考虑电解铝负荷的电网日前调度方法及系统与流程

本发明涉及电力系统运行优化，特别是涉及一种考虑电解铝负荷的电网日前调度方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着电网中风光等可再生能源占比的提高，风光等可再生能源波动性需要电网配备灵活资源对其进行消纳，在传统电网中，该灵活资源为火电机组，目前大多也都是依赖于火电机组的调节，但随着风光比例的继续增加，传统灵活资源的数量可能不足或者经济性低，仅依靠火电机组通常无法满足电网调峰需求，存在风电消纳受阻现象，局限于仅利用常规负荷或仅利用高载能负荷参与调控，没有充分利用负荷侧的调峰能力。

3、电解铝负荷指通过电解法生产铝的电解铝工厂负荷，能够在不同用电功率下生产铝，且在生产过程中通过改变用电功率也能够满足电网对备用资源的需求，因此可以作为调节资源纳入到电网的日前调度中，也可以为电网的调度提供备用资源。

4、而电解铝负荷的接入，一方面加大地区负荷总量，提升电网水电消纳能力，另一方面由于其增长速度的快速性及负荷量大、集中供电等用电特性，大量的电解铝负荷接入后对电网的安全稳定也带来较大影响。所以若不能进行稳定控制，不仅会影响铝的生产质量，对电能质量及电网供电可靠性都有较大影响。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种考虑电解铝负荷的电网日前调度方法及系统，考虑电解铝负荷提供备用量之前的运营成本和收益以及提供备用量之后的备用成本，在接入大量电解铝负荷参与调节时，提高对电网调度的稳定性控制。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种考虑电解铝负荷的电网日前调度方法，包括：

4、采用电解铝负荷成本模型、机组成本模型和系统预期切负荷成本模型，以各调度时段的总运行成本最小为优化目标，以机组运行约束、节点能量平衡约束、传输线潮流约束和相角约束为运行约束条件，进行电网日前调度；

5、其中，所述电解铝负荷成本模型包括电解铝负荷提供备用量之前的净成本和电解铝负荷的备用成本，电解铝负荷提供备用量之前的净成本包括电解铝负荷提供备用量之前的运营成本与收益的差值；

6、所述机组成本模型包括机组的运营成本、备用成本和启停成本；

7、所述系统预期切负荷成本模型包括系统预期切负荷损失，所述系统预期切负荷损失根据电解铝负荷的用电功率和备用量以及机组的发电功率和备用量得到。

8、作为可选择的实施方式，电解铝负荷提供备用量之前的运营成本根据电解铝负荷的用电功率和电解铝生产状态得到，电解铝负荷提供备用量之前的收益根据电解铝负荷的用电功率和单位时间的铝产量得到；分别为：

9、

10、

11、其中，cas,t为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的运营成本；为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的收益；prm为生产单位铝需要的其他成本单价；yas,t为在调度时段t下单位时间的铝产量；cm为保温状态下的经营成本；cf为冷却状态下的设备损失成本；α1为区分产出状态和保温状态的临界功率系数；pas,0为电解铝负荷的额定功率；pas,t为电解铝负荷在调度时段t的用电功率；α2为区分保温状态和冷却状态的临界功率系数；pal为铝的出售单价；

12、电解铝负荷在调度时段t的用电功率和在调度时段t下单位时间的铝产量分别为：

13、

14、

15、其中，ias,t为电解铝负荷在调度时段t的电流；ηy为电解铝负荷电流和铝产量之间的二次项关系系数；ηp1为电解铝负荷电流和用电功率之间的二次项关系系数；ηp2为电解铝负荷电流和用电功率之间的一次项关系系数。

16、作为可选择的实施方式，电解铝负荷的备用成本根据电解铝负荷提供备用量之前的运营成本与收益和提供备用量之后的运营成本与收益得到；具体为：

17、

18、其中，为电解铝负荷在调度时段t的备用成本；β为备用成本与调节成本间的比例系数；cas,t,r为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之后的运营成本；为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之后的收益；cas,t为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的运营成本；为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的收益。

19、本发明将电解铝负荷纳入电网日前调度中，考虑电解铝负荷提供备用量之前的运营成本和收益以及提供备用量之后的备用成本，考虑电解铝负荷的调节能力，从而实现对电解铝负荷各调度时段的用电功率和备用量的调度，由此对电解铝负荷一天内的用电功率进行优化，且在某些时间段还能够提供备用，实现在接入大量电解铝负荷参与调节时，提高对电网调度的稳定性控制。

20、作为可选择的实施方式，系统预期切负荷成本模型为：

21、

22、其中，为调度时段t的系统预期切负荷损失；lt为调度时段t的系统其他负荷；pas,t为电解铝负荷在调度时段t的用电功率；pg,t为调度时段t的机组的发电功率；pre,s,t为调度时段t场景s中的可再生能源发电量；rg,t为调度时段t机组提供的备用量；ras,t为调度时段t的电解铝负荷提供的备用量；pc为系统切负荷的单位损失价格；γs为场景s的概率值。

23、作为可选择的实施方式，所述优化目标为：

24、

25、其中，λ1、λ2和λ3分别表示机组运营成本的二次项系数、一次项系数和常数系数；pg,t为调度时段t的机组的发电功率；表示机组的启动成本；表示机组的停机成本；表示机组的单位备用成本；rg,t为调度时段t机组提供的备用量；yg,t表示机组开机的0-1变量；zg,t表示机组停机的0-1变量；cas,t为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的运营成本；为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的收益；为调度时段t的系统预期切负荷损失；为电解铝负荷在调度时段t的备用成本；

26、得到的电网日前调度结果包括各调度时段的机组启停状态、发电功率和备用量以及电解铝负荷的用电功率和备用量。

27、本发明除了考虑电解铝负荷成本外，还考虑了机组成本和系统预期切负荷成本，以用于保证机组的安全运行，系统预期切负荷成本则是为了保证电网日前调度运行的可靠性，当系统的发电量和备用量无法满足负荷量时，系统会进行切负荷，由此，通过电解铝负荷成本模型、机组成本模型和系统预期切负荷成本模型，得到在考虑总运行成本最优的情况下，电网运行过程中各调度时段的机组启停状态、发电功率和备用量以及电解铝负荷的用电功率和备用量等，为电网提供更多的灵活资源，减轻对火电机组调节的依赖，为消纳更多具有波动性的可再生能源提供基础。

28、第二方面，本发明提供一种考虑电解铝负荷的电网日前调度系统，包括：

29、调度模块，被配置为采用电解铝负荷成本模型、机组成本模型和系统预期切负荷成本模型，以各调度时段的总运行成本最小为优化目标，以机组运行约束、节点能量平衡约束、传输线潮流约束和相角约束为运行约束条件，进行电网日前调度；

30、其中，所述电解铝负荷成本模型包括电解铝负荷提供备用量之前的净成本和电解铝负荷的备用成本，电解铝负荷提供备用量之前的净成本包括电解铝负荷提供备用量之前的运营成本与收益的差值；

31、所述机组成本模型包括机组的运营成本、备用成本和启停成本；

32、所述系统预期切负荷成本模型包括系统预期切负荷损失，所述系统预期切负荷损失根据电解铝负荷的用电功率和备用量以及机组的发电功率和备用量得到。

33、作为可选择的实施方式，电解铝负荷提供备用量之前的运营成本根据电解铝负荷的用电功率和电解铝生产状态得到，电解铝负荷提供备用量之前的收益根据电解铝负荷的用电功率和单位时间的铝产量得到；分别为：

34、

35、

36、其中，cas,t为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的运营成本；为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的收益；prm为生产单位铝需要的其他成本单价；yas,t为在调度时段t下单位时间的铝产量；cm为保温状态下的经营成本；cf为冷却状态下的设备损失成本；α1为区分产出状态和保温状态的临界功率系数；pas,0为电解铝负荷的额定功率；pas,t为电解铝负荷在调度时段t的用电功率；α2为区分保温状态和冷却状态的临界功率系数；pal为铝的出售单价；

37、电解铝负荷在调度时段t的用电功率和在调度时段t下单位时间的铝产量分别为：

38、

39、

40、其中，ias,t为电解铝负荷在调度时段t的电流；ηy为电解铝负荷电流和铝产量之间的二次项关系系数；ηp1为电解铝负荷电流和用电功率之间的二次项关系系数；ηp2为电解铝负荷电流和用电功率之间的一次项关系系数。

41、作为可选择的实施方式，电解铝负荷的备用成本根据电解铝负荷提供备用量之前的运营成本与收益和提供备用量之后的运营成本与收益得到；具体为：

42、

43、其中，为电解铝负荷在调度时段t的备用成本；β为备用成本与调节成本间的比例系数；cas,t,r为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之后的运营成本；为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之后的收益；cas,t为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的运营成本；为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的收益。

44、作为可选择的实施方式，系统预期切负荷成本模型为：

45、

46、其中，为调度时段t的系统预期切负荷损失；lt为调度时段t的系统其他负荷；pas,t为电解铝负荷在调度时段t的用电功率；pg,t为调度时段t的机组的发电功率；pre,s,t为调度时段t场景s中的可再生能源发电量；rg,t为调度时段t机组提供的备用量；ras,t为调度时段t的电解铝负荷提供的备用量；pc为系统切负荷的单位损失价格；γs为场景s的概率值。

47、作为可选择的实施方式，所述优化目标为：

48、

49、其中，λ1、λ2和λ3分别表示机组运营成本的二次项系数、一次项系数和常数系数；pg,t为调度时段t的机组的发电功率；表示机组的启动成本；表示机组的停机成本；表示机组的单位备用成本；rg,t为调度时段t机组提供的备用量；yg,t表示机组开机的0-1变量；zg,t表示机组停机的0-1变量；cas,t为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的运营成本；为电解铝负荷在调度时段t提供备用量之前的收益；为调度时段t的系统预期切负荷损失；为电解铝负荷在调度时段t的备用成本；

50、得到的电网日前调度结果包括各调度时段的机组启停状态、发电功率和备用量以及电解铝负荷的用电功率和备用量。

51、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

52、本发明提出一种考虑电解铝负荷的电网日前调度方法及系统，发挥负荷侧的调节作用，电解铝负荷作为负荷侧最大的用电行业，将电解铝负荷纳入电网日前调度中，构建电解铝负荷成本模型，电解铝生产状态分为产出状态、保温状态和冷却状态，在产出状态时有生产铝所需要的原材料成本和经营成本，且能够产出铝，具有收益；在保温状态时，不再生产铝，没有原材料成本，但仍有经营成本；在冷却状态时，不生产铝，但较大的设备受损成本；同时，电解铝负荷还具有与生产状态有关的备用成本，由此，在电解铝负荷成本模型中考虑电解铝负荷提供备用量之前的运营成本和收益以及提供备用量之后的备用成本，考虑电解铝负荷的调节能力，从而实现对电解铝负荷各调度时段的用电功率和备用量的调度，由此对电解铝负荷一天内的用电功率进行优化，不是整天以满功率运行，且在某些时间段还能够提供备用，在接入大量电解铝负荷参与调节时，提高对电网调度的稳定性控制，保障电能质量及电网供电可靠性。

53、本发明提出一种考虑电解铝负荷的电网日前调度方法及系统，除了考虑电解铝负荷成本外，还考虑了机组成本和系统预期切负荷成本，考虑机组的出力约束、备用量约束和启停约束保证机组的安全运行，系统预期切负荷成本则是为了保证电网日前调度运行的可靠性，当系统的发电量和备用量无法满足负荷量时，系统会进行切负荷；由此，通过电解铝负荷成本模型、机组成本模型和系统预期切负荷成本模型，得到在考虑总运行成本最优的情况下，电网运行过程中各调度时段的机组启停状态、发电功率和备用量以及电解铝负荷的用电功率和备用量等，为电网提供更多的灵活资源，减轻对火电机组调节的依赖，为消纳更多具有波动性的可再生能源提供基础。

54、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。