；和分别表示第i台抽气式机组发电出力的上、下限。
优选的，所述确定热电联产机组的出力调节范围包括：以供热管网的热惯性、热延迟特性以及建筑物保温特性为约束条件，通过下式确定t时刻热电联产机组热出力Ht,i的边界其表达式为：
式中，Δt为热网管道传送延迟时间；ε为热网管道损耗系数，H表示热电联产机组的热出力；K1为建筑物散热系数，K2为建筑物储热系数，K3为建筑物内空气储热系数，表示节点i在t时刻的热电联产机组供热范围内的热负荷；β为室内空气温度和墙体温度的耦合系数为t时刻室外的温度；表示t时刻墙壁的温度值；和为保证人体舒适度的室内温度上限和温度下限；
联立式(3)-式(5)，则：
式中，为常数，表示相邻时刻墙壁温度变化的上限，分别为满足用户侧热负荷需求的热电联产机组热出力最大值和最小值。
优选的，所述在热电联产机组的出力调节范围内，执行热-电出力的联合优化包括：添加关于热电联产机组运行方式和电力系统相关属性的约束条件，定义新能源接纳能力最大化为目标函数，并将其输入CPLEX软件，输出热电联产机组运行方式最优解：
式中，T为调度时间的总长度；t为仿真时间步长；I为节点总数；i为节点索引；为优化变量，表示t时刻系统接纳i节点风电场的出力值。
进一步地，所述添加关于热电联产机组运行方式的约束条件包括：
热平衡约束：
热出力上、下限约束：
发电出力与热出力之间的关系约束：
式中，Ht,i为常数，表示t时刻i节点的热负荷大小；和均为正变量，分别表示背压式供热机组和抽气式供热机组的热出力值；
和均为正变量，分别表示背压式机组和抽气式机组发电出力；为常数；和均为常数，分别表示背压式机组的最小发电出力，以及抽气式机组的最小、最大发电出力。
进一步地，所述添加关于电力系统相关属性的约束条件包括：
最小启停机时间约束：
启停机状态逻辑约束：
火电机组出力约束：
负荷平衡约束：
线路潮流约束：
系统旋转备用约束：
风电功率约束：
式中，为二进制0-1变量，其值为“1”表示火电机组处于运行状态，其值为“0”则表示火电机组处于停机状态；
和均为二进制0-1变量，分别表示向机组发送开启/停机指令“1”和停止发送开启/停机指令“0”；K1和K2均为常数，分别表示机组最小启机时间和最小停机时间；和分别为火电机组最大、最小出力值；E为期望值；
Pl为常数，表示负荷大小；L为总负荷数；l为负荷索引；M为Nline×I维常数矩阵，表示直流潮流转移矩阵，其中Nline为传输线路个数；I为系统总节点数；为线路传输上限；P为各节点注入有功功率，其值为各节点发电出力之和与热负荷的差值；为风电场理论出力。
一种提升风电利用率的热电联产机组运行优化装置，所述装置包括：
处理单元，用于建立热电联产机组的热-电出力关系模型；
调控单元，用于确定热电联产机组的热出力调节范围；
优化单元，用于在所述热电联产机组的热出力调节范围内，执行热-电出力的联合优化，输出热电联产机组运行方式最优解。
优选的，所述处理单元包括：
背压式机组处理子单元，用于根据背压式机组发电出力与热出力的比值，建立背压式机组热-电出力关系模型；
抽气式机组处理子单元，用于根据抽气式机组发电出力与热出力的比值，建立抽气式机组热-电出力关系模型。
优选的，所述调控单元包括：
条件约束子单元，用于添加热电联产机组热出力的供热管网的热惯性、热延迟特性以及建筑物保温特性的约束条件；
确定子单元，用于根据条件约束子单元，确定热电联产机组热出力的边界。
优选的，所述优化单元包括：
第一设置子单元，用于添加热电联产机组运行方式和电力系统相关属性的约束；
第二设置子单元，用于定义新能源接纳能力最大化为目标函数，
输出子单元，用于将第一、第二设置子单元包含的数据输入CPLEX软件，输出热电联产机组运行方式最优解。
与最接近的现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明所提出的方法及装置，通过建立热电联产机组的热-电出力关系模型；确定热电联产机组的出力调节范围。在热电联产机组的出力超出调节范围内，执行热-电出力的联合优化。通过添加关于供热管网和建筑物的保温特性和电力系统相关属性的约束条件，利用CPLEX规划法输出热电联产机组运行方式最优解，使得热电联产机组的热-电出力灵活调整；本方法的提出可供技术人员在风电限电发生之前，提前提高热电联产机组热出力，在高于热电联产机组出力范围运行时，提升热电联产机组供热范围内室内温度；在风电限电时段，降低热电联产机组电出力，在低于热电联产机组范围内运行，为风电消纳预留空间，从而提升风电利用率，同时监测热电联产机组热出力，保证其最低供热量；待风电限电时段结束后，恢复热电联产机组出力至正常范围内，有效提升风电利用率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的热电联产机组运行优化方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种提升风电利用率的热电联产机组运行优化方法和装置，
首先统计分析全网热电联产机组基础信息，包括热电联产机组额定容量、最小技术出力、供热范围以及热电机组出力与供暖温度间的关系等数据；
其次基于不同热电机组供热范围的热负荷预测结果以及各台机组的热电关系，通过热负荷与电负荷之间的函数关系，确定热电机组的边界；
然后基于风电功率预测和系统负荷预测，在考虑电力系统运行约束和热电机组运行约束的条件下，对电力系统接纳风电的能力进行评估，预计发生限电的时间段；并综合考虑供热管网和建筑物的保温特性，在保证居民供暖质量的前提下，通过热负荷与电负荷之间的函数关系，确定热电联产机组出力的可调节范围；
最后结合电力系统相关属性，即负荷和风电运行等情况，在热出力和发电出力的调节范围内，执行热-电出力的联合优化，输出运行方式最优解。该方法的提出可实现在预计风电限电发生之前，提前提高热电联产机组热出力，在高于热电机组基本运行点的范围内运行，提升热电联产机组供热范围内室内温度；在风电限电时段，降低热电联产机组出力，在低于热电机组基本运行点范围内运行时，为风电消纳预留空间，从而提升风电利用率，同时监测热电联产机组热出力，保证其最低供热量；待风电限电时段结束后，恢复其出力至正常范围。
所述方法包括下述步骤：
建立热电联产机组的热-电出力关系模型；
所述热电联产机组包括背压式机组和抽气式机组；
根据背压式机组发电出力与热出力的比值，建立背压式机组热-电出力关系模型如下所示：
式中，表示第i台背压式机组在t时刻的发电出力(MW)，表示第i台背压式机组在t时刻的热出力，表示第i台背压式机组的发电出力与热出力之比；
根据组根据抽气式机组发电出力与热出力的比值，建立抽气式机组热-电出力关系模型：
式中，表示第i台抽气式机组在t时刻的发电出力，表示第i台抽气式机组在t时刻的热出力(GJ)，表示第i台抽气式机组的发电出力与热出力之比；和分别表示第i台抽气式机组发电出力的上、下限。
确定热电联产机组的出力调节范围包括：以供热管网的热惯性、热延迟特性以及建筑物保温特性为约束条件，通过下式确定t时刻热电联产机组热出力Ht,i的边界其表达式为：
式中，Δt为热网管道传送延迟时间；ε为热网管道损耗系数，H表示热电联产机组的热出力；K1为建筑物散热系数，K2为建筑物储热系数，K3为建筑物内空气储热系数，表示节点i在t时刻的热电联产机组供热范围内的热负荷；β为室内空气温度和墙体温度的耦合系数为t时刻室外的温度；表示t时刻墙壁的温度值；和为保证人体舒适度的室内温度上限和温度下限；
联立式(3)-式(5)，则
式中，为常数，表示相邻时刻墙壁温度变化的上限，分别为满足用户侧热负荷需求的热电联产机组热出力最大值和最小值。
在热电联产机组的出力调节范围内，执行热-电出力的联合优化，输出热电联产机组运行方式最优解包括：
添加关于热电联产机组运行方式和电力系统相关属性的约束条件，定义新能源接纳能力最大化为目标函数，并将其输入CPLEX软件，输出热电联产机组运行方式最优解：
式中，T为调度时间的总长度；t为仿真时间步长；I为节点总数；i为节点索引；为优化变量，表示t时刻系统接纳i节点风电场的出力值。
其中，添加关于热电联产机组运行方式的约束条件包括：
热平衡约束：
热出力上、下限约束：
发电出力与热出力之间的关系约束：
式中，Ht,i为常数，表示t时刻i节点的热负荷大小；和均为正变量，分别表示背压式供热机组和抽气式供热机组的热出力值；
和均为正变量，分别表示背压式机组和抽气式机组发电出力；为常数；和均为常数，分别表示背压式机组的最小发电出力，以及抽气式机组的最小、最大发电出力。
其中，添加关于电力系统相关属性的约束条件包括：
最小启停机时间约束：
启停机状态逻辑约束：
火电机组出力约束：
负荷平衡约束：
线路潮流约束：
系统旋转备用约束：
风电功率约束：
式中，为二进制0-1变量，其值为“1”表示火电机组处于运行状态，其值为“0”则表示火电机组处于停机状态；
和均为二进制0-1变量，分别表示向机组发送开启/停机指令“1”和停止发送开启/停机指令“0”；K1和K2均为常数，分别表示机组最小启机时间和最小停机时间；和分别为火电机组最大、最小出力值；E为期望值；
Pl为常数，表示负荷大小；L为总负荷数；l为负荷索引；M为Nline×I维常数矩阵，表示直流潮流转移矩阵，其中Nline为传输线路个数；I为系统总节点数；为线路传输上限；P为各节点注入有功功率，其值为各节点发电出力之和与热负荷的差值；为风电场理论出力。
此外，本发明提出一种提升风电利用率的热电联产机组运行优化装置，所述装置包括：
处理单元，用于建立热电联产机组的热-电出力关系模型；
所述处理单元包括：
背压式机组处理子单元，用于根据背压式机组发电出力与热出力的比值，建立背压式机组热-电出力关系模型；
抽气式机组处理子单元，用于根据抽气式机组发电出力与热出力的比值，建立抽气式机组热-电出力关系模型。
调控单元，用于确定热电联产机组的热出力调节范围；
所述调控单元包括：
条件约束子单元，用于添加热电联产机组热出力的供热管网的热惯性、热延迟特性以及建筑物保温特性的约束；
确定子单元，用于根据条件约束子单元，确定热电联产机组热出力的边界。
优化单元，用于在所述热电联产机组的热出力调节范围内，执行热-电出力的联合优化，输出热电联产机组运行方式最优解；
所述优化单元包括：
第一设置子单元，用于添加关于热电联产机组运行方式和电力系统相关属性的约束条件；
第二设置子单元，用于定义新能源接纳能力最大化为目标函数；
输出子单元，用于将第一、第二设置子单元包含的数据输入CPLEX软件，输出热电联产机组运行方式最优解。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。