CN104766131A

CN104766131A - 多电源运行方式的优化方法

Info

Publication number: CN104766131A
Application number: CN201510045924.8A
Authority: CN
Inventors: 鲁宗相; 乔颖; 杨超颖; 赵俊屹
Original assignee: Tsinghua University; State Grid Corp of China SGCC; State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; State Grid Corp of China SGCC; State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: CN104766131B

Abstract

本发明提供一种多电源运行方式优化方法，包括以下步骤：将电供热地区的时序热负荷转换成时序电负荷，并加到系统时序电负荷中，做出总的持续电负荷曲线；将除电供热地区之外的剩余地区的总时序热负荷做出持续热负荷曲线；建立电/热综合供能的风电电量消纳能力优化模型；建立以系统煤耗成本最小为目标的优化模型，计算不同电供热规模下系统总煤耗成本；建立以单位采暖费用最小为目标的优化模型，计算不同电供热规模下电供热地区的采暖费用总成本；以及对以上三种优化模式的计算结果进行综合分析评价，选择最经济的运行方式。

Description

多电源运行方式的优化方法

技术领域

本发明涉及一种多电源运行方式优化方法，尤其涉及一种考虑电源和电/热负荷转换的供能灵活性，进行电/热综合供能多源运行方式优化的方法，属于电力系统运行与新能源技术领域。

背景技术

随着我国风电的迅速发展，风电并网出力占总出力的比例不断增加，然而，我国北方风电汇集地区的电源结构具有煤电为主、热电比例高、具有快速调节能力的机组少的特点，电源灵活性不足。在供暖季，热电联产机组以“以热定电”的方式运行，使得系统调峰能力不足，导致弃风问题十分突出。如果需要接纳更多的风电，需要电力系统有灵活的多电源运行方式。

电源灵活性指多时间尺度上的常规电源调节能力，可用给定时间内有功输出的变化能力刻画。供暖季存在大量的“弃风”现象是由于供暖季系统中大量运行的热电联产机组调节能力有限，导致的电力系统向下的调峰能力不足所致。

然而，由于热电联产机组具有电/热耦合特性，并且最大热电比的方法存在技术限制，因而在热负荷不变的前提下，现有电源很难在供暖季对风电消纳做出更大的贡献。另外，目前针对在供暖季节每日夜间负荷低谷时段弃风较为严重的问题，对基于电力系统运行分析背景的相关研究仍旧较少。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种考虑综合供能灵活性的多电源运行方式的优化方法。

一种多电源运行方式优化方法，包括以下步骤：步骤S10，将电供热地区的时序热负荷转换成时序电负荷，并加到系统时序电负荷中，做出总的持续电负荷曲线；步骤S20，将除电供热地区之外的剩余地区的总时序热负荷做出持续热负荷曲线；步骤S30，建立电/热综合供能的风电电量消纳能力优化模型，对不同电供热规模下的风电电量消纳能力进行评估；步骤S40，建立以系统煤耗成本最小为目标的优化模型，计算不同电供热规模下系统总煤耗成本；步骤S50，建立以单位采暖费用最小为目标的优化模型，计算不同电供热规模下电供热地区的采暖费用总成本；以及步骤S60，对S30～S50三种优化模式的计算结果进行综合分析评价，选择最经济的运行方式。

相对于现有技术，本发明提供的多电源运行方式优化方法，基于风电电量消纳能力最大、系统在满足电/热负荷需求下化石能源消耗最少、电供热地区单位采暖费用最小三种优化模式进行建模，该模型可计算不同规模电供热下的优化结果，并且计算方法具有普遍适用性，实现对多电源运行方式的优化，解决供暖季热电联产机组比例较高、风电消纳能力低下的现实问题。

附图说明

图1为本发明提供的考虑综合供能灵活性的多电源运行方式优化方法的流程图。

图2为图1所示的方法中背压式热电机组运行工况示意图。

图3为图1所示的方法中抽汽式热电机组运行工况示意图。

图4为图1所示的方法中模拟计算风电消纳率示意图。

图5为图1所示的方法中模拟计算三种电供热规模的风电消纳率对比示意图。

图6为图1所示的方法中模拟计算系统煤耗成本示意图。

图7为图1所示的方法中模拟计算采暖费用相对值示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。

请参阅图1，图1为本发明提供的考虑综合供能灵活性的多电源运行方式优化方法流程图，主要包括如下步骤：

步骤S10，将电供热地区的时序热负荷转换成时序电负荷，并加到系统时序电负荷中，做出总的持续电负荷曲线；

步骤S20，将除电供热地区之外的剩余地区的总时序热负荷做出持续热负荷曲线；

步骤S30，建立电/热综合供能的风电电量消纳能力优化模型，对不同电供热规模下的风电电量消纳能力进行评估；

步骤S40，建立以系统煤耗成本最小为目标的优化模型，计算不同电供热规模下系统总煤耗成本；

步骤S50，建立以单位采暖费用最小为目标的优化模型，计算不同电供热规模下电供热地区的采暖费用总成本；以及

步骤S60，对S30～S50三种优化模式的计算结果进行综合分析评价，选择最经济的运行方式。

在步骤30中，所述不同电供热规模下的风电电量消纳能力的评估具体包括如下步骤：

步骤S31，假定系统共有N台火电机组，其中热电联产机组数为M，则非供热机组为台。在M台热电联产机组中，有台抽汽式机组，台背压式机组。风电功率状态数为，对于状态i，概率为。则风电电量消纳最大化的优化模型如式(1)所示：

（1）

其中为风电功率累计概率函数，泛函表示各机组的概率函数自身及其交互特性，表示约束集，为研究周期，为风电状态i的最大功率值。

步骤S32，各热电联产机组以最小热功率安排生产，各非供热火电机组以最小电功率安排生产，并根据式(1)对风电电量的消纳能力进行评估。

步骤S40，不同电供热规模下系统总煤耗成本的计算具体步骤如下：

步骤S41，安排热电联产机组以最小方式生产，满足热负荷基荷，并以相应的最小电功率在持续电负荷曲线上带负荷。考虑共有个时段，并用j表示第j个时段，i表示第i个风电出力状态，H表示热功率，则此步骤所产生的费用为：

（2）

步骤S42，安排非供热火电机组以最小电功率安排生产，此步骤产生的费用为：

（3）

步骤S43，安排热电联产机组生产，满足剩余热负荷。

在步骤S43中，具体的，包括如下步骤：

步骤S431，在时段，安排每一热负荷增量时，选择综合煤耗增量最小的机组，可按照以下方法选择：

（4）

式中，可以如下表示：

（5）

式中，为热电联产机组运行区域，如图2和图3所示。

步骤S432，安排该热电机组生产，有：

（6）

（7）

式中，曲线G代表持续热负荷曲线，曲线代表持续热出力曲线；F代表持续电负荷曲线，代表持续发电曲线。

步骤S433，修正机组状态：

（8）

（9）

步骤S434，计算成本微增量：

（10）

步骤S435，重复计算式(4)～(10)，直到持续热负荷全部得到满足。此步骤总成本为：

（11）

步骤S44，安排风电生产。

由于不考虑风电煤耗成本，故不需计算费用。考虑风电共有个出力状态，对于风电出力状态i，其出力为，概率为，令，为风电额定功率。持续电负荷曲线F、持续发电曲线需要进行修正，具体如下：

（12）

（13）

式中，、分别为考虑风电安排生产后的修正持续电负荷曲线、修正持续发电曲线。

步骤S45，安排火电机组承担剩余电负荷。

具体的，所述火电机组的安排包括如下步骤：

步骤S451，按照煤耗微增量最小原则，选择机组。可如下选择：

（14）

步骤S452，安排所选择的机组生产：

（15）

步骤S453，修正机组状态：

（16）

步骤S454，计算成本微增量：

（17）

步骤S455，重复计算(14)～（17），直到持续电负荷曲线全部得到满足。此本步骤成本为：

（18）

步骤S456，计算总成本：

（19）

在步骤S50中，不同电供热规模下电供热地区的采暖费用总成本的计算包括如下步骤：

步骤S51，安排热电联产机组以最小方式生产，满足热负荷基荷，并以相应的最小电功率在负荷转换前的持续电负荷曲线上带负荷。

可采用式（20）~（22）满足非电供热地区持续热负荷曲线及转换前的持续电负荷曲线的一部分。

（20）

（21）

（22）

步骤S52，安排非供热火电机组以最小电功率安排生产，如式（23）、（24）所示。

（23）

（24）

步骤S53，安排风电在热/电负荷转换前的持续电负荷曲线上生产。

设对于时段j，风电共有种状态，概率为，有功功率为。每种状态在持续负荷曲线1中承担的电量为：

（25）

式中，为时段j的持续电负荷曲线最大功率值。

步骤S54，安排风电在步骤S10所做出的持续电负荷曲线上生产。

则承担完该部分后，风电无法消纳的部分去承担负荷转换后的持续负荷曲线。无法消纳的部分其三维概率分布为：

（26）

式中，与分别为原始风电在时段j出力状态i的概率、无法消纳的风电在时段j出力状态i的概率。

进而，采用式（27）、（28）求得风电在电持续负荷曲线2上的电量。

（27）

（28）

步骤S55，计算总费用及电供热地区单位能量与热电联产供热形式的费用之比。

考虑其单位电价为，得到成本为：

（29）

计算得到火电机组对热/电负荷转换后的电持续负荷曲线的供电量为：

（30）

（31）

最后，得到总费用：

（32）

并计算电供热地区单位能量与热电联产供热形式的费用之比为：

（33）

实施例一

本发明所述的考虑综合供能灵活性的多电源运行方式优化方法基于我国北方某区域电力系统供暖季电/热负荷按比例缩小的数据进行模拟计算，考虑系统有两座风电场，每座风电场装机容量为150MW，日内时段数，仿真周期为30日，其他参数如表1所示。

表1 仿真相关参数

具体步骤如下：

（1）根据步骤S10、S20将时序热负荷转换为电负荷。

（2）根据步骤S30，仿真计算得到随着电供热规模的增大，风电消纳率变化如图4所示。进而考虑电供热规模分别为0%、10%、20%、30%情形下的各时段的风电消纳率如图5所示。

（3）根据步骤S40，仿真计算得到随着电供热规模的增大，系统总煤耗成本变化曲线如图6所示。

（4）根据步骤S50，仿真计算得到随着电供热规模的增大，电供热地区单位采暖费用与热电联产供暖单位采暖费用的比值变化曲线如图7所示。

（5）根据步骤S60，从图4～6的结果知，风电供热对于风电消纳有着较大提升，并且增大电供热的规模是更大程度消纳风电的有效措施。然而，若全额消纳风电，将付出比允许一定量的弃风更大的经济代价。

本发明提供的综合供能灵活性的多电源运行方式优化方法，基于风电电量消纳能力最大、系统在满足电/热负荷需求下化石能源消耗最少、电供热地区单位采暖费用最小三种优化模式进行建模，该模型可计算不同规模电供热下的优化结果，并且计算方法具有普遍适用性。进一步，通过采用电供热的形式提升电/热供能的灵活性，有利于提升风电的消纳能力及其综合效益，实现对多电源运行方式的优化，解决供暖季热电联产机组比例较高、风电消纳能力低下的现实问题。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims

1.一种多电源运行方式的优化方法，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的多电源运行方式的优化方法，其特征在于，所述不同电供热规模下的风电电量消纳能力的评估包括如下步骤：

假定系统共有N台火电机组，其中热电联产机组数为M，则非供热机组为台；在M台热电联产机组中，有台抽汽式机组，台背压式机组；风电功率状态数为，对于状态i，概率为；则风电电量消纳最大化的优化模型为：

；

其中为风电功率累计概率函数，泛函表示各机组的概率函数自身及其交互特性，表示约束集，为研究周期，为风电状态i的最大功率值；以及

各热电联产机组以最小热功率安排生产，各非供热火电机组以最小电功率安排生产，并对风电电量的消纳能力进行评估。

3.如权利要求1所述的多电源运行方式的优化方法，其特征在于，不同电供热规模下系统总煤耗成本的计算包括如下步骤：

安排热电联产机组以最小方式生产，满足热负荷基荷，并以相应的最小电功率在持续电负荷曲线上带负荷，此步骤所产生的费用为；

安排非供热火电机组以最小电功率安排生产，此步骤产生的费用为；

安排热电联产机组生产，满足剩余热负荷；

安排风电生产；以及

安排火电机组承担剩余电负荷。

4.如权利要求3所述的多电源运行方式的优化方法，其特征在于，所述热电联产机组生产的安排包括如下步骤：

在时段，安排每一热负荷增量时，选择综合煤耗增量最小的机组；

安排该热电机组生产；

修正机组状态；

计算成本微增量；以及

重复以上步骤，直到持续热负荷全部得到满足，得到总成本。

5.如权利要求3所述的多电源运行方式的优化方法，其特征在于，所述非供热火电机组的安排包括如下步骤：

按照煤耗微增量最小原则，选择机组；

安排所选择的机组生产；

修正机组状态；

计算成本微增量；

重复上述步骤，直到持续电负荷曲线全部得到满足，得到火电机组的安排的成本为C₃；以及

计算总成本：。

6.如权利要求3所述的多电源运行方式的优化方法，其特征在于，不同电供热规模下电供热地区的采暖费用总成本的计算包括如下步骤：

安排热电联产机组以最小方式生产，满足热负荷基荷，并以相应的最小电功率在负荷转换前的持续电负荷曲线上带负荷；

安排非供热火电机组以最小电功率安排生产；

安排风电在热/电负荷转换前的持续电负荷曲线上生产；

安排风电在总的持续电负荷曲线上生产；

计算总费用及电供热地区单位能量与热电联产供热形式的费用之比。

7.如权利要求6所述的多电源运行方式的优化方法，其特征在于，所述总费用的的计算包括如下步骤：

设风电单位电价为，得到成本为：

，

其中，风电在电持续负荷曲线上的电量;

计算得到火电机组对热/电负荷转换后的成本为：

，

其中，为火电机组对热/电负荷转换后的电持续负荷曲线的供电量，为火电单位电价；

最后，得到总费用：

。

8.如权利要求1所述的多电源运行方式的优化方法，其特征在于，保持优先满足热负荷的前提下按照煤耗微增率从小到大的方式安排火电厂机组生产。

9.如权利要求1所述的多电源运行方式的优化方法，其特征在于，将热电联产机组、非供热机组、风电机组安排在时序热负荷转换前后的持续电负荷曲线上生产。