CN107248017A - 一种考虑热电联产的实时发电计划优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种考虑热电联产的实时发电计划优化方法，具体为：定义并维护热电联产机组供热类型；新增热电联产机组热电负荷对应表及热电映射关系解析功能；定义热电联产机组采集量测点名称，实时采集供热流量、压力和温度数据；新增热电联产机组热‑电数据转换处理功能；灵敏度计算，得到监视元件对机组的灵敏度信息；热电联产机组运行约束建模，安全经济一体化计划优化求解，机组实时发电计划曲线通过AGC下发电厂执行。本发明充分考虑热电联产机组的供热要求以及电网安全经济运行要求，实现对热电联产机组实时发电计划滚动修编到AGC的全过程闭环控制，减轻了调度运行压力，提升了电网安全经济一体化运行水平。

Description

一种考虑热电联产的实时发电计划优化方法
技术领域
本发明涉及属于电力系统调度自动化技术领域，更具体地，涉及一种考虑热电联产的实时发电计划优化方法。
背景技术
近年来,从传统工业的自备热电厂到区域性的集中供热热电厂，热电联产机组也从原来集中在50MW以下的小机组向更大容量的燃煤、燃气机组发展。大型电站热电联产化将是未来大型火电站发展的一种趋势，大型电站热电联产化在保持蒸汽与发电的高效与大容量的基础上，能提供满足工业锅炉负荷的需求，取代工业锅炉，并可以保持热力供应的高效性。热电联产实施集中供热，有利于提高能源综合利用率、节能减排以及改善环境，也有利于完善区域电网结构、增强区域电网供电的可靠性和安全性，有着良好的经济社会效益。
“以热定电”是热电联产机组的运行原则，热电厂根据热负荷的需要，确定最佳运行方案，并以满足热负荷的需要为主要目标。电力调度部门在制定热电厂电力调度曲线时，须充分考虑供热负荷曲线和节能因素，要求不能以电量指标限制热电厂对外供热。现有热电联产调控方式一般为调度部门在日前发电计划曲线的基础上根据实时供热情况进行人工调整以满足实时供热要求，日前发电计划编制阶段，根据供热电厂报送的日前供热流量预测曲线，结合实测供热工况图判断供热所需开机台数、发电出力要求，确定厂内开机台数、供热机组是否供热、是否为强制成交机组安排发电计划曲线。
随着越来越多的燃煤、燃气机组改造为热电联产机组投入运行后，现有以人工干预为主、粗放型的热电联产机组实时调控方式已无法满足大电网安全经济一体化运行要求。因此，如何根据热电联产机组运行特性、供热需求以及电网安全经济一体化的运行要求实现对热电联产机组发电计划曲线实时自动滚动修编和闭环控制值得深入研究。
发明内容
针对现有热电联产调控方式存在的不足，本发明提供了一种考虑热电联产的实时发电计划优化方法，在自动采集供热流量等量测、热-电负荷转换基础上引入热电联产运行约束的数学模型，在现有的实时发电计划自动滚动编制时同时考虑热电联产机组的供热要求以及电网安全经济运行要求，实现对热电联产机组发电计划曲线自动滚动修编和闭环控制的目的。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种考虑热电联产的实时发电计划优化方法，包括如下步骤：
01)定义并维护热电联产机组供热类型，供热类型包含强制成交和自由成交两种，强制成交机组发电计划曲线即为实时采集转换的热电负荷下限，自由成交机组发电计划曲线必须满足实时采集转换的热电负荷上限和热电负荷下限区间约束；
02)新增热电联产机组热电负荷对应表及热电映射关系解析功能，热电联产机组热电负荷对应表储存热电联产电厂提供的热-电负荷映射关系，字段属性包含序号、电厂名称、机组名称、热电负荷上限、热电负荷下限、供热流量、压力和温度。通过序号、电厂名称、机组名称唯一确定供热流量、压力、温度和热电负荷限值的映射关系。热电映射关系解析功能负责将热电联产电厂上送的机组热-电负荷映射文件进行解析并存储到热电负荷对应表；
03)在现有电力调控系统前置应用定义热电联产机组采集量测点名称后，通过现有的104网络规约实时采集供热流量、压力和温度数据，转发给SCADA应用；
04)新增热电联产机组热-电数据转换处理功能，负责将实时采集的热电联产机组供热流量、压力和温度数据，通过前述的热电联产机组热电负荷对应表转换为热电负荷上限和热电负荷下限，并对机组当前实际出力和未来若干小时发电计划曲线与热电负荷限值比较，发送越限告警；
05)通过现有的实时发电计划应用获取滚动编制未来若干小时发电计划所需的物理模型、运行方式以及各类运行数据，启动灵敏度计算，得到调度中心所辖全网监视元件对机组的灵敏度信息；
06)发电计划优化模型通过优化数据接口读取超短期系统负荷预测、机组运行数据、约束条件、所述步骤01)热电联产机组类型、所述步骤04)热电负荷限值和所述步骤05)计算得到的灵敏度结果信息；
07)根据所述步骤06)获取得到的所有输入数据，在现有实时发电计划优化模型基础上，引入热电联产机组运行约束，进行安全经济一体化计划优化求解时考虑不同类型热电联产机组的热电负荷限值约束，即满足：a)无网络越限条件下，对于强制成交机组，若日前发电计划偏离热电负荷下限则调整到热电负荷下限；对于自由成交机组，若日前发电计划高于热电负荷上限则调整到热电负荷上限，若日前发电计划低于热电负荷下限则调整到热电负荷下限，若日前发电计划曲线在热电负荷上下限之间则不调整。b)存在网络越限条件下，对于强制成交机组，若日前发电计划偏离热电负荷下限则调整到热电负荷下限；对于自由成交机组允许在热电负荷上下限之间根据消除网络越限需要进行最优化调整。
08)将所述步骤07)的优化计算结果即机组发电计划曲线发送SCADA计划值表，现有AGC应用的热电联产机组读取对应计划值后下发指令给电厂执行。
步骤06)中，所述的发电计划优化模型为安全约束经济调度优化模型。
步骤07)中，热电联产机组运行约束的建模方法如下：
由于强制供热机组无论是否存在网络越限，均需要满足热电负荷下限，因此约束条件描述为：
pi,t QPlanSet＝Pi,h-min QPlanSet (i,t)∈QPlanSet
式中：pi,t QPlanSet为强制成交机组计划集合QPlanSet中机组i在t时的计划出力等于机组i的热电负荷下限Pi,h-min QPlanSet；
由于自由成交机组首先必须满足热电负荷上下限运行要求，因此约束条件描述为：
Pi,h-minui,t ZPlanSet≤pi,t ZPlanSet≤Pi,h-maxui,t ZPlanSet (i,t)∈ZPlanSet
式中：Pi,h-min ZPlanSet与Pi,h-max ZPlanSet分别为自由成交机组i的热电负荷下限与热电负荷上限，ui,t为机组i在t时段的开停状态，pi,t ZPlanSet为自由成交机组计划集合ZPlanSet中机组i在t时段的计划出力；
但由于自由成交机组在网络存在越限和网络不存在越限两种情况下在步骤07)中所述的调整原则不一样，为了实现自由成交机组在满足热电负荷上下限约束条件后再根据网络约束情况的机组出力灵活优化决策，在现有优化目标中增加热电联产机组计划偏离日前发电计划的偏差惩罚成本分量：
式中：为自由成交机组i在t时的初始日前发电计划，pi,t为自由成交机组i在t时的计划出力，NT为实时发电计划计算周期所含时段数；NI为系统中自由成交机组数；为自由成交机组i在t时段的偏差惩罚成本，惩罚越重，松弛的优先级越低，越不易被突破，反之惩罚越小，松弛的优先级越高，越容易被突破，结合优化模型的成本函数，只要选择的自由成交机组偏差惩罚系数低于网络越限松弛惩罚成本而高于其他约束惩罚成本，就可以实现对自由成交机组的实际运行要求。
本发明在现有实时发电计划滚动编制的基础上，通过自动采集供热流量等量测数据、热-电负荷转换以及引入热电联产运行约束的数学模型，充分考虑热电联产机组的供热要求以及电网安全经济运行要求，实现对热电联产机组从实时供热量数据自动采集、热-电负荷转换、实时发电计划滚动修编到AGC的全过程闭环控制，减轻了调度运行压力，提升了电网安全经济一体化运行水平。本发明适合在具有热电联产机组运行控制需求的各级调度机构推广应用。
附图说明
图1是本发明考虑热电联产的实时发电计划优化方法的实现流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明摆了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种考虑热电联产的实时发电计划优化方法，包括如下步骤：
01)定义并维护热电联产机组供热类型；
02)新增热电联产机组热电负荷对应表及热电映射关系解析功能，将热电联产电厂上送的机组热-电负荷映射文件进行解析并存储到热电负荷对应表；
03)在现有电力调控系统前置应用定义热电联产机组采集量测点名称，并通过现有的104网络规约实时采集供热流量、压力和温度数据，转发给SCADA应用；
04)新增热电联产机组热-电数据转换处理功能，将实时采集的热电联产机组供热流量、压力和温度数据转换为热电负荷上限和热电负荷下限，并对机组当前实际出力和未来2个小时发电计划曲线进行越限状态识别并发送告警；
05)通过现有的实时发电计划应用获取滚动编制未来2小时发电计划所需的物理模型、运行方式以及各类运行数据，启动灵敏度计算，得到调度中心所辖全网监视元件对机组的灵敏度信息；
06)发电计划优化模型通过优化数据接口读取超短期系统负荷预测、机组运行数据、约束条件、所述步骤01)热电联产机组类型、所述步骤04)热电负荷限值和所述步骤05)计算得到的灵敏度结果信息；
07)根据所述步骤06)获取得到的所有输入数据，在现有实时发电计划优化模型基础上，引入热电联产机组运行约束，进行安全经济一体化计划优化求解时考虑不同类型热电联产机组的热电负荷限值约束和动态调整需求；
08)将所述步骤07)的优化计算结果即机组发电计划曲线发送SCADA计划值表，现有AGC应用的热电联产机组读取对应计划值后下发指令给电厂执行。
步骤07)中，热电联产机组运行约束的建模方法如下：
由于强制供热机组无论是否存在网络越限，均需要满足热电负荷下限，因此约束条件描述为：
pi,t QPlanSet＝Pi,h-min QPlanSet (i,t)∈QPlanSet
式中：pi,t QPlanSet为强制成交机组计划集合QPlanSet中机组i在t时的计划出力等于机组i的热电负荷下限Pi,h-min QPlanSet；
由于自由成交机组首先必须满足热电负荷上下限运行要求，因此约束条件描述为：
Pi,h-minui,t ZPlanSet≤pi,t ZPlanSet≤Pi,h-maxui,t ZPlanSet (i,t)∈ZPlanSet
式中：Pi,h-min ZPlanSet与Pi,h-max ZPlanSet分别为自由成交机组i的热电负荷下限与热电负荷上限，ui,t为机组i在t时段的开停状态，pi,t ZPlanSet为自由成交机组计划集合ZPlanSet中机组i在t时段的计划出力；
但由于自由成交机组在网络存在越限和网络不存在越限两种情况下在步骤07)中所述的调整原则不一样，为了实现自由成交机组在满足热电负荷上下限约束条件后再根据网络约束情况的机组出力灵活优化决策，在现有优化目标中增加热电联产机组计划偏离日前发电计划的偏差惩罚成本分量：
式中：为自由成交机组i在t时的初始日前发电计划，pi,t为自由成交机组i在t时的计划出力，NT为实时发电计划计算周期所含时段数；NI为系统中自由成交机组数；为自由成交机组i在t时段的偏差惩罚成本，惩罚越重，松弛的优先级越低，越不易被突破，反之惩罚越小，松弛的优先级越高，越容易被突破，结合优化模型的成本函数，只要选择的自由成交机组偏差惩罚系数低于网络越限松弛惩罚成本而高于其他约束惩罚成本，就可以实现对自由成交机组的实际运行要求。
本发明在现有实时发电计划滚动编制的基础上，通过自动采集供热流量等量测数据、热-电负荷转换以及引入热电联产运行约束的数学模型，充分考虑热电联产机组的供热要求以及电网安全经济运行要求，实现对热电联产机组从供热量数据实时自动采集、热-电负荷转换、实时发电计划滚动修编到AGC的全过程闭环控制。
本发明在某省级电网得到应用，应用效果符合预期。实际应用表明，本发明能够根据热电联产机组的运行特性，实现考虑热电联产的实时发电计划以及AGC全过程闭环控制，减轻了调度运行压力，提升了电网安全经济一体化运行水平。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种考虑热电联产的实时发电计划优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
01)定义并维护热电联产机组供热类型；
02)新增热电联产机组热电负荷对应表及热电映射关系解析功能，将热电联产电厂上送的机组热-电负荷映射文件进行解析并存储到热电负荷对应表；
03)定义热电联产机组采集量测点名称，并实时采集供热流量、压力和温度数据；
04)新增热电联产机组热-电数据转换处理功能，将实时采集的热电联产机组供热流量、压力和温度数据转换为热电负荷上限和热电负荷下限；
05)通过实时发电计划应用获取滚动编制未来若干小时发电计划所需的物理模型、运行方式以及各类运行数据，启动灵敏度计算，得到监视元件对机组的灵敏度信息；
06)发电计划优化模型通过优化数据接口读取超短期系统负荷预测、机组运行数据、约束条件、所述步骤01)热电联产机组类型、所述步骤04)热电负荷限值和所述步骤05)计算得到的灵敏度结果信息；
07)根据所述步骤06)获取得到的所有输入数据，在实时发电计划优化模型基础上，引入热电联产机组运行约束，即对热电联产机组运行约束进行建模，形成考虑不同类型热电联产机组的热电负荷限值约束和动态调整需求的优化模型；
08)将所述步骤07)的优化计算结果即机组发电计划曲线发送SCADA计划值表，AGC应用的热电联产机组读取对应计划值后下发指令给电厂执行。
2.根据权利要求1所述的考虑热电联产的实时发电计划优化方法，其特征在于，步骤07)中，所述的热电联产机组运行约束的建模方法如下：
由于强制供热机组无论是否存在网络越限，均需要满足热电负荷下限，因此约束条件描述为：
pi,t QPlanSet＝Pi,h-min QPlanSet (i,t)∈QPlanSet
式中：pi,t QPlanSet为强制成交机组计划集合QPlanSet中机组i在t时的计划出力等于机组i的热电负荷下限Pi,h-min QPlanSet；
由于自由成交机组首先必须满足热电负荷上下限运行要求，因此约束条件描述为：
Pi,h-minui,t ZPlanSet≤pi,t ZPlanSet≤Pi,h-maxui,t ZPlanSet (i,t)∈ZPlanSet
式中：Pi,h-min ZPlanSet与Pi,h-max ZPlanSet分别为自由成交机组i的热电负荷下限与热电负荷上限，ui,t为机组i在t时段的开停状态，pi,t ZPlanSet为自由成交机组计划集合ZPlanSet中机组i在t时段的计划出力；
但由于自由成交机组在网络存在越限和网络不存在越限两种情况下在步骤07)中所述的调整原则不一样，为了实现自由成交机组在满足热电负荷上下限约束条件后再根据网络约束情况的机组出力灵活优化决策，在已有的优化目标中增加热电联产机组计划偏离日前发电计划的偏差惩罚成本分量：
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mi>I</mi> </mrow> </munderover> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mi>T</mi> </mrow> </munderover> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>i</mi> <mi>z</mi> </msubsup> <mo>|</mo> <msub> <mi>p</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>p</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> <mn>0</mn> </msubsup> <mo>|</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>Z</mi> <mi>P</mi> <mi>l</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
式中：为自由成交机组i在t时的初始日前发电计划，pi,t为自由成交机组i在t时的计划出力，NT为实时发电计划计算周期所含时段数；NI为系统中自由成交机组数；为自由成交机组i在t时段的偏差惩罚成本，惩罚越重，松弛的优先级越低，越不易被突破，反之惩罚越小，松弛的优先级越高，越容易被突破，结合优化模型的成本函数，只要选择的自由成交机组偏差惩罚系数低于网络越限松弛惩罚成本而高于其他约束惩罚成本，就能实现对自由成交机组的实际运行要求。
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