CN107453377B - 一种太阳能热发电储热配比分析方法 - Google Patents

一种太阳能热发电储热配比分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于系统成本效益最优的太阳能热发电储热配比分析方法。本发明太阳能热发电的电力系统效益分析需要在充分考虑太阳能热发电特性、电网运行特性、负荷特性等的基础上，通过运行模拟进行量化，与系统效益指标对比分析，确定合理的太阳能热发电的储热配比关系，充分发挥太阳能热发电在电力系统中的价值。

Description

一种太阳能热发电储热配比分析方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种基于系统成本效益最优的太阳能热发电储热配比分析方法。
背景技术
目前，我国太阳能热发电已处于产业化起步阶段。截至2016年底，全国光热发电装机容量2.38万千瓦。国家发改委、能源局和科技部也在持续关注和支持太阳能热发电项目。我国电力系统面临两大挑战：一是在资源环境约束下，以化石燃料为主的电源结构不具有可持续性，迫切需要提高清洁电力比重；二是风电等波动性电源快速发展，对电力系统运行灵活性提出了更高要求。太阳能发电属于清洁电源，主要有光伏发电和太阳能热发电两种方式。与光伏发电相比，太阳能热发电最大优势是能够配备储热装置，通过与储热系统联合运行，显著平滑发电出力，减小出力波动，同时提高系统运行灵活性，弥补风电、光伏发电的波动特性，提高系统消纳波动电源的能力。根据国际能源署(IEA)发布的《太阳能热发电技术路线图》，在太阳能资源非常好地区，太阳能热发电有望成为具有竞争力的大容量电源，到2020年承担调峰和腰荷，2025至2030年以后承担基荷。近年来，全球太阳能热发电呈快速发展态势。
储热系统是太阳能热发电区别于风电、光伏等其他可再生能源发电的重要特点和独特优势，也是使得太阳能热发电具备类似于常规电源承担腰荷和基荷、提供系统备用等能力、发挥更大电力系统效益的重要前提。目前，相较于其他可再生能源发电，太阳能热发电成本仍然较高，增加储热系统势必进一步增加成本。从国外实际项目看，美国太阳能热电站基本上都没有配备储能系统，而西班牙大部分都有1-15小时不等的储能容量，尤其是西班牙Gemasolar塔式太阳能热电站带有15小时储能，能够实现全天候24小时不间断运行。是否配备储能、配备多大比例储能，一定是根据当地电力负荷特点、电力市场规则以及项目成本效益等作出的判断和决定。据估计，储热系统成本约占太阳能热发电项目本体成本的20％。从系统运行角度，储热配比越高、太阳能热发电灵活性越好，对电力系统的效益也越大。因此，综合考虑太阳能热发电本体成本和电力系统效益，确定合理的太阳能热发电的储热配比关系，对于充分发挥太阳能热发电在电力系统中的价值意义重大。
目前国内外的太阳能热发电研究关注点主要集中于核心设备和关键配件研制、系统集成、电价政策设计，对于储热系统配比及其对太阳能热发电综合效益影响的系统量化研究较少。
有鉴于此，继续提供一种从系统成本效益综合最优出发，提出太阳能热发电的储热配比分析方法，为我国太阳能热发电在未来的技术发展、政策需求以及更好的发挥提供有益支撑。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种太阳能热发电储热配比分析方法，包括以下步骤：
S1、获取太阳能热发电基本参数；
S2、确定初始时刻T0；确定T0～T0+T1时段适用于机组组合的新能源出力预测序列值与系统备用容量配置序列值；
S3、根据机组组合模型，与所述太阳能热发电基本参数以及所述新能源出力预测序列值、系统备用容量配置序列值，确定各类常规发电机组未来预设时间T2的发电计划；
S4、T0＝T0+T2，若T0≤8641，则并转S2，否则转S5；
S5、确定太阳能热发电储热优化配置的关键寻优参数集合；
S6、确定太阳倍数集合寻优指示值j，并确定SM(j)＝SMj时的太阳能热发电参数，其中，太阳倍数集合SM＝{SM1，SM2，…，SMj}；
S7、确定储热时长集合寻优指示值k，取太阳能热发电参数中储热时长为ST_hour(k)＝Hk；
S8、基于含太阳能热发电的经济调度模型，同时根据所述太阳能热发电基本参数、常规发电机组开停机状态与所述太阳能热发电参数，计算系统运行成本与新能源利用率的效益指标；
S9、判断ST_hour(k)是否为ST_hour集合的最后一个元素，若不是，则k＝k+1并转S7，否则，转S10；
S10、判断SM(j)是否为SM集合的最后一个元素，若不是，则j＝j+1并转S6，否则，转S11；
S11、分析对比各计算场景的系统运行效益指标值，确定储热时长最优值；
所述太阳能热发电基本参数包括电网中常规电源装机总容量、常规电源机组类型、机组台数、单机容量、最小技术出力、煤耗特性、启停成本、燃料成本，负荷全年8760小时曲线和电网中新能源出力全年8760小时曲线。
在上述方法中，所述T1优选为167小时，即以1小时为间隔的未来168小时数据。
在上述方法中，所述步骤S2中，风电功率预测序列值计算具体如下：
Figure GDA0002528057710000031
t∈[T0,T0+167]
式中，CFwind_hist(tt)为历史风电出力的容量系数，Pwindinstall为当前风电装机容量，T0为优化时段的段首时点；
系统备用容量配置序列值计算具体如下：
取备用容量为系统最大负荷的5％
Figure GDA0002528057710000041
Figure GDA0002528057710000042
式中Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量；
Figure GDA0002528057710000043
为系统最大负荷。
在上述方法中，所述机组组合模型以系统发电成本和切负荷成本最低为目标函数，考虑功率平衡约束、备用容量约束，最大、最小出力限制、常规机组启停约束、弃风量限制、切负荷量限制的约束条件；具体如下：
目标函数：
Figure GDA0002528057710000044
式中，CGen(t)为时刻t的发电成本，CLC(t)为时刻t系统切负荷成本，T为机组组合时间尺度；
发电成本具体CGen(t)如下式：
Figure GDA0002528057710000045
式中，UN为所有机组类型，uN为机组子类型；cstart(uN)、cnoload(uN)、cincr(uin)分别为机组类型的单个机组启停成本、固定运行成本以及增量运行成本；Vstart(uN,t)为时刻t机组启停次数，Vonline(uN,t)为时刻t在线机组台数，Vgen(uN,t)为时刻t机组发电出力；
切负荷成本CLC(t)具体如下式：
CLC(t)＝cvoll·Vloadcurt(t)
式中，cvoll为损失负荷价值，Vloadcurt(t)为时刻t切负荷量；
约束条件具体如下：
①功率平衡约束
Figure GDA0002528057710000051
式中，Pwind(t)为时刻t的风电出力，Vwindcurt(t)为时刻t的弃风出力，Vloadcurt(t)为时刻t的切负荷量，Pdem(t)为时刻t的负荷值；
②备用容量约束
上调备用约束：
Figure GDA0002528057710000052
下调备用约束：
Figure GDA0002528057710000053
上式中，Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN机组的单机最大出力和最小出力；
③最大、最小出力限制
最大出力限制如下：
Figure GDA0002528057710000054
Figure GDA0002528057710000055
最小出力限制如下：
Figure GDA0002528057710000061
Figure GDA0002528057710000062
式中，N(uN)为类型uN机组的机组台数；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN常规机组的单机最大出力和最小出力；
④常规机组启停约束
Figure GDA0002528057710000063
式中，Vonline(uN,t-1)为时刻t-1在线机组台数；
⑤弃风量限制
Figure GDA0002528057710000064
⑥切负荷量限制
Figure GDA0002528057710000065
在上述方法中，所述发电计划包括机组启停计划和出力值；和/或未来预设时间T2为120小时。
在上述方法中，所述寻优参数集合包括太阳倍数集合与储热时长集合，具体为：
太阳倍数集合SM＝{SM1，SM2，…，SMj}，储热时长集合ST_hour＝{H1，H2，…，Hk}。
在上述方法中，所述经济调度模型以系统发电成本和切负荷成本最低为目标函数，考虑功率平衡约束、太阳能热发电储热容量约束、太阳能热发电储热模块与发电模块功率平衡约束、常规发电机组最大、最小出力限制、太阳能热发电的发电模块最大、最小出力约束、常规机组启停约束、弃风量限制、切负荷量限制与弃光热量限制为约束条件；
目标函数：
Figure GDA0002528057710000071
式中，CGen(t)为时刻t的发电成本，CCSP(t)为时刻t太阳能热发电的成本，CLC(t)为时刻t系统切负荷成本，T为机组组合时间尺度；
发电成本具体CGen(t)如下式：
Figure GDA0002528057710000072
式中，UN为所有机组类型，uN为机组子类型；cstart(uN)、cnoload(uN)、cincr(uin)分别为机组类型的单个机组启停成本、固定运行成本以及增量运行成本；Vstart(uN,t)为时刻t机组启停次数，Vonline(uN,t)为时刻t在线机组台数，Vgen(uN,t)为时刻t机组发电出力；
切负荷成本CLC(t)具体如下式：
CLC(t)＝cvoll·Vloadcurt(t)
式中，cvoll为损失负荷价值，Vloadcurt(t)为时刻t切负荷量；
太阳能热发电成本CCSP(t)：
Figure GDA0002528057710000073
式中，
Figure GDA0002528057710000074
为太阳能热发电机组类型，
Figure GDA0002528057710000075
为机组子类型，
Figure GDA0002528057710000076
为太阳能热发电机组的启停成本，
Figure GDA0002528057710000077
为时刻t机组启停次数；
各约束条件具体如下：
①功率平衡约束
Figure GDA0002528057710000081
式中，Vgen(uN,t)为时刻t机组发电出力，
Figure GDA0002528057710000082
为时刻t太阳能热发电的发电模块输出功率，Pwind(t)为时刻t的风电出力，Vwindcurt(t)为时刻t的弃风出力，Vloadcurt(t)为时刻t的切负荷量，Pdem(t)为时刻t的负荷值；
②太阳能热发电储热容量约束：
Figure GDA0002528057710000083
Figure GDA0002528057710000084
式中，
Figure GDA0002528057710000085
为时刻t太阳能热发电储热模块累计能量，
Figure GDA0002528057710000086
为时刻t-1太阳能热发电储热模块累计能量，
Figure GDA0002528057710000087
为太阳能热发电储热能量耗散系数，
Figure GDA0002528057710000088
为太阳能热发电储热模块初始能量，
Figure GDA0002528057710000089
为时刻t光场输入太阳能热发电储热模块的功率，
Figure GDA00025280577100000810
为时刻t太阳能热发电模块输出到发电模块的功率，
Figure GDA00025280577100000811
为时刻t太阳能热发电输出功率耗散系数；
Figure GDA00025280577100000812
Figure GDA00025280577100000813
Figure GDA00025280577100000814
Figure GDA00025280577100000815
式中，
Figure GDA00025280577100000816
为时刻t太阳能热发电光场输出功率，
Figure GDA00025280577100000817
为时刻t弃光热功率；
Figure GDA00025280577100000818
为太阳能热发电储热时长，
Figure GDA00025280577100000819
为太阳能热发电储热模块功率上限；
③太阳能热发电储热模块与发电模块关联约束：
Figure GDA0002528057710000091
式中，
Figure GDA0002528057710000092
为时刻t储热模块输出的功率，
Figure GDA0002528057710000093
为时刻t太阳能热发电启停次数，
Figure GDA0002528057710000094
为时刻t太阳能热发电启动消耗功率，
Figure GDA0002528057710000095
为时刻t太阳能热发电的发电模块输出功率；
④常规发电机组最大、最小出力限制
最大出力限制如下：
Figure GDA0002528057710000096
Figure GDA0002528057710000097
最小出力限制如下：
Figure GDA0002528057710000098
Figure GDA0002528057710000099
式中，N(uN)为类型uN常规机组的机组台数；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN常规机组的单机最大出力和最小出力；
⑤太阳能热发电的发电模块最大、最小出力约束
Figure GDA00025280577100000910
Figure GDA00025280577100000911
式中，
Figure GDA00025280577100000912
为时刻t太阳能热发电的在线机组台数，
Figure GDA00025280577100000913
为太阳能热发电的发电模块的最小技术出力；
Figure GDA00025280577100000914
为太阳能热发电的发电模块的最大技术出力；
⑥常规机组启停约束
Figure GDA0002528057710000101
Figure GDA0002528057710000103
式中，
Figure GDA0002528057710000104
为时刻t-1太阳能热发电的在线机组台数；
⑦弃风量限制
Figure GDA0002528057710000105
⑧切负荷量限制
Figure GDA0002528057710000106
⑨弃光热量限制
Figure GDA0002528057710000107
在上述方法中，所述太阳能热发电参数包括机组额定容量、机组台数、储热时长、启动消耗功率、最小技术出力与启动时间。
在上述方法中，所述运行效益分析指标具体如下：
(1)系统运行成本具体如下式：
Figure GDA0002528057710000108
(2)光热发电利用率具体如下式：
Figure GDA0002528057710000109
其中，选取系统运行成本最低的场景对应的储热时长为最优储热时长；
式中，CGen(t)为时刻t的发电成本，
Figure GDA00025280577100001010
为时刻t弃光热功率，
Figure GDA0002528057710000111
为时刻t太阳能热发电光场输出功率。
本发明，本发明太阳能热发电的电力系统效益分析需要在充分考虑太阳能热发电特性、电网运行特性、负荷特性等的基础上，通过运行模拟进行量化，与系统效益指标对比分析，确定合理的太阳能热发电的储热配比关系，充分发挥太阳能热发电在电力系统中的价值。
附图说明
图1为本发明提供的流程图；
图2为本发明提供的具体实施例中电网中负荷标么值曲线图；
图3为本发明提供的具体实施例中电网中风电出力标么值曲线图；
图4为本发明提供的具体实施例电网中风电出力预测序列值曲线图；
图5为本发明提供的具体实施例电网中t1～t120时段系统备用容量配置序列值曲线图；
图6为本发明提供的具体实施例中不同类型机组120小时发电计划曲线图。
具体实施方式
本发明太阳能热发电的电力系统效益分析需要在充分考虑太阳能热发电特性、电网运行特性、负荷特性等的基础上，通过运行模拟进行量化，与系统效益指标对比分析，确定合理的太阳能热发电的储热配比关系，充分发挥太阳能热发电在电力系统中的价值。下面结合附图对本发明作出详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种太阳能热发电储热配比分析方法，具体包括以下步骤：
S1、获取太阳能热发电基本参数；其中，
包括电网中常规电源装机总容量、常规电源机组类型、机组台数、单机容量、最小技术出力、煤耗特性、启停成本、燃料成本，负荷全年8760小时曲线与电网中风电、光伏等新能源出力全年8760小时曲线。
S2、确定初始时刻T0；确定T0～T0+T1时段适用于机组组合的风电、光伏等新能源出力预测序列值与系统备用容量配置序列值,本发明中，优选T1＝167小时，以1小时为间隔的未来168小时数据。
风电功率预测序列值是采用风电历史出力的容量系数作为风电出力预期，纳入机组组合模型。具体而言，以优化时段前后各两周的风电历史出力容量系数作为该优化时间尺度的风电功率预测值。对于优化时段T0～T0+167，风电功率预测值如下：
Figure GDA0002528057710000121
t∈[T0,T0+167]
式中，CFwind_hist(tt)为历史风电出力的容量系数，Pwindinstall为当前风电装机容量，T0为优化时段的段首时点。
系统备用容量配置序列值计算具体如下：
取备用容量为系统最大负荷的5％
Figure GDA0002528057710000122
Figure GDA0002528057710000123
其中Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量(兆瓦)；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量(兆瓦)；
Figure GDA0002528057710000124
为系统最大负荷。
S3、根据机组组合模型，与步骤S1中的太阳能热发电基本参数以及步骤S2中确定的新能源出力预测序列值、系统备用容量配置序列值等，确定各类常规发电机组未来预设时间T2的发电计划，发电计划包括机组启停计划和出力值；预设时段T2＝120小时；其中，
机组组合模型以系统发电成本和切负荷成本最低为目标函数，考虑功率平衡约束、备用容量约束，最大、最小出力限制，常规机组启停约束、弃风量限制、切负荷量限制等约束条件；需要说明的是，本发明为减少机组频繁启停，保证系统运行安全，以168小时(7天)为优化周期，优化确定未来120小时(5天)启动时间较长机组的发电计划，并提前计划下一阶段优化周期(如第6天～第12天)前两天的发电计划，保障下一阶段发电计划的连续、可行。机组组合模型具体如下：
目标函数：
Figure GDA0002528057710000131
其中，CGen(t)为时刻t的发电成本，CLC(t)为时刻t系统切负荷成本，T为机组组合时间尺度，如T＝8760小时。
发电成本由机组启停成本、固定运行成本以及增量运行成本三部分组成。固定运行成本与增量运行成本中包括机组燃料成本和CO2排放成本两部分，发电成本具体CGen(t)如下式：
Figure GDA0002528057710000132
其中，UN为所有机组类型，uN为机组子类型；cstart(uN)、cnoload(uN)、cincr(uin)分别为机组类型的单个机组启停成本(元/兆瓦时)、固定运行成本(元/兆瓦时)以及增量运行成本(元/兆瓦时)；Vstart(uN,t)为时刻t机组启停次数，Vonline(uN,t)为时刻t在线机组台数，Vgen(uN,t)为时刻t机组发电出力(兆瓦时)。
切负荷成本是由系统发电不足引起切负荷后引起的成本，切负荷成本CLC(t)具体如下式：
CLC(t)＝cvoll·Vloadcurt(t)
其中，cvoll为损失负荷价值(Value of Lost Load，元/千瓦时)，Vloadcurt(t)为时刻t切负荷量(兆瓦时)。
约束条件具体如下：
①功率平衡约束
Figure GDA0002528057710000141
其中，Pwind(t)为时刻t的风电出力(预期或预测值)，Vwindcurt(t)为时刻t的弃风出力，Vloadcurt(t)为时刻t的切负荷量，Pdem(t)为时刻t的负荷值。
②备用容量约束
上调备用约束：
Figure GDA0002528057710000142
下调备用约束：
Figure GDA0002528057710000143
其中，Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量(兆瓦)；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量(兆瓦)；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN机组的单机最大出力和最小出力。
③最大、最小出力限制
最大出力限制如下：
Figure GDA0002528057710000144
Figure GDA0002528057710000145
最小出力限制如下：
Figure GDA0002528057710000151
Figure GDA0002528057710000152
其中，N(uN)为类型uN机组的机组台数；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN常规机组的单机最大出力和最小出力。
④常规机组启停约束
Figure GDA0002528057710000153
式中，Vonline(uN,t-1)为时刻t-1在线机组台数；
⑤弃风量限制
Figure GDA0002528057710000154
⑥切负荷量限制
Figure GDA0002528057710000155
S4、T0＝T0+T2，若T0≤8641，则并转S2，否则转S5。若T0＞8641，表示全年机组组合工作结束。
S5、确定太阳能热发电储热优化配置的关键寻优参数集合，即太阳倍数集合与储热时长集合。
太阳倍数集合SM＝{SM1，SM2，…，SMj}，储热时长集合ST_hour＝{H1，H2，…，Hk}；其中，
以j表示太阳倍数集合寻优指示值，即SM(j)为SM集合的第j个元素；以k表示ST_hour集合寻优指示值，即ST_hour(k)为ST_hour集合的第k个元素。
S6、确定太阳倍数集合寻优指示值j(首次计算时，j＝1)，并确定SM(j)＝SMj时的太阳能热发电参数，包括机组额定容量、机组台数、储热时长、启动消耗功率、最小技术出力、启动时间等参数。
S7、确定储热时长集合寻优指示值k(首次计算时，k＝1)，取太阳能热发电参数中储热时长为ST_hour(k)＝Hk。
S8、基于含太阳能热发电的经济调度模型，同时根据步骤S1获取的太阳能热发电基本参数、步骤S3计算的常规发电机组的发电计划、步骤S6、S7确定的太阳能热发电参数，计算系统运行成本与新能源利用率等效益指标。其中，
经济调度模型以系统发电成本和切负荷成本最低为目标函数，考虑功率平衡约束、太阳能热发电储热容量约束、太阳能热发电储热模块与发电模块功率平衡约束、常规发电机组最大、最小出力限制、太阳能热发电的发电模块最大、最小出力约束、常规机组启停约束、弃风量限制、切负荷量限制、弃光热量限制等约束条件。
目标函数具体如下：
Figure GDA0002528057710000161
其中，CGen(t)为时刻t的发电成本，CCSP(t)为时刻t太阳能热发电的成本，CLC(t)为时刻t系统切负荷成本，T为机组组合时间尺度，如8760小时。
发电成本与切负荷成本在上述步骤S3中已经求得，在此不再赘述。
太阳能热发电成本CCSP(t)主要是太阳能热发电的启停成本。具体公式如下：
Figure GDA0002528057710000162
其中，
Figure GDA0002528057710000163
为太阳能热发电机组类型，
Figure GDA0002528057710000164
为机组子类型，
Figure GDA0002528057710000165
为太阳能热发电机组的启停成本，
Figure GDA0002528057710000166
为时刻t机组启停次数。
各约束条件具体如下：
①功率平衡约束
Figure GDA0002528057710000171
式中，
Figure GDA0002528057710000172
为时刻t太阳能热发电的发电模块输出功率，Pwind(t)为时刻t的风电出力(预期或预测值)，Vwindcurt(t)为时刻t的弃风出力，Vloadcurt(t)为时刻t的切负荷量，Pdem(t)为时刻t的负荷值。
②太阳能热发电储热容量约束：
Figure GDA0002528057710000173
Figure GDA0002528057710000174
式中，
Figure GDA0002528057710000175
为时刻t太阳能热发电储热模块累计能量，
Figure GDA0002528057710000176
为时刻t-1太阳能热发电储热模块累计能量，
Figure GDA0002528057710000177
为太阳能热发电储热能量耗散系数，
Figure GDA0002528057710000178
为太阳能热发电储热模块初始能量，
Figure GDA0002528057710000179
为时刻t光场输入太阳能热发电储热模块的功率，
Figure GDA00025280577100001710
为时刻t太阳能热发电模块输出到发电模块的功率，
Figure GDA00025280577100001711
为太阳能热发电输出功率耗散系数。
Figure GDA00025280577100001712
Figure GDA00025280577100001713
Figure GDA00025280577100001714
Figure GDA00025280577100001715
其中，
Figure GDA00025280577100001716
为时刻t太阳能热发电光场输出功率，
Figure GDA00025280577100001717
为时刻t弃光热功率；
Figure GDA00025280577100001718
为太阳能热发电储热时长(小时)，
Figure GDA00025280577100001719
为太阳能热发电储热模块功率上限。
③太阳能热发电储热模块与发电模块关联约束：
Figure GDA0002528057710000181
式中，
Figure GDA0002528057710000182
为时刻t储热模块输出的功率(以电功率为单位)，
Figure GDA0002528057710000183
为时刻t太阳能热发电启停次数，
Figure GDA0002528057710000184
为时刻t太阳能热发电启动消耗功率，
Figure GDA0002528057710000185
为时刻t太阳能热发电的发电模块输出功率。
④常规发电机组最大、最小出力限制
最大出力限制如下：
Figure GDA0002528057710000186
Figure GDA0002528057710000187
最小出力限制如下：
Figure GDA0002528057710000188
Figure GDA0002528057710000189
其中，N(uN)为类型uN常规机组的机组台数；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN常规机组的单机最大出力和最小出力。
⑤太阳能热发电的发电模块最大、最小出力约束
Figure GDA00025280577100001810
Figure GDA00025280577100001811
式中，
Figure GDA00025280577100001812
为时刻t太阳能热发电的在线机组台数，
Figure GDA00025280577100001813
为太阳能热发电的发电模块的最小技术出力；
Figure GDA0002528057710000191
为太阳能热发电的发电模块的最大技术出力。
⑥常规机组启停约束
Figure GDA0002528057710000192
Figure GDA0002528057710000193
Figure GDA0002528057710000194
式中，
Figure GDA0002528057710000195
为时刻t-1太阳能热发电的在线机组台数。
⑦弃风量限制
Figure GDA0002528057710000196
⑧切负荷量限制
Figure GDA0002528057710000197
⑨弃光热量限制
Figure GDA0002528057710000198
S9、判断ST_hour(k)是否为ST_hour集合的最后一个元素，若不是，则k＝k+1并转S7，否则，转S10。
S10、判断SM(j)是否为SM集合的最后一个元素，若不是，则j＝j+1并转S6，否则，转S11。
S11、分析对比各计算场景的系统运行效益指标值，确定储热时长最优值。
运行效益分析指标具体如下：
(1)系统运行成本具体如下式：
Figure GDA0002528057710000199
(2)光热发电利用率具体如下式：
Figure GDA0002528057710000201
其中，选取系统运行成本最低的场景对应的储热时长为最优储热时长。
下面通过具体实施例来说明本发明：
首先获取计算参数，具体如下表1所示，为系统常规机组发电参数；且图2、图3分别为1～120小时时段电网中负荷标么值曲线图与电网中风电出力标么值曲线图。
表1系统常规机组发电参数
Figure GDA0002528057710000202
Figure GDA0002528057710000211
再确定初始时刻T0；确定T0～T0+167时段(优化时长168小时，时间间隔1小时)适用于机组组合的风电、光伏等新能源出力预测序列值(以1小时为间隔的未来168小时数据)与系统备用容量配置序列值。如图4所示，为本实施例提供的电网中t1～t168时段风电出力预测序列值曲线图；如图5所示，为本实施例提供的电网中t1～t120时段系统备用容量配置序列值曲线图。
再根据机组组合模型，与上述确定的新能源出力预测序列值、系统备用容量配置序列值，确定各类常规发电机组未来120小时发电计划，如图5所示，为本实施例提供的不同类型机组120小时发电计划曲线图。
再确定太阳能热发电储热优化配置的关键寻优参数集合，具体为太阳倍数集合SM＝{1，1.5，2}，储热时长集合ST_hour＝{0，1，2}。
设定太阳倍数集合寻优指示值j＝1时，确定太阳能热发电的额定容量、机组台数、储热时长、启动消耗功率、最小技术出力、启动时间等参数。太阳能热发电各参数具体如下表2所示：
表2太阳能热发电参数
Figure GDA0002528057710000221
设定储热时长集合寻优指示值k＝1，取太阳能热发电参数中储热时长为ST_hour(k)＝Hk，且确定H1＝0；并基于含太阳能热发电的经济调度模型，与上述设定的发电基本参数、常规发电机组开停机状态与设定的太阳能热发电参数，计算系统运行成本、新能源利用率等效益指标。
根据上述提供的步骤S5～S8，分别判断k与j的大小，直至穷尽ST_hour集合中与SM集合中的所有元素，再分析对比各计算场景的系统运行效益指标值，确定储热时长最优值。如下表3所示，为本实施例提供的SM＝1时，不同储热时长对应的系统运行成本；如图6所示，为本实施例不同类型机组120小时发电计划曲线图。
表3 SM＝1，光热容量＝350MW时，不同储热时长对应的系统运行成本
储热时长 系统运行成本(万元) 光热利用率(％)
ST Hour(1)＝0 279486.2 82.426％
ST Hour(2)＝1 278728.5 99.840％
ST Hour(3)＝2 278727.8 99.842％
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳能热发电储热配比分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取太阳能热发电基本参数；
S2、确定初始时刻T0；确定T0～T0+T1时段适用于机组组合的新能源出力预测序列值与系统备用容量配置序列值；
S3、根据机组组合模型，与所述太阳能热发电基本参数以及所述新能源出力预测序列值、系统备用容量配置序列值，确定各类常规发电机组未来预设时间T2的发电计划；
S4、T0＝T0+T2，若T0≤8641，则转S2，否则转S5；
S5、确定太阳能热发电储热优化配置的关键寻优参数集合；
S6、确定太阳倍数集合寻优指示值j，并确定SM(j)＝SMj时的太阳能热发电参数，其中，太阳倍数集合SM＝{SM1，SM2，…，SMj}；
S7、确定储热时长集合寻优指示值k，取太阳能热发电参数中储热时长为ST_hour(k)＝Hk；
S8、基于含太阳能热发电的经济调度模型，同时根据所述太阳能热发电基本参数、常规发电机组开停机状态与所述太阳能热发电参数，计算系统运行成本与新能源利用率的效益指标；
S9、判断ST_hour(k)是否为ST_hour集合的最后一个元素，若不是，则k＝k+1并转S7，否则，转S10；
S10、判断SM(j)是否为SM集合的最后一个元素，若不是，则j＝j+1并转S6，否则，转S11；
S11、分析对比各计算场景的系统运行效益指标值，确定储热时长最优值；
所述太阳能热发电基本参数包括电网中常规电源装机总容量、常规电源机组类型、机组台数、单机容量、最小技术出力、煤耗特性、启停成本、燃料成本，负荷全年8760小时曲线和电网中新能源出力全年8760小时曲线。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述T1优选为167小时，即以1小时为间隔的未来168小时数据。
3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，风电功率预测序列值计算具体如下：
Figure FDA0002471019410000021
式中，CFwind_hist(tt)为历史风电出力的容量系数，Pwindinstall为当前风电装机容量，T0为优化时段的段首时点；
系统备用容量配置序列值计算具体如下：
取备用容量为系统最大负荷的5％
Figure FDA0002471019410000022
Figure FDA0002471019410000023
式中Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量；
Figure FDA0002471019410000024
为系统最大负荷。
4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述机组组合模型以系统发电成本和切负荷成本最低为目标函数，考虑功率平衡约束、备用容量约束，最大、最小出力限制，常规机组启停约束、弃风量限制、切负荷量限制的约束条件；具体如下：
目标函数：
Figure FDA0002471019410000025
式中，CGen(t)为时刻t的发电成本，CLC(t)为时刻t系统切负荷成本，T为机组组合时间尺度；
发电成本具体CGen(t)如下式：
Figure FDA0002471019410000031
式中，UN为所有机组类型，uN为机组子类型；cstart(uN)、cnoload(uN)、cincr(uin)分别为机组类型的单个机组启停成本、固定运行成本以及增量运行成本；Vstart(uN,t)为时刻t机组启停次数，Vonline(uN,t)为时刻t在线机组台数，Vgen(uN,t)为时刻t机组发电出力；
切负荷成本CLC(t)具体如下式：
CLC(t)＝cvoll·Vloadcurt(t)
式中，cvoll为损失负荷价值，Vloadcurt(t)为时刻t切负荷量；
约束条件具体如下：
①功率平衡约束
Figure FDA0002471019410000032
式中，Pwind(t)为时刻t的风电出力，Vwindcurt(t)为时刻t的弃风出力，Vloadcurt(t)为时刻t的切负荷量，Pdem(t)为时刻t的负荷值；
②备用容量约束
上调备用约束：
Figure FDA0002471019410000033
下调备用约束：
Figure FDA0002471019410000041
上式中，Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN机组的单机最大出力和最小出力；
③最大、最小出力限制
最大出力限制如下：
Figure FDA0002471019410000042
Figure FDA0002471019410000043
最小出力限制如下：
Figure FDA0002471019410000044
Figure FDA0002471019410000045
式中，N(uN)为类型uN机组的机组台数；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN常规机组的单机最大出力和最小出力；
④常规机组启停约束
Figure FDA0002471019410000046
式中，Vonline(uN,t-1)为时刻t-1在线机组台数；
⑤弃风量限制
Figure FDA0002471019410000047
⑥切负荷量限制
Figure FDA0002471019410000048
5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述发电计划包括机组启停计划和出力值；和/或
未来预设时间T2为120小时。
6.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述寻优参数集合包括太阳倍数集合与储热时长集合，具体为：
太阳倍数集合SM＝{SM1，SM2，…，SMj}，储热时长集合ST_hour＝{H1，H2，…，Hk}。
7.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述经济调度模型以系统发电成本和切负荷成本最低为目标函数，考虑功率平衡约束、太阳能热发电储热容量约束、太阳能热发电储热模块与发电模块功率平衡约束、常规发电机组最大、最小出力限制、太阳能热发电的发电模块最大、最小出力约束、常规机组启停约束、弃风量限制、切负荷量限制与弃光热量限制为约束条件；
目标函数：
Figure FDA0002471019410000051
式中，CGen(t)为时刻t的发电成本，CCSP(t)为时刻t太阳能热发电的成本，CLC(t)为时刻t系统切负荷成本，T为机组组合时间尺度；
发电成本具体CGen(t)如下式：
Figure FDA0002471019410000052
式中，UN为所有机组类型，uN为机组子类型；cstart(uN)、cnoload(uN)、cincr(uin)分别为机组类型的单个机组启停成本、固定运行成本以及增量运行成本；Vstart(uN,t)为时刻t机组启停次数，Vonline(uN,t)为时刻t在线机组台数，Vgen(uN,t)为时刻t机组发电出力；
切负荷成本CLC(t)具体如下式：
CLC(t)＝cvoll·Vloadcurt(t)
式中，cvoll为损失负荷价值，Vloadcurt(t)为时刻t切负荷量；
太阳能热发电成本CCSP(t)：
Figure FDA0002471019410000061
式中，
Figure FDA0002471019410000062
为太阳能热发电机组类型，
Figure FDA0002471019410000063
为机组子类型，
Figure FDA0002471019410000064
为太阳能热发电机组的启停成本，
Figure FDA0002471019410000065
为时刻t机组启停次数；
各约束条件具体如下：
①功率平衡约束
Figure FDA0002471019410000066
式中，Vgen(uN,t)为时刻t机组发电出力，
Figure FDA0002471019410000067
为时刻t太阳能热发电的发电模块输出功率，Pwind(t)为时刻t的风电出力，Vwindcurt(t)为时刻t的弃风出力，Vloadcurt(t)为时刻t的切负荷量，Pdem(t)为时刻t的负荷值；
②太阳能热发电储热容量约束：
Figure FDA0002471019410000068
Figure FDA0002471019410000069
式中，
Figure FDA00024710194100000610
为时刻t太阳能热发电储热模块累计能量，
Figure FDA00024710194100000611
为时刻t-1太阳能热发电储热模块累计能量，
Figure FDA00024710194100000612
为太阳能热发电储热能量耗散系数，
Figure FDA00024710194100000613
为太阳能热发电储热模块初始能量，
Figure FDA0002471019410000071
为时刻t光场输入太阳能热发电储热模块的功率，
Figure FDA0002471019410000072
为时刻t太阳能热发电模块输出到发电模块的功率，
Figure FDA0002471019410000073
为时刻t太阳能热发电输出功率耗散系数；
Figure FDA0002471019410000074
Figure FDA0002471019410000075
Figure FDA0002471019410000076
Figure FDA0002471019410000077
式中，
Figure FDA0002471019410000078
为时刻t太阳能热发电光场输出功率，
Figure FDA0002471019410000079
为时刻t弃光热功率；
Figure FDA00024710194100000710
为太阳能热发电储热时长，
Figure FDA00024710194100000711
为太阳能热发电储热模块功率上限；
③太阳能热发电储热模块与发电模块关联约束：
Figure FDA00024710194100000712
式中，
Figure FDA00024710194100000713
为时刻t储热模块输出的功率，
Figure FDA00024710194100000714
为时刻t太阳能热发电启停次数，
Figure FDA00024710194100000715
为时刻t太阳能热发电启动消耗功率，
Figure FDA00024710194100000716
为时刻t太阳能热发电的发电模块输出功率；
④常规发电机组最大、最小出力限制
最大出力限制如下：
Figure FDA00024710194100000717
Figure FDA00024710194100000718
最小出力限制如下：
Figure FDA0002471019410000081
Figure FDA0002471019410000082
式中，N(uN)为类型uN常规机组的机组台数；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN常规机组的单机最大出力和最小出力；
⑤太阳能热发电的发电模块最大、最小出力约束
Figure FDA0002471019410000083
Figure FDA0002471019410000084
式中，
Figure FDA0002471019410000085
为时刻t太阳能热发电的在线机组台数，
Figure FDA0002471019410000086
为太阳能热发电的发电模块的最小技术出力；
Figure FDA0002471019410000087
为太阳能热发电的发电模块的最大技术出力；
⑥常规机组启停约束
Figure FDA0002471019410000088
Figure FDA0002471019410000089
Figure FDA00024710194100000810
式中，
Figure FDA00024710194100000811
为时刻t-1太阳能热发电的在线机组台数；
⑦弃风量限制
Figure FDA00024710194100000812
⑧切负荷量限制
Figure FDA00024710194100000813
⑨弃光热量限制
Figure FDA00024710194100000814
8.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述太阳能热发电参数包括机组额定容量、机组台数、储热时长、启动消耗功率、最小技术出力与启动时间。
9.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述运行效益分析指标具体如下：
(1)系统运行成本具体如下式：
Figure FDA0002471019410000091
(2)光热发电利用率具体如下式：
Figure FDA0002471019410000092
其中，选取系统运行成本最低的场景对应的储热时长为最优储热时长；
式中，CGen(t)为时刻t的发电成本，
Figure FDA0002471019410000093
为时刻t弃光热功率，
Figure FDA0002471019410000094
为时刻t太阳能热发电光场输出功率。
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