CN106786526A - 单台燃气机组调峰能力的评估方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单台燃气机组调峰能力的评估方法和系统，该方法考虑燃气机组的燃气供应，提出了一种考虑天然气供应不足情况下单台燃气机组调峰能力的评估方法，为电网、气网协同调度提供有效支撑。该方法通过迭代计算，能够快速判断单台发电机组燃气供应是否充足，给出燃气供应不足时机组最大发电量运行方式，计算单台燃气机组调峰能力。该方法与电力系统实际运行模式联系紧密，具有很强的适用性。

Description

单台燃气机组调峰能力的评估方法和系统

技术领域

本发明涉电力系统调度运行领域，特别是涉及一种单台燃气机组调峰能力的方法和系统。

背景技术

随着我国能源结构逐步调整，近年来，风电等新能源大规模并网，燃气机组装机容量逐步上升。一方面，风电并网导致电网峰谷差增加，需要常规机组配合调峰。另一方面，目前燃煤机组相对燃气机组依然具备边际成本优势。燃气机组燃料成本高，但增减出力迅速，适合作为调峰机组。因此，同等条件下电网中调峰需求应优先由燃气机组提供。

目前电网对发电机组调峰调度主要考虑机组特性和电网要求，按成本最小原则进行调度。这种调度方式通常假设燃料供应充足，没有考虑天然气供应的特殊性。与煤相比，天然气难以大规模存储，在开采、挖掘和运输过程中存在诸多不确定性，可能导致供气紧张的情况。当天然气供应紧张时，燃气管网公司不得不依据国家规定优先保障民用，从而限制燃气电厂用气量。因此，迫切需要研究在考虑燃气供应不足时燃气机组的调度方式，并提出此时衡量燃气机组调峰能力的方法。

发明内容

基于此，有必要提供一种单台燃气机组调峰能力的评估方法，能够考虑燃气供应不足时单台燃气机组的调峰能力，从而有效应对天然气不足的风险。

一种单台燃气机组调峰能力的评估方法，包括：

获取机组的最大燃气可用量，在各时段能够满足的负荷缺口及其对应的用气量；

根据机组各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量和最大燃气可用量判断该机组天然气供应是否充足；

在机组的天然气供应不足时，将各时段能够满足的负荷缺口{D₁,D₂,…D_T}按照从小到大排序为d₁≤d₂≤…≤d_T，将各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量{F₁,F₂,…F_T}按照从小到大排序为f₁≤f₂≤…≤f_T；

初始化n＝1；其中n为排序号；

计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量；

当计算的总天然气量小于最大燃气可用量时，令n＝n+1，并返回所述计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量的步骤，直到计算的总天然气量大于最大燃气可用量；

当计算的总天然气量大于最大燃气可用量时，计算排序为n的用气量能够满足的最大负荷缺口；

根据计算的最大负荷缺口确定在机组的天然气供气不足时的发电计划；

根据所述发电计划得到所述机组调峰能力的评估结果。

一种单台燃气机组调峰能力的评估系统，包括：参数获取模块、判断模块、排序模块、赋值模块、计算模块、发电计划生成模块和评估模块；

所述参数获取模块，用于获取机组的最大燃气可用量，在各时段能够满足的负荷缺口及其对应的用气量；

所述判断模块，用于根据机组各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量和最大燃气可用量判断该机组天然气供应是否充足；

所述排序模块，用于在机组的天然气供应不足时，将各时段能够满足的负荷缺口{D₁,D₂,…D_T}按照从小到大排序为d₁≤d₂≤…≤d_T，将各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量{F₁,F₂,…F_T}按照从小到大排序为f₁≤f₂≤…≤f_T；

所述赋值模块，用于初始化n＝1；其中n为排序号；

所述计算模块，用于计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量；

所述赋值模块，用于当计算的总天然气量小于最大燃气可用量时，令n＝n+1；

所述计算模块，还用于当计算的总天然气量大于最大燃气可用量时，计算排序为n的用气量能够满足的最大负荷缺口；

所述发电计划生成模块，用于根据计算的最大负荷缺口确定在机组的天然气供气不足时的发电计划；

所述评估模块，用于根据所述发电计划得到所述机组调峰能力的评估结果。

上述的单台燃气机组调峰能力的评估方法，获取机组的最大燃气可用量，在各时段能够满足的负荷缺口及其对应的用气量，在判断机组的天然气供应不足时，将各时段能够满足的负荷缺口按照从小到大排序，将各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量按照从小到大排序，计算机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量，当计算的总天然气量小于最大燃气可用量时，通过迭代计算直到计算的总天然气量大于最大燃气可用量，当计算的总天然气量大于最大燃气可用量时，计算排序为n的用气量能够满足的最大负荷缺口，给出燃气供应不足时机组最大发电量运行方式，计算单台燃气机组调峰能力。该方法与电力系统实际运行模式联系紧密，具有很强的适用性。

附图说明

图1为一个实施例的单台燃气机组调峰能力的评估方法的流程图；

图2为一个实施例的单台燃气机组调峰能力的评估系统的结构框图。

具体实施方式

在一个实施例中，提供一种单台燃气机组调峰能力的计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

S102：获取机组的最大燃气可用量，在各时段能够满足的负荷缺口及其对应的用气量。

本发明面向单台燃气机组日发电计划。本实施例中的机组是指该台燃气机组。

具体的，步骤S102包括以下步骤S1至S4：

S1：获取机组最大燃气可用量。

机组最大燃气可用量为当日天然气公司给定的该机组一定量的燃气配额。记当日该机组最大燃气可用量为G^max，单位为kg。

S2：获取机组的相关参数和用气曲线参数，所述相关参数包括机组的最大出力和电网各时段的负荷缺口。

最大出力指的是当日最大出力P^max。最大出力与机组装机容量，当日气温和气压相关，可查表获取。机组在时段t用气量F_t可视为该时段出力P_t的二次函数，记为F_t＝aP_t ²+bP_t+c，其中用气曲线参数a,b,c均大于0，主要取决于机组固有特性，同时受气温、气压等环境因素影响，可查表获取或由实测气耗与出力拟合求得。

最大出力P^max、机组出力P_t的单位是MW(兆瓦)，机组用气量F_t的单位是kg/h(千克/小时)，用气曲线参数a的单位是kg/MW²，参数b的单位是kg/MW，参数c的单位是kg/h。

电网各时段的负荷缺口通过系统负荷曲线减去其他机组的发电曲线可得到。负荷缺口即该机组的调峰需求。记时段t的负荷缺口为单位为MW。

S3：根据机组的最大出力和电网各时段的负荷缺口，计算机组在各时段能够满足的负荷缺口。

根据机组最大出力与电网各时间的负荷缺口，计算机组在时段t能够满足的负荷缺口。

其中，D_t是燃料充足情况下，机组能满足的时段t负荷缺口。

S4：根据用气曲线参数和用气曲线计算机组各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量。

计算各时段负荷D_t对应的用气量F_t为：

S104：根据机组各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量和最大燃气可用量判断该机组天然气供应是否充足。

具体的，根据各时段机组能够满足的负荷D_t对应的用气量F_t与最大燃气可用量，判断该机组天然气供应是否充足。若满足下工，则该机组天然气供应充足，发电计划P_t＝D_t。

判断公式为：

若不满足上式，则该机组天然气供应不足，机组应尽量多发电来满足负荷需求，以发电量最大化为目标。因为机组用气-出力曲线呈现二次特性，因此应使出力尽量平均来实现发电量最大。

S106：在机组的天然气供应不足时，将各时段能够满足的负荷缺口{D₁,D₂,…D_T}按照从小到大排序为d₁≤d₂≤…≤d_T，将各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量{F₁,F₂,…F_T}按照从小到大排序为f₁≤f₂≤…≤f_T。

S108：初始化n＝1，其中n为排序号。

S110：计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量。

具体的，计算公式为：

G_n＝G_n-1+(f_n-f_n-1)(T+1-n)

其中，G₀＝0，f₀＝0，G_n表示当机组出力满足排序为n的负荷缺口时需要的总天然气量。

S112：当计算的总天然气量小于或等于最大燃气可用量时，令n＝n+1，并返回步骤S110，直到计算的总天然气量大于最大燃气可用量。

S114：当计算的总天然气量大于最大燃气可用量时，计算排序为n的用气量能够满足的最大负荷缺口。

具体的，令表示排序为n的用气量，则有：

则，

令可求得用气量可满足的最大负荷缺口D^M为：

S116：根据计算的最大负荷缺口确定在机组的天然气供气不足时的发电计划。

其中，P_t为发电计划，D_t为机组在时段t能够满足的负荷缺口；d_n为排序为n的负荷缺口。

S118：根据所述发电计划计算机组调峰能力。

上述的单台燃气机组调峰能力的评估方法，考虑燃气机组的燃气供应，提出了一种考虑天然气供应不足情况下单台燃气机组调峰能力的评估方法，为电网、气网协同调度提供有效支撑。该方法通过迭代计算，能够快速判断单台发电机组燃气供应是否充足，给出燃气供应不足时机组最大发电量运行方式，计算单台燃气机组调峰能力。该方法与电力系统实际运行模式联系紧密，具有很强的适用性，可以作为一个功能模块嵌入电网、气网协调调度系统中，其开发难度小、开发效率高，具有很强的实用性。

在一个实施例中，如图2所示，提供一种单台燃气机组调峰能力的评估系统，包括：参数获取模块201、判断模块202、排序模块203、赋值模块204、计算模块205、发电计划生成模块206和评估模块207。

参数获取模块201，用于获取机组的最大燃气可用量，在各时段能够满足的负荷缺口及其对应的用气量。

判断模块202，用于根据机组各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量和最大燃气可用量判断该机组天然气供应是否充足。

排序模块203，用于在机组的天然气供应不足时，将各时段能够满足的负荷缺口{D₁,D₂,…D_T}按照从小到大排序为d₁≤d₂≤…≤d_T，将各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量{F₁,F₂,…F_T}按照从小到大排序为f₁≤f₂≤…≤f_T。

赋值模块204，用于初始化n＝1；其中n为排序号。

计算模块205，用于计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量。

赋值模块204，用于当计算的总天然气量小于最大燃气可用量时，令n＝n+1。

计算模块205，还用于当计算的总天然气量大于最大燃气可用量时，计算排序为n的用气量能够满足的最大负荷缺口。

发电计划生成模206块，用于根据计算的最大负荷缺口确定在机组的天然气供气不足时的发电计划。

评估模块207，用于根据发电计划得到机组调峰能力的评估结果。

上述的单台燃气机组调峰能力的评估系统，考虑燃气机组的燃气供应，提出了一种考虑天然气供应不足情况下单台燃气机组调峰能力的评估方法，为电网、气网协同调度提供有效支撑。该方法通过迭代计算，能够快速判断单台发电机组燃气供应是否充足，给出燃气供应不足时机组最大发电量运行方式，计算单台燃气机组调峰能力。该方法与电力系统实际运行模式联系紧密，具有很强的适用性，可以作为一个功能模块嵌入电网、气网协调调度系统中，其开发难度小、开发效率高，具有很强的实用性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单台燃气机组调峰能力的评估方法，其特征在于，包括：

获取机组的最大燃气可用量，在各时段能够满足的负荷缺口及其对应的用气量；

根据机组各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量和最大燃气可用量判断该机组天然气供应是否充足；

在机组的天然气供应不足时，将各时段能够满足的负荷缺口{D₁,D₂,…D_T}按照从小到大排序为d₁≤d₂≤…≤d_T，将各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量{F₁,F₂,…F_T}按照从小到大排序为f₁≤f₂≤…≤f_T；

初始化n＝1；其中n为排序号；

计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量；

当计算的总天然气量小于最大燃气可用量时，令n＝n+1，并返回所述计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量的步骤，直到计算的总天然气量大于最大燃气可用量；

当计算的总天然气量大于最大燃气可用量时，计算排序为n的用气量能够满足的最大负荷缺口；

根据计算的最大负荷缺口确定在机组的天然气供气不足时的发电计划；

根据所述发电计划得到所述机组调峰能力的评估结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取机组的最大燃气可用量，在各时段能够满足的负荷缺口及其对应的用气量的步骤包括：

获取机组最大燃气可用量；

获取机组的相关参数和用气曲线参数，所述相关参数包括机组的最大出力和电网各时段的负荷缺口；

根据机组的最大出力和电网各时段的负荷缺口，计算机组在各时段能够满足的负荷缺口；

根据用气曲线参数和用气曲线计算机组各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量的公式为：

G_n＝G_n-1+(f_n-f_n-1)(T+1-n)；

其中，G₀＝0，f₀＝0；

计算排序为n的用气量能够满足的最大负荷缺口D^M的公式为：

$D^M=\frac{-b+\sqrt{b^2-4a(c-f_n^M)}}{2a};$

其中，a，b，c分别为用气曲线参数，为排序为n的用气量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若该天然气供应充足，则发发计划P_t＝D_t。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，发电计划为：

$P_t=\left\{\begin{array}{cc}{D}_t,& D_t\≤d_n\\ D^M,& D_t>d_n\end{array}\right.$

其中，P_t为发电计划，D_t为机组在时段t能够满足的负荷缺口；d_n为排序为n的负荷缺口；

计算机组调峰能力ΔP的公式为：

$\mathrm{\Δ}P=\underset{t}{max}\left\{P_t\right\}-\underset{t}{min}\left\{P_t\right\}.$

6.一种单台燃气机组调峰能力的评估系统，其特征在于，包括：参数获取模块、判断模块、排序模块、赋值模块、计算模块、发电计划生成模块和评估模块；

所述参数获取模块，用于获取机组的最大燃气可用量，在各时段能够满足的负荷缺口及其对应的用气量；

所述判断模块，用于根据机组各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量和最大燃气可用量判断该机组天然气供应是否充足；

所述排序模块，用于在机组的天然气供应不足时，将各时段能够满足的负荷缺口{D₁,D₂,…D_T}按照从小到大排序为d₁≤d₂≤…≤d_T，将各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量{F₁,F₂,…F_T}按照从小到大排序为f₁≤f₂≤…≤f_T；

所述赋值模块，用于初始化n＝1；其中n为排序号；

所述计算模块，用于计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量；

所述赋值模块，用于当计算的总天然气量小于最大燃气可用量时，令n＝n+1；

所述计算模块，还用于当计算的总天然气量大于最大燃气可用量时，计算排序为n的用气量能够满足的最大负荷缺口；

所述发电计划生成模块，用于根据计算的最大负荷缺口确定在机组的天然气供气不足时的发电计划；

所述评估模块，用于根据所述发电计划得到所述机组调峰能力的评估结果。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参数获取模块包括：燃气可用量获取模块、机组参数获取模块、负荷缺口计算模块和用气量计算模块；

所述燃气可用量获取模块，用于获取机组最大燃气可用量；

所述机组参数获取模块，用于获取机组的相关参数和用气曲线参数，所述相关参数包括机组的最大出力和电网各时段的负荷缺口；

所述负荷缺口计算模块，用于根据机组的最大出力和电网各时段的负荷缺口，计算机组在各时段能够满足的负荷缺口；

所述用气量计算模块，用于根据用气曲线参数和用气曲线计算机组各时段能够满足的负荷缺口对应的用气量。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，计算当机组出力满足排序为n的对应时段的负荷缺口时需要的总天然气量的公式为：

G_n＝G_n-1+(f_n-f_n-1)(T+1-n)；

其中，G₀＝0，f₀＝0；

计算排序为n的用气量能够满足的最大负荷缺口D^M的公式为：

$D^M=\frac{-b+\sqrt{b^2-4a(c-f_n^M)}}{2a};$

其中，a，b，c分别为用气曲线参数，为排序为n的用气量。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，若该天然气供应充足，则发发计划P_t＝D_t。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，发电计划为：

$P_t=\left\{\begin{array}{cc}{D}_t,& D_t\≤d_n\\ D^M,& D_t>d_n\end{array}\right.$

其中，P_t为发电计划，D_t为机组在时段t能够满足的负荷缺口；d_n为排序为n的负荷缺口；

计算机组调峰能力ΔP的公式为：

$\mathrm{\Δ}P=\underset{t}{max}\left\{P_t\right\}-\underset{t}{min}\left\{P_t\right\}.$