CN103023025B - 一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电系统及方法，包括风电场（7）、光伏电站（6），所述的系统还包括焚烧锅炉/汽轮发电机组（10）、垃圾填埋气发电机组（13），以及协调和控制风电场（7）、光伏电站（6）、焚烧锅炉/汽轮发电机组（10）、垃圾填埋气发电机组（13）工作的控制系统；本发明提出的多元可再生能源互补发电运行调度方法，通过上述组合调度方式对风电和光伏发电预报误差进行补正，使上报电力公司的中长期发电功率预报精度提高50％，区域电网公共接口处电压波动幅度减小5％。

Description

一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电系统及方法

技术领域

本发明涉及一种发电系统及方法，具体的说是一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电系统及方法，其中多元可再生能源互补发电形式包括：垃圾填埋气发电、树枝与秸杆等可焚烧固体垃圾焚烧发电、风力发电、太阳能光伏发电和太阳能热发电。

背景技术

建设垃圾处置场的主要目的是为及时、足额处理生活垃圾；因此，可再生能源和资源的回收利用，在生活垃圾处置场建设过程中居于次要地位。垃圾处置场内各种生产设备用电，以及互补发电系统的自用电，既可以由电网提供，也可以来自互补发电系统。

在生活垃圾处置场内建设的风能和光伏等可再生能源具有波动性强、可控性差的缺点；所以，接入风电、沼气、光伏和垃圾焚烧等多元可再生能源发电系统的生活垃圾处置场内区域电网，其有功和无功调度异常困难；相关区域供电电压和频率波动较大；多元可再生能源所发出的电能，经常因为质量差、不可调度或影响电网安全等原因而被电网公司抛弃。

中国专利CN102003337A公开了一种适应于大规模风电并网的电网主站端风电场有功功率控制方法。该发明部分解决了高风电渗透率下的风电消纳问题。该发明的重要贡献包括：①提出一种含风电场控制的区域电网有功调度框架。该调度框架采用以“发电计划跟踪”为主，以风电机组“直接参与调频”为辅的控制原则；②提出一种风电场有功功率控制模式。该控制模式以提高电网对风电接纳能力并最大程度消纳风电等可再生能源为目标、以保证系统风电接入重要断面稳定裕度为前提、以风电参与电网有功控制为手段。③提出一种风电场有功控制对象建模方法。该建模方法特点是针对风电控制特性设计模型结构和参数。

1）区域电网有功调度框架原理：①高频降出力调节，即放弃部分风能；②工频减出力调节，机组在正常情况下“降额发电”，始终留有一定的备用调节裕度；

2）“发电计划跟踪”方式：①综合考虑电网安全约束（风电接入断面稳定极限公式和输送通道安全裕度），采用多时间尺度风电功率预测，同时虑及相同时间尺度负荷预测、网络拓扑和检修计划，并以经济指标最好为目标优化计算风电场发电计划；②发电计划下发至风电场自动功率控制系统（automatic generating control，AGC），由AGC将其分解至各台风电机组进行控制；

3）风电接入断面稳定裕度保证方式：①根据风电接入断面稳定极限公式计算风电场总可调出力上限值；②采用基于综合分担因子的功率分配策略，在直调风电场中进行出力分配。③当风电场总出力计算值位于输送通道的安全裕度范围内时，则不限制风电场出力，并按最大发电能力来编制风电场发电计划；当风电场总出力计算值超过风电通道的最大输送能力，则采用修正方法重新计算风电场发电计划。

上述分析表明该发明存在以下不足：

1）该发明只解决风电并网后主站端风电场有功功率控制问题，对无功功率控制没有涉及。而风电等可再生能源在有功功率大幅波动同时都伴生着无功功率波动。无功功率波动对电网电压稳定构成威胁，不利于电网对风电等可再生能源消纳能力的提高。

2）无论区域电网频率偏高还是频率正常，该发明提出的区域电网有功调度框架都将放弃部分风能，以便稳定电网频率，或者为频率调节留出备用裕度。被放弃的这部分风能，意味着电网对风电消纳能力的进一步提高受到限制。

3）“发电计划跟踪”方式表明，该发明提出的电网主站端风电场有功功率控制是前馈控制，信息流是单向的，即发电计划由主站端决策，并将决策结果向风电场AGC传送，最终由各台风电机组控制器执行底层有功功率控制。信息单向流动的后果是，风电机组有功功率实际运行数据在主站端决策过程中被忽视，不仅造成有用信息的浪费，而且使风电场发电计划执行效果得不到保证。

4）仅仅针对风电场接入电网后有功功率控制提出了一种解决办法，而对垃圾处置场多元能源接入电网相关控制问题没有涉及。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电系统，用于解决接入多元可再生能源的生活垃圾处置场区域电网运行过程中有功和无功的互补调度技术问题。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电方法，用于解决接入多元可再生能源的生活垃圾处置场区域电网运行过程中有功和无功的互补调度技术问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电系统，包括风电场、光伏电站，其特征在于：所述的系统还包括焚烧锅炉/汽轮发电机组、垃圾填埋气发电机组，以及协调和控制风电场、光伏电站、焚烧锅炉/汽轮发电机组、垃圾填埋气发电机组工作的控制系统。

上述的垃圾处置场多元可再生能源互补发电系统，所述的控制系统包括，用于逐时预估未来24小时垃圾焚烧发电厂、风电场、填埋气发电场和光伏电站发电的多元可再生能源发电功率预估器；用于预估未来24小时垃圾处置场生产用电负荷逐时变化规律的用电负荷预估器；用于计算区域电网未来24小时上网发电功率的发电计划生成器；用于监测垃圾存储仓状态的焚烧发电厂垃圾仓监测管理器；用于协调垃圾存储仓库存、垃圾焚烧量、锅炉蒸发量和汽轮发电机组发电量的焚烧锅炉/汽轮机协调控制器；用于监测填埋气储罐压力、容积和成分，规划抽气量和储气计划的填埋气储罐监测管理器；用于协调风电场内各台风电机组出力，并预告风力发电场输出功率与计划输出功率的偏差量的风电场协调控制器；用于控制光伏电站输出功率，并短期预告光伏电站输出功率与计划发电功率的偏差量的光伏电站协调控制器；用于监测风力场和用电负荷无功功率变化，采用反馈控制技术，通过对焚烧发电厂同步发电机和填埋气发电场同步发电机进行励磁调节，使区域电网对外接口处功率因数持续满足电网要求的区域电网无功补偿控制器；

发电计划生成器的输入端连接用电负荷预估器和多元可再生能源发电功率预估器，发电计划生成器的输出端连接光伏电站协调控制器、风电场协调控制器、区域电网无功补偿控制器、焚烧锅炉/汽轮机协调控制器、填埋气储罐监测管理器、焚烧发电厂垃圾仓监测管理器，区域电网无功补偿控制器的输出端连接焚烧锅炉/汽轮发电机组和填埋气发电机组，填埋气储罐监测管理器的输入端分别连接填埋气发电机组和发电计划生成器。

同时，本发明还提出了一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电方法，所述方法包括：

步骤一，多元可再生能源发电功率预估器逐时预估未来24小时各个发电单元的发电功率；

步骤二，用电负荷预估器估计未来24小时用电负荷功率逐时变化规律；

步骤三，发电计划生成器逐时规划区域电网未来24小时上网发电功率；

步骤四，将步骤三生成的区域电网未来24小时上网发电计划报送电网公司；该发电计划同时传送至各个发电单元；

步骤五，焚烧发电厂垃圾仓监测管理器监测垃圾存储仓库存容积、重量、垃圾湿度，称量进/出仓垃圾重量，估测仓内垃圾热值，并根据区域电网24小时发电计划，规划未来72小时垃圾存储仓库存量；

步骤六，焚烧锅炉/汽轮机协调控制器协调垃圾存储仓库存、垃圾焚烧量、锅炉蒸发量和汽轮发电机组发电量；

步骤七，填埋气储罐监测管理器监测填埋气储罐压力、容积和成分，规划垃圾填埋气抽气量和填埋气储罐储气计划；

步骤八，风电场协调控制器协调风电场内各台风电机组出力，并预告短期内风力发电场输出功率与计划输出功率的偏差量；

步骤九，光伏电站协调控制器控制光伏电站输出功率，并短期预告光伏电站6输出功率与计划发电功率的偏差量；

步骤十，区域电网无功补偿控制器调节焚烧发电厂和填埋气发电场同步发电机励磁，使区域电网对外接口处功率因数持续满足电网要求。

与单纯接入风电场或光伏电站的普通区域电网相比，垃圾处置场由于采用了焚烧发电和填埋气发电等可预测、可调节的可再生能源发电单元，因此具备采用“规划+闭环反馈控制”组合方式进行运行调度的条件。本发明提出的多元可再生能源互补发电运行调度方法，通过上述组合调度方式对风电和光伏发电预报误差进行补正，使上报电力公司的中长期发电功率预报精度提高50%，区域电网公共接口处电压波动幅度减小5%。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图。

图中标号说明：

1-多元可再生能源发电功率预估器；2-用电负荷预估器；3-发电计划生成器；4-光伏电站协调控制器；5-风电场协调控制器；6-光伏电站；7-风电场；8-区域电网无功补偿控制器；9-焚烧锅炉/汽轮机协调控制器；10-焚烧锅炉/汽轮发电机组；11-焚烧发电厂垃圾仓监测管理器；12-垃圾存储仓；13-填埋气发电机组；14-填埋气储罐监测管理器；15-填埋气储罐。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

该垃圾处置场多元可再生能源互补发电系统包括风电场7、光伏电站6、焚烧锅炉/汽轮发电机组10、垃圾填埋气发电机组13，以及协调和控制风电场7、光伏电站6、焚烧锅炉/汽轮发电机组10、垃圾填埋气发电机组13工作的控制系统，控制系统由下列单元组成：

1.多元可再生能源发电功率预估器

根据中长期天气预报逐时预估未来24小时风电场7和光伏电站6发电功率。

根据垃圾存储仓12现有储量、垃圾湿度、进料速度和焚烧速度，逐时预估未来24小时垃圾焚烧发电功率。

根据24小时内填埋气抽取量、成分和压力，以及抽气井、抽气机和发电机工作状况，采用时间序列预测模型，逐时预估未来24小时填埋气发电功率。

2.用电负荷预估器

根据垃圾处理设备用电容量、工作制、维修状况、生产计划，采用区域电网用电负荷逐时变化统计模型，估计未来24小时用电负荷功率逐时变化规律。

3.发电计划生成器

依据多元可再生能源发电功率预估器1和用电负荷预估器2的估计值，通过叠加计算逐时规划区域电网未来24小时上网发电功率。

发电计划生成器3的计算结果，根据使用目的分别传送：①报送电网公司，作为大电网调度和发电计划执行效果考核依据；②传送至垃圾处置场内各元可再生能源发电场的协调控制器，分别作为各元可再生能源发电场未来24小时有功/无功调度计划的执行目标。

4.焚烧发电厂垃圾仓监测管理器

监测垃圾存储仓12库存容积、重量、垃圾湿度，称量进/出仓垃圾重量。通过多点采样和统计分析，估测仓内垃圾热值。根据区域电网24小时发电计划，为应对突发事故，以降低区域电网公共出口处功率变化幅度为目标，规划未来72小时垃圾存储仓12库存量。

5.焚烧锅炉/汽轮机协调控制器

以弥补风电场、光伏电站实际发电量与区域电网内各元可再生能源发电场24小时发电计划之间的偏差为目标，协调垃圾存储仓12库存、垃圾焚烧量、锅炉蒸发量和汽轮发电机组发电量，通过反馈控制使区域电网公共出口处逐时发电量满足总体发电计划目标。

6.填埋气储罐监测管理器

监测填埋气储罐15压力、容积和成分，根据未来24小时发电计划分解值，规划垃圾填埋气抽气量和填埋气储罐15储气计划。

7.风电场协调控制器

依据未来24小时区域电网有功/无功调度计划目标分解值和短期内（2小时）天气预报值，根据风电机组特性及各台风电机组保养状况，协调风电场内各台风电机组出力，并精确预告短期内风力发电场输出功率与计划输出功率的偏差量。

8.光伏电站协调控制器

以未来24小时区域电网有功/无功调度计划目标分解值和短期内（2小时）天气预报值为基础，根据光伏电池寿命、其表面清洁状况和逆变设备负荷状况，通过调整光伏电池板对太阳的跟踪角度来控制光伏电站输出功率，并短期预告光伏电站输出功率与计划发电功率的偏差量。

9.区域电网无功补偿控制器

监测风力场和用电负荷无功功率变化，采用反馈控制技术，通过对焚烧发电厂同步发电机和填埋气发电场同步发电机进行励磁调节，使区域电网对外接口处功率因数持续满足电网公司要求。

发电计划生成器3的输入端连接用电负荷预估器2和多元可再生能源发电功率预估器1，发电计划生成器3的输出端连接光伏电站协调控制器4、风电场协调控制器5、区域电网无功补偿控制器8、焚烧锅炉/汽轮机协调控制器9、填埋气储罐15监测管理器、焚烧发电厂垃圾仓监测管理器11，区域电网无功补偿控制器8的输出端连接焚烧锅炉/汽轮发电机组10和填埋气发电机组13，填埋气储罐15监测管理器的输入端分别连接填埋气发电机组13和发电计划生成器3。

本发明中垃圾处置场多元可再生能源互补发电方法包括：

步骤一，多元可再生能源发电功率预估器1逐时预估未来24小时各个发电单元的发电功率；

步骤二，用电负荷预估器2估计未来24小时用电负荷功率逐时变化规律；

步骤三，发电计划生成器3逐时规划区域电网未来24小时上网发电功率；

步骤四，将步骤三生成的区域电网未来24小时上网发电计划报送电网公司；该发电计划同时传送至各个发电单元；

步骤五，焚烧发电厂垃圾仓监测管理器11监测垃圾存储仓12库存容积、重量、垃圾湿度，称量进/出仓垃圾重量，估测仓内垃圾热值，并根据区域电网24小时发电计划，规划未来72小时垃圾存储仓12库存量；

步骤六，焚烧锅炉/汽轮机协调控制器9协调垃圾存储仓12库存、垃圾焚烧量、锅炉蒸发量和汽轮发电机组发电量；

步骤七，填埋气储罐15监测管理器监测填埋气储罐15压力、容积和成分，规划垃圾填埋气抽气量和填埋气储罐15储气计划；

步骤八，风电场协调控制器5协调风电场内各台风电机组出力，并预告短期内风力发电场输出功率与计划输出功率的偏差量；

步骤九，光伏电站协调控制器4控制光伏电站输出功率，并短期预告光伏电站输出功率与计划发电功率的偏差量；

步骤十，区域电网无功补偿控制器8调节焚烧发电厂和填埋气发电场同步发电机励磁，使区域电网对外接口处功率因数持续满足电网公司要求。

所述发电单元包括：风电场、光伏电站、焚烧发电厂和填埋气发电场。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护的范围。

Claims (2)

1.一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电系统，包括风电场(7)、光伏电站(6)，其特征在于：所述的系统还包括焚烧锅炉/汽轮发电机组(10)、垃圾填埋气发电机组(13)，以及协调和控制风电场(7)、光伏电站(6)、焚烧锅炉/汽轮发电机组(10)、垃圾填埋气发电机组(13)工作的控制系统；所述的控制系统包括，

用于逐时预估未来24小时垃圾焚烧发电厂、风电场(7)、填埋气发电场和光伏电站(6)发电的多元可再生能源发电功率预估器(1)；

用于预估未来24小时垃圾处置场生产用电负荷逐时变化规律的用电负荷预估器(2)；

用于计算区域电网未来24小时上网发电功率的发电计划生成器(3)；

用于监测垃圾存储仓(12)状态的焚烧发电厂垃圾仓监测管理器(11)；

用于协调垃圾存储仓(12)库存、垃圾焚烧量、锅炉蒸发量和汽轮发电机组发电量的焚烧锅炉/汽轮机协调控制器(9)；

用于监测填埋气储罐(15)压力、容积和成分，规划抽气量和储气计划的填埋气储罐监测管理器(14)；

用于协调风电场(7)内各台风电机组出力，并预告风力发电场输出功率与计划输出功率的偏差量的风电场协调控制器(5)；

用于控制光伏电站(6)输出功率，并短期预告光伏电站(6)输出功率与计划发电功率的偏差量的光伏电站协调控制器(4)；

用于监测风力场和用电负荷无功功率变化，采用反馈控制技术，通过对焚烧发电厂同步发电机和填埋气发电场同步发电机进行励磁调节，使区域电网对外接口处功率因数持续满足电网要求的区域电网无功补偿控制器(8)；

发电计划生成器(3)的输入端连接用电负荷预估器(2)和多元可再生能源发电功率预估器(1)，发电计划生成器(3)的输出端连接光伏电站协调控制器(4)、风电场协调控制器(5)、区域电网无功补偿控制器(8)、焚烧锅炉/汽轮机协调控制器(9)、填埋气储罐监测管理器(14)、焚烧发电厂垃圾仓监测管理器(11)，区域电网无功补偿控制器(8)的输出端连接焚烧锅炉/汽轮发电机组(10)和填埋气发电机组(13)，填埋气储罐监测管理器(14)的输入端分别连接填埋气发电机组(13)和发电计划生成器(3)。

2.一种垃圾处置场多元可再生能源互补发电方法，其特征在于：

所述方法如下：

步骤一，多元可再生能源发电功率预估器(1)逐时预估未来24小时各个发电单元的发电功率；

步骤二，用电负荷预估器(2)估计未来24小时用电负荷功率逐时变化规律；

步骤三，发电计划生成器(3)逐时规划区域电网未来24小时上网发电功率；

步骤四，将步骤三生成的区域电网未来24小时上网发电计划报送电网公司；该发电计划同时传送至各个发电单元；

步骤五，焚烧发电厂垃圾仓监测管理器(11)监测垃圾存储仓(12)库存容积、重量、垃圾湿度，称量进/出仓垃圾重量，估测仓内垃圾热值，并根据区域电网24小时发电计划，规划未来72小时垃圾存储仓(12)库存量；

步骤六，焚烧锅炉/汽轮机协调控制器(9)协调垃圾存储仓(12)库存、垃圾焚烧量、锅炉蒸发量和汽轮发电机组发电量；

步骤七，填埋气储罐监测管理器(14)监测填埋气储罐(15)压力、容积和成分，规划垃圾填埋气抽气量和填埋气储罐(15)储气计划；

步骤八，风电场协调控制器(5)协调风电场(7)内各台风电机组出力，并预告短期内风力发电场输出功率与计划输出功率的偏差量；

步骤九，光伏电站协调控制器(4)控制光伏电站(6)输出功率，并短期预告光伏电站(6)输出功率与计划发电功率的偏差量；

步骤十，区域电网无功补偿控制器(8)调节焚烧发电厂和填埋气发电场同步发电机励磁，使区域电网对外接口处功率因数持续满足电网要求。