一种电热耦合综合能源系统运行优化方法及系统

本发明涉及电热耦合，特别是涉及一种参与电力系统一次调频的电热耦合综合能源系统运行优化方法及系统。

背景技术：

1、构建以新能源为主体的新型电力系统是应对一次能源危机和环境污染双重压力的有效路径。大规模新能源通过变流器接入电网，使得整个电力系统的惯量水平降低，调频能力减弱，不利于系统的频率稳定性，严重时会造成电力系统频率稳定崩溃，甚至引起大面积停电事故发生。

2、综合能源系统是构建新型电力系统的重要环节，具有多能互补特性，最大化消纳风光可再生能源，提供能源的综合利用效率。电热耦合综合能源系统是多能互补协同的重要形式。考虑到热力系统的热惯性慢动态特性，通过充分利用与挖掘综合能源系统的热惯性，提高电力系统运行的灵活性，保障电力系统运行的可靠性与安全性。

3、目前虽已开展了关于热力系统的热惯性特性提升综合能源系统的运行灵活性，但鲜有研究综合能源系统与电力系统的综合调频策略与方法。现有的研究中主要关心综合能源系统各子系统的协同优化，缺少充分利用热力系统的热惯性提升系统调频功率备用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电热耦合综合能源系统运行优化方法及系统，基于热惯量对电力系统调频功率进行优化配置，提高综合能源的利用效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种电热耦合综合能源系统运行优化方法，方法包括：

4、获取电热耦合综合能源系统的实测数据集；所述电热耦合综合能源系统包括电力系统、热力系统、储能系统、散热系统和能量传输系统；所述电力系统包括火电机组、热电联产机组、风电机组和光伏电站；所述热力系统包括电锅炉、换热站和热网；

5、基于所述实测数据集确定所述电力系统的最小惯量需求，然后根据所述最小惯量需求建立实时惯量约束；

6、基于所述实测数据集，分别建立系统运行功率平衡约束、系统设备出力限值约束、系统设备运行限值约束和供热终端室内温度约束；

7、基于所述实时惯量约束、所述系统运行功率平衡约束、所述系统设备出力限值约束、所述系统设备运行限值约束和所述供热终端室内温度约束，以所述电热耦合综合能源系统的运行成本最小为目标，建立电热系统调频策略模型；

8、对所述电热系统调频策略模型求解，以得到所述电力系统的最优调频结果；

9、基于所述实测数据集，分别计算当前最小惯量需求值和系统当前惯量；

10、当所述系统当前惯量小于所述当前最小惯量需求值时，依据所述最优调频结果对所述电力系统进行调频，直至调频后所述电力系统的频率数据满足预设频率范围时，退出调频。

11、可选地，所述实测数据集包括火电机组的当前旋转动能、风电机组基于虚拟惯量提供的转子动能、储能系统基于虚拟惯量提供的能量、负荷频率响应提供的能量、电力系统的总容量和电力系统的当前功率扰动值；

12、其中，所述虚拟惯量是根据所述热力系统的热源热惯性模型、热网热惯性模型和热负荷热惯性模型确定的；

13、基于所述实测数据集，分别计算当前最小惯量需求值和系统当前惯量，具体包括：

14、根据所述电力系统的当前功率扰动值和预设频率变化率，计算当前最小惯量需求值；

15、根据所述火电机组的当前旋转动能、所述风电机组基于虚拟惯量提供的转子动能、所述储能系统基于虚拟惯量提供的能量、所述负荷频率响应提供的能量和所述电力系统的总容量，计算系统当前惯量。

16、一种电热耦合综合能源系统运行优化系统，系统包括：

17、数据集获取模块，用于获取电热耦合综合能源系统的实测数据集；所述电热耦合综合能源系统包括电力系统、热力系统、储能系统、散热系统和能量传输系统；所述电力系统包括火电机组、热电联产机组、风电机组和光伏电站；所述热力系统包括电锅炉、换热站和热网；

18、惯量约束构建模块，用于基于所述实测数据集确定所述电力系统的最小惯量需求，然后根据所述最小惯量需求建立实时惯量约束；

19、约束建立模块，用于基于所述实测数据集，分别建立系统运行功率平衡约束、系统设备出力限值约束、系统设备运行限值约束和供热终端室内温度约束；

20、调频优化模型构建模块，用于基于所述实时惯量约束、所述系统运行功率平衡约束、所述系统设备出力限值约束、所述系统设备运行限值约束和所述供热终端室内温度约束，以所述电热耦合综合能源系统的运行成本最小为目标，建立电热系统调频策略模型；

21、模型求解模块，用于对所述电热系统调频策略模型求解，以得到所述电力系统的最优调频结果；

22、惯量计算模块，用于基于所述实测数据集，分别计算当前最小惯量需求值和系统当前惯量；

23、系统调频模块，用于当所述系统当前惯量小于所述当前最小惯量需求值时，依据所述最优调频结果对所述电力系统进行调频，直至调频后所述电力系统的频率数据满足预设频率范围时，退出调频。

24、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

25、本发明公开一种电热耦合综合能源系统运行优化方法及系统，参与电力系统一次调频，根据实测数据集确定电力系统的最小惯量需求，进而建立实时惯量约束，结合系统运行功率平衡约束、系统设备出力限值约束、系统设备运行限值约束和供热终端室内温度约束，以电热耦合综合能源系统的运行成本最小为目标，建立电热系统调频策略模型。通过对模型求解得到各调频资源的调频功率输出最优配置方案。然后对电热耦合综合能源系统的当前最小惯量需求值和系统当前惯量进行计算和比较，当系统当前惯量小于当前最小惯量需求值时，依据最优调频结果对电力系统进行调频，直至调频后电力系统的频率数据满足预设频率范围时退出调频，从而完成一次完整的调频过程，实现对于电热耦合综合能源系统的运行过程的优化。本发明中通过实测数据对电力系统的最小惯量需求进行计算并参与到电热系统调频策略模型的构建中，实现了基于热力系统的热惯性对综合能源系统的运行优化，能够有效促进对新能源(风光)的利用。

技术特征：

1.一种电热耦合综合能源系统运行优化方法，其特征在于，方法包括：

2.根据权利要求1所述的电热耦合综合能源系统运行优化方法，其特征在于，所述实测数据集包括火电机组的当前旋转动能、风电机组基于虚拟惯量提供的转子动能、储能系统基于虚拟惯量提供的能量、负荷频率响应提供的能量、电力系统的总容量和电力系统的当前功率扰动值；

3.根据权利要求2所述的电热耦合综合能源系统运行优化方法，其特征在于，所述当前最小惯量需求值的计算公式如下：

4.根据权利要求2所述的电热耦合综合能源系统运行优化方法，其特征在于，所述系统当前惯量的计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的电热耦合综合能源系统运行优化方法，其特征在于，以所述电热耦合综合能源系统的运行成本最小为目标，具体包括：

6.根据权利要求1所述的电热耦合综合能源系统运行优化方法，其特征在于，所述系统运行功率平衡约束包括电力功率平衡约束、热力功率平衡约束以及热交换约束；

7.根据权利要求6所述的电热耦合综合能源系统运行优化方法，其特征在于，所述电力功率平衡约束为：

8.根据权利要求1所述的电热耦合综合能源系统运行优化方法，其特征在于，方法还包括：

9.一种电热耦合综合能源系统运行优化系统，其特征在于，系统包括：

技术总结
本发明公开一种电热耦合综合能源系统运行优化方法及系统，涉及电热耦合技术领域，方法包括：基于电热耦合综合能源系统的实测数据集确定电力系统的最小惯量需求；建立实时惯量约束、系统运行功率平衡约束、系统设备出力限值约束、系统设备运行限值约束和供热终端室内温度约束，然后以电热耦合综合能源系统的运行成本最小为目标建立电热系统调频策略模型；对模型求解以得到电力系统的最优调频结果；当系统当前惯量小于当前最小惯量需求值时，依据最优调频结果对电力系统进行调频，直至调频后电力系统的频率数据满足预设频率范围时退出调频。本发明基于惯量对调频功率进行优化配置，以提高综合能源的利用效率。

技术研发人员：杨培宏,范鹏翔,亢岚,张晓明,张自雷
受保护的技术使用者：内蒙古科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12