CN105373844A - 基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明为基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法，包括获取风电供暖系统的次日初始储热量、次日各采样点的预测供暖负荷和最大用电负荷，并建立与之相关的能量平衡模型、电功率模型和储热量模型，通过上述三个模型获得次日采样点的用电负荷并据此进行日前发电。本方法据需求热量和耗电量的关系获得的次日各采样点的用电负荷进行日前发电，保证电网调度的安全、经济性，并能方便把风电供暖系统加入电网日前发电调度系统中。本发明还公开一种系统。

Description

基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法，还涉及一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法系统。

背景技术

近年来，我国北方地区风电发展迅速，装机容量持续增加，但风电消纳问题突出，弃风情况严重，已经成为制约风电发展的首要瓶颈。根据国家能源局统计，2013年全国风电弃风电量约为162亿千瓦时。

北方地区的弃风主要发生在冬季供暖期，在风电大量弃风的同时，大量采用燃煤锅炉等形式的供暖系统大量消耗化石能源并排放污染物。风电出力具有间歇性和不确定性，其和电力负荷需求之间不匹配，利用风电供暖一方面可以增加系统负荷，减小弃风，另一方面加入储热装置可以在风电出力大的时段将多余的能量存储起来，在风电出力小的时段释放能量保证供暖需求。采用风电供暖，可以减少弃风并实现节能减排，效益巨大，目前发展迅速。因此，需要根据热量需求制定日前发电计划，这是实现风能发电系统综合效益、实现安全性、经济性、环保性的重要内容，也是建设风能发电智能全景优化控制系统必不可少的环节。

发明内容

本发明提供一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法，该方法法根据需求热量和耗电量的关系获得次日各采样点的用电负荷，并根据该次日各采样点的用电负荷进行日前发电，可以保证电网调度的安全性和经济性，且变量少，可方便将风电供暖系统加入电网日前发电调度系统中。

本发明还提供一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划系统。

一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法，包括以下步骤：

获取所述风电供暖系统的次日初始储热量、次日各采样点的预测供暖负荷和最大用电负荷；

根据所述风电供暖系统全天产生的热能和全天消耗的电能之间能量守恒的原则建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、所述风电供暖系统的漏热损失率和所述次日各采样点的用电负荷之间的能量平衡模型；

根据所述次日各采样点的用电负荷和所述最大用电负荷的约束条件建立所述最大用电负荷和次日各采样点的用电负荷之间的电功率模型；

根据所述风电供暖系统次日各采样点的储热量和所述风电供暖系统的最大储热容量的约束条件建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、漏热损失率、次日初始储热量和次日各采样点的用电负荷之间的储热量模型；和

根据所述能量平衡模型、电功率模型和储热量模型从电网日前发电调度系统中获得所述风电供暖系统次日采样点的用电负荷，并根据所述次日采样点的用电负荷进行日前发电。

优选的，所述次日各采样点的预测供暖负荷由供暖负荷预测系统获得。

所述能量平衡模型可为

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_i=\frac{1}{C_{eh}}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}(H_i+H_{loss})$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为所述漏热损失率，S_max为最大储热容量，i为次日各采样点的序数，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷。

所述电功率模型可为

$0\≤P_i\≤P_{max},\∀1\≤i\≤N$

其中，i为次日各采样点的序数，P_i为次日各采样点的用电负荷，P_max为所述最大用电负荷，N为次日一天的采样点数。

所述储热量模型可为

$\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(H_i+H_{loss}\right)-\frac{S_1}{\mathrm{\Δ}t}\right)\≤\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\≤\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(H_i+H_{loss}\right)+\frac{S_{\max }-S_1}{\mathrm{\Δ}t}\right),\∀1\≤K\≤N$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为风电供暖系统的漏热损失率，S_max为所述最大储热容量，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，i为次日各采样点的序数，K为大于等于1小于等于N的正整数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷，S₁为所述次日初始储热量，Δt＝24/N，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，S_max为所述最大储热容量。

一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划系统，包括：

获取单元，获取所述风电供暖系统的次日初始储热量、次日各采样点的预测供暖负荷和最大用电负荷；

能量平衡模型建立单元，根据所述风电供暖系统全天产生的热能和全天消耗的电能之间能量守恒的原则建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、所述风电供暖系统的漏热损失率和所述次日各采样点的用电负荷之间的能量平衡模型；

电功率模型建立单元，根据所述次日各采样点的用电负荷和所述最大用电负荷的约束条件建立所述最大用电负荷和次日各采样点的用电负荷之间的电功率模型；

储热量模型建立单元，根据所述风电供暖系统次日各采样点的储热量和所述风电供暖系统的最大储热容量的约束条件建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、漏热损失率、次日初始储热量和次日各采样点的用电负荷之间的储热量模型；和

日前发电计划单元，根据所述能量平衡模型、电功率模型和储热量模型从电网日前发电调度系统中获得所述风电供暖系统次日采样点的用电负荷，并根据所述次日采样点的用电负荷进行日前发电。

优选的，所述次日各采样点的预测供暖负荷由供暖负荷预测系统获得。

所述能量平衡模型可为

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_i=\frac{1}{C_{eh}}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}(H_i+H_{loss})$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为所述漏热损失率，S_max为最大储热容量，i为次日各采样点的序数，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷。

所述电功率模型可为

$0\≤P_i\≤P_{max},\∀1\≤i\≤N$

其中，i为次日各采样点的序数，P_i为次日各采样点的用电负荷，P_max为所述最大用电负荷，N为次日一天的采样点数。

所述储热量模型可为

$\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(H_i+H_{loss}\right)-\frac{S_1}{\mathrm{\Δ}t}\right)\≤\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\≤\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(H_i+H_{loss}\right)+\frac{S_{\max }-S_1}{\mathrm{\Δ}t}\right),\∀1\≤K\≤N$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为风电供暖系统的漏热损失率，S_max为所述最大储热容量，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，i为次日各采样点的序数，K为大于等于1小于等于N的正整数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷，S₁为所述次日初始储热量，Δt＝24/N，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，S_max为所述最大储热容量。

由上述技术方案可知，本发明的方法根据需求热量和耗电量的关系获得次日各采样点的用电负荷，并根据该次日各采样点的用电负荷进行日前发电，可以保证电网调度的安全性和经济性，且本发明的方法只有次日各采样点的用电负荷这一个待确定变量，因此能够方便的将风电供暖系统加入电网日前发电调度系统中。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划系统的原理框图。

附图标记说明

获取单元1能量平衡模型建立单元2电功率模型建立单元3储热量模型建立单元4日前发电计划单元5

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法的流程图。

如图1所示，一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法，包括以下步骤：

S1、获取所述风电供暖系统的次日初始储热量、次日各采样点的预测供暖负荷和最大用电负荷；

S2、根据所述风电供暖系统全天产生的热能和全天消耗的电能之间能量守恒的原则建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、所述风电供暖系统的漏热损失率和所述次日各采样点的用电负荷之间的能量平衡模型；

S3、根据所述次日各采样点的用电负荷和所述最大用电负荷的约束条件建立所述最大用电负荷和次日各采样点的用电负荷之间的电功率模型；

S4、根据所述风电供暖系统次日各采样点的储热量和所述风电供暖系统的最大储热容量的约束条件建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、漏热损失率、次日初始储热量和次日各采样点的用电负荷之间的储热量模型；和

S5、根据所述能量平衡模型、电功率模型和储热量模型从电网日前发电调度系统中获得所述风电供暖系统次日采样点的用电负荷，并根据所述次日采样点的用电负荷进行日前发电。

步骤S5中的电网日前发电调度系统为已知系统，方法为已知方法。

所述风电供暖系统中包括电制热装置、储热装置，电制热装置用于将电能转化成热能，储能装置用于储存热能。则，所述漏热损失率为储热装置的漏热损失率，漏热损失率＝储热装置全天的热损失/储热装置全天产生的总热量；次日初始储热量为前一天最后一个采样点后剩余的储热量，可测量得到。次日各采样点的预测供暖负荷可从已知的供暖负荷预测系统中获得。最大用电负荷指电制热装置全部运行时的用电负荷，对于既定的风电供暖系统，最大用电负荷是唯一已知的。所述最大储热容量为储热装置的最大储热容量。

本发明的方法根据需求热量和耗电量的关系获得次日各采样点的用电负荷，并根据该次日各采样点的用电负荷进行日前发电，可以保证电网调度运行的安全性和经济性，且本发明的方法只有次日各采样点的用电负荷这一个待确定变量，因此相对于现有技术中含有多个待确定变量的模型，本发明能够方便的将风电供暖系统加入电网日前发电调度系统中。

步骤S2是因为储热装置运行一天后要回到初始状态，其一天的总热量全部来自电制热装置一天消耗的总电量。

步骤S2中除了要考虑供暖所需的热量外，还要考虑储热装置的漏热损失，所以所述能量平衡模型为

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_i=\frac{1}{C_{eh}}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}(H_i+H_{loss})$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为所述漏热损失率，S_max为最大储热容量，i为次日各采样点的序数，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷。

其中，所述风电供暖系统的电热转换系数为电制热装置的电热转换系数，对既定的电制热装置其为唯一已知的。

电热供暖系统消耗的电能和产生的热能不一定在每个采样点都是符合上述能量守恒的，只有全天的运行过程才符合能量守恒，所以所述能量平衡模型为

$0\≤P_i\≤P_{max},\∀1\≤i\≤N$

其中，i为次日各采样点的序数，P_i为次日各采样点的用电负荷，P_max为所述最大用电负荷，N为次日一天的采样点数。

任何一个采样点处的储热量要在0和最大储热容量之间。

第K+1个采样点的储热量为

$S_{K+1}=S_1+\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}(C_{eh}{P}_i-H_i-H_{loss})\mathrm{\Δ}t$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为所述漏热损失率，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，i为次日采样点的序数，K为大于等于1小于等于N的正整数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷，S₁为所述次日初始储热量，Δt＝24/N，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷。K＝N+1时表示第二天的第一个采样点。

则根据上述的约束条件，得到

$0\≤S_1+\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}(C_{eh}{P}_i-H_i-H_{loss})\mathrm{\Δ}t\≤S_{max}$

其中，S_max为所述最大储热容量。

对上式变换得到所述储热量模型为

$\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(H_i+H_{loss}\right)-\frac{S_1}{\mathrm{\Δ}t}\right)\≤\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\≤\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(H_i+H_{loss}\right)+\frac{S_{\max }-S_1}{\mathrm{\Δ}t}\right),\∀1\≤K\≤N$

由于上述模型中均采用线性的等式或不等式约束，加入电网的日前发电调度系统后，可以方便的处理和计算，增加的计算量很少。

如图2所示，一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划系统，包括：

获取单元1，获取所述风电供暖系统的次日初始储热量、次日各采样点的预测供暖负荷和最大用电负荷；

能量平衡模型建立单元2，根据所述风电供暖系统全天产生的热能和全天消耗的电能之间能量守恒的原则建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、所述风电供暖系统的漏热损失率和所述次日各采样点的用电负荷之间的能量平衡模型；

电功率模型建立单元3，根据所述次日各采样点的用电负荷和所述最大用电负荷的约束条件建立所述最大用电负荷和次日各采样点的用电负荷之间的电功率模型；

储热量模型建立单元4，根据所述风电供暖系统次日各采样点的储热量和所述风电供暖系统的最大储热容量的约束条件建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、漏热损失率、次日初始储热量和次日各采样点的用电负荷之间的储热量模型；和

日前发电计划单元5，根据所述能量平衡模型、电功率模型和储热量模型从电网日前发电调度系统中获得所述风电供暖系统次日采样点的用电负荷，并根据所述次日采样点的用电负荷进行日前发电。

所述能量平衡模型可为

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_i=\frac{1}{C_{eh}}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}(H_i+H_{loss})$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为所述漏热损失率，S_max为最大储热容量，i为次日各采样点的序数，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷。

其中，所述风电供暖系统的电热转换系数为电制热装置的电热转换系数，对既定的电制热装置其为唯一已知的。

所述能量平衡模型为

$0\≤P_i\≤P_{max},\∀1\≤i\≤N$

其中，i为次日各采样点的序数，P_i为次日各采样点的用电负荷，P_max为所述最大用电负荷，N为次日一天的采样点数。

任何一个采样点处的储热量要在0和最大储热容量之间。

第K+1个采样点的储热量为

$S_{K+1}=S_1+\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}(C_{eh}{P}_i-H_i-H_{loss})\mathrm{\Δ}t$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为所述漏热损失率，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，i为次日采样点的序数，K为大于等于1小于等于N的正整数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷，S₁为所述次日初始储热量，Δt＝24/N，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷。

则根据上述的约束条件，得到

$0\≤S_1+\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}(C_{eh}{P}_i-H_i-H_{loss})\mathrm{\Δ}t\≤S_{max}$

其中，S_max为所述最大储热容量。

对上式变换得到所述储热量模型为

$\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(H_i+H_{loss}\right)-\frac{S_1}{\mathrm{\Δ}t}\right)\≤\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\≤\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(H_i+H_{loss}\right)+\frac{S_{\max }-S_1}{\mathrm{\Δ}t}\right).\∀1\≤K\≤N$

由于本发明系统和方法是一一对应的，因此对该系统不再详述。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述风电供暖系统的次日初始储热量、次日各采样点的预测供暖负荷和最大用电负荷；

根据所述风电供暖系统全天产生的热能和全天消耗的电能之间能量守恒的原则建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、所述风电供暖系统的漏热损失率和所述次日各采样点的用电负荷之间的能量平衡模型；

根据所述次日各采样点的用电负荷和所述最大用电负荷的约束条件建立所述最大用电负荷和次日各采样点的用电负荷之间的电功率模型；

根据所述风电供暖系统次日各采样点的储热量和所述风电供暖系统的最大储热容量的约束条件建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、漏热损失率、次日初始储热量和次日各采样点的用电负荷之间的储热量模型；和

根据所述能量平衡模型、电功率模型和储热量模型从电网日前发电调度系统中获得所述风电供暖系统次日采样点的用电负荷，并根据所述次日采样点的用电负荷进行日前发电。

2.根据权利要求1所述的日前发电计划方法，其特征在于，所述次日各采样点的预测供暖负荷由供暖负荷预测系统获得。

3.根据权利要求1所述的日前发电计划方法，其特征在于，所述能量平衡模型为

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_i=\frac{1}{C_{eh}}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}(H_i+H_{loss})$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为所述漏热损失率，S_max为最大储热容量，i为次日各采样点的序数，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷。

4.根据权利要求1所述的日前发电计划方法，其特征在于，所述电功率模型为

$0\≤P_i\≤P_{max},\∀1\≤i\≤N$

其中，i为次日各采样点的序数，P_i为次日各采样点的用电负荷，P_max为所述最大用电负荷，N为次日一天的采样点数。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的日前发电计划方法，其特征在于，所述储热量模型为

$\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}\right(H_i+H_{loss})-\frac{S_1}{\mathrm{\Δ}t})\≤\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}{P}_i\≤\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}\right(H_i+H_{loss})+\frac{S_{max}-S_1}{\mathrm{\Δ}t}),\∀1\≤K\≤N$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为风电供暖系统的漏热损失率，S_max为所述最大储热容量，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，i为次日各采样点的序数，K为大于等于1小于等于N的正整数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷，S₁为所述次日初始储热量，Δt＝24/N，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，S_max为所述最大储热容量。

6.一种基于含储热的风电供暖系统的日前发电计划系统，其特征在于，包括：

获取单元，获取所述风电供暖系统的次日初始储热量、次日各采样点的预测供暖负荷和最大用电负荷；

能量平衡模型建立单元，根据所述风电供暖系统全天产生的热能和全天消耗的电能之间能量守恒的原则建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、所述风电供暖系统的漏热损失率和所述次日各采样点的用电负荷之间的能量平衡模型；

电功率模型建立单元，根据所述次日各采样点的用电负荷和所述最大用电负荷的约束条件建立所述最大用电负荷和次日各采样点的用电负荷之间的电功率模型；

储热量模型建立单元，根据所述风电供暖系统次日各采样点的储热量和所述风电供暖系统的最大储热容量的约束条件建立所述次日各采样点的预测供暖负荷、漏热损失率、次日初始储热量和次日各采样点的用电负荷之间的储热量模型；和

日前发电计划单元，根据所述能量平衡模型、电功率模型和储热量模型从电网日前发电调度系统中获得所述风电供暖系统次日采样点的用电负荷，并根据所述次日采样点的用电负荷进行日前发电。

7.根据权利要求6所述的日前发电计划系统，其特征在于，所述次日各采样点的预测供暖负荷由供暖负荷预测系统获得。

8.根据权利要求6所述的日前发电计划系统，其特征在于，所述能量平衡模型为

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_i=\frac{1}{C_{eh}}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}(H_i+H_{loss})$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为所述漏热损失率，S_max为最大储热容量，i为次日各采样点的序数，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷。

9.根据权利要求6所述的日前发电计划系统，其特征在于，所述电功率模型为

$0\≤P_i\≤P_{max},\∀1\≤i\≤N$

其中，i为次日各采样点的序数，P_i为次日各采样点的用电负荷，P_max为所述最大用电负荷，N为次日一天的采样点数。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的日前发电计划系统，其特征在于，所述储热量模型为

$\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}\right(H_i+H_{loss})-\frac{S_1}{\mathrm{\Δ}t})\≤\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}{P}_i\≤\frac{1}{C_{eh}}\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}\right(H_i+H_{loss})+\frac{S_{max}-S_1}{\mathrm{\Δ}t}),\∀1\≤K\≤N$

其中，H_loss＝k_lossS_max/24，k_loss为风电供暖系统的漏热损失率，S_max为所述最大储热容量，C_eh为风电供暖系统的电热转换系数，i为次日各采样点的序数，K为大于等于1小于等于N的正整数，H_i为次日各采样点的预测供暖负荷，S₁为所述次日初始储热量，Δt＝24/N，N为次日一天的采样点数，P_i为次日各采样点的用电负荷，S_max为所述最大储热容量。