CN109190850B - 一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法 - Google Patents

一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法，其特点是，分析了热电改造提升风电消纳的机理及调峰补偿机制，提出一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法。通过考虑风电出力的不确定性，结合电力调峰辅助服务市场的结算机制，建立了地区电网风电消纳能力评估模型，以系统总的期望成本最小为目标，使得系统弃风最少和调峰补偿费用最少实现地区调峰资源的最优配置，该方法能够在地区电网调用电锅炉等调峰资源过程中帮助相关技术人员合理安排，有效提升各主体、客体的综合效益,具有科学合理，适用性强，效果佳等优点。

Description

一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法
技术领域
本发明涉及电力系统风电弃风消纳技术领域，是一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法。
背景技术
我国风力发电发展模式以大规模开发、集中并网为主，风电迅猛发展的同时，由于电网建设、运行调峰等技术经济因素的制约，风电消纳问题日益突出。据国家能源局统计，2015年全国风电平均利用小时数1728小时，同比下降172小时，全年弃风电量339亿千瓦时，平均弃风率高达15％，同比增长7％，其中弃风严重的地区主要有甘肃(弃风率39％)、新疆(弃风率32％)、吉林(弃风率32％)、内蒙古(弃风率18％)。弃风不仅降低风能资源利用率，还减少风电机组年利用小时数和风电场收益，使风电项目的进一步建设发展受到制约。风电消纳是一项系统工程，需要多种途径的探索，增加风电场本地负荷，促进就地消纳是有效途径之一。
目前消纳风电的主要难点在于系统调峰能力不足，在冬季供暖期由于调峰能力不足导致弃风的现象尤为严重。为改善东北地区的弃风严重的问题，2016年11月18日，国家能源局东北监管局批复《东北电力辅助服务市场运营规则(试行)》，并以东北监能市场[2016]252号文件下发。推动东北地区的火电厂进行灵活性改造，以提升机组调峰能力。
电网调峰能力不足，主要由于在供暖期机组出力受到“以热定电”运行方式的约束，因此解耦热电机组的“以热定电”的运行约束，可以提高机组调峰能力，降低热电机组的负荷率，为风电上网提供空间。可以通过配置储热装置解耦热电机组“以热定电”运行约束，增加机组调峰能力，可以在一定程度上减少弃风量。此外，通过在负荷侧、电源侧配置一定容量的电锅炉在电负荷低谷时段启动供热，降低热电机组强迫出力，从而降低热电机组的负荷率，在一定程度上增加风电的上网空间。
发明内容
本发明的目的是，针对热电灵活性改造的机组参与调峰辅助服务后调峰资源的配置问题，提出一种科学合理，适用性强，效果佳的含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法，其特征是，它包括的内容有：
1)综合效益的评价指标
①风电场效益评价指标
《东北电力辅助服务市场运营规则(试行)》中规定风电场视为不具备调峰辅助服务能力，因此风电上网的全部电量均需要通过调度机构通过调用无偿、有偿调峰服务为其提供上网空间，风电场调峰辅助服务费用支付设置上限，最高支付金额为风电场实际发电量价值的80％，因此风电表示为：
fW＝fWD-fB (1)
Figure BDA0001839289370000021
其中fW为风电场总效益；fWD为风电场总发电收益；fB为风电场调峰支出费用；T、M分别为时段数、风机数；Δt为调度时段；其中
Figure BDA0001839289370000022
为t时段第m个风电机组的上网功率；ce为上网电价；
②热电厂综合效益评估指标
热电厂利用电极式锅炉参与调峰，提升地区风电消纳能力，热电厂综合效益考虑其参与深度调峰时段的生产成本、电能收益的变化和调峰收益，由于地区热负荷全部由热电厂承担，因此热能收益变化量不予考虑，热电厂的综合效益变化量为(3)式：
Figure BDA0001839289370000023
其中ΔfCHP为热电厂综合收益变化量；TD为深度调峰时段数；N为热电机组数；
Figure BDA0001839289370000024
为t时段第i台热电机组煤耗量变化；
Figure BDA0001839289370000025
为t时段第i台热电机组上网电量变化量；ce为上网电价；cco为标准煤单价，元/吨；fc为调峰收益；
只配置纯凝机组的火电厂通常不参与有偿调峰，其综合效益主要取决于发电量的变化，因此在深度调峰时段其综合下一变化量为：
Figure BDA0001839289370000026
其中ΔfCON为火电厂综合收益变化量；S为纯凝机组数；
Figure BDA0001839289370000027
为t时段第i台纯凝机组煤耗量变化；
Figure BDA0001839289370000028
为t时段第i台纯凝机组上网电量变化量；
③系统调峰能力
在我国电网调峰问题主要是下调能力不足，电网接纳风电之后，负荷低谷时段调峰就需求增加，电网用于调峰方面的费用也相应增加，相应的，如果热电厂可调容量越多，则电网调峰方面的花费就越少，整体经济性就越高，电网深度调峰时段的下调能力由(5)式表示：
Figure BDA0001839289370000031
其中Pt R为电网深度调峰时段的下调能力；
Figure BDA0001839289370000032
为t时段第i台热电机组出力；
Figure BDA0001839289370000033
为深度调峰时段机组最小出力；
④环境价值
从“低碳电力”角度考虑，热电机组、纯凝机组生产过程中需要消耗大量煤炭化石能源，排放二氧化碳、一氧化碳污染物，二氧化碳、一氧化碳污染物的排放量越少环境效益就越好，污染物排放量由(6)式表示：
Figure BDA0001839289370000034
其中Ce(Px)为第x台机组的碳排放量；Px表示热电机组或纯凝机组电功率；τ2、τ1、τ0、δ、ε均为排污系数；
2)计及调峰补偿的地区电网风电消纳能力评估模型
考虑风电出力的不确定性，结合电力调峰辅助服务市场的结算机制，建立一个含储热装置、电极式锅炉、热电机组、纯凝机组和风电机组的风电消纳能力评估模型；其中风电机组的发电成本相对于火电机组很小，电锅炉的启停和运维费用也很小，因此不予考虑；储热装置的短期热损失也忽略不计；
目标函数为：
Figure BDA0001839289370000035
其中T为时段数；N为热电机组数，S为纯凝机组数，M为风电机组数，G为场景数量；πg为场景g发生的概率；
Figure BDA0001839289370000036
为场景g下，热电厂第i台抽汽式热电联产机组在t时段的煤耗量；
Figure BDA0001839289370000037
为场景g下，t时段第s台纯凝机组的煤耗量；
Figure BDA0001839289370000038
为场景g下，第i台CHP机组t时段的电出力，
Figure BDA0001839289370000039
为场景g下，第i台CHP机组t时段的抽汽量，
Figure BDA00018392893700000310
为场景g下，第s台纯凝机组t时段的电出力；ε为弃风惩罚因子；cco为标准煤单价，元/吨；
Figure BDA00018392893700000311
为场景g下，t时段第m个风电机组的弃风功率；
Figure BDA00018392893700000312
为第n档有偿调峰电量；
Figure BDA00018392893700000313
为第n档的实际出清价格；
其中
Figure BDA0001839289370000041
为(8)式：
Figure BDA0001839289370000042
其中
Figure BDA0001839289370000043
为场景g下，热电厂在t时段第i台热电机组的上网电量对应的电功率；n的值取决于机组负荷率Un，机组负荷率为开机机组发电电力占开机机组容量的百分比；
Figure BDA0001839289370000044
为第i台机组的最大出力；
热电机组的上网电功率为发电功率与厂内用电功率与电极式锅炉电功率的差值，即：
Figure BDA0001839289370000045
其中e为厂用电率；
Figure BDA0001839289370000046
为场景g下t时段第l台电锅炉的电功率；
3)约束条件
①电功率平衡约束
热电厂承担的电负荷包括厂内用电和电网侧的部分电负荷两部分，用户侧电负荷由热电机组、风电机组和纯凝机组的出力平衡，在任意时段内系统电功率保持平衡，即：
Figure BDA0001839289370000047
其中
Figure BDA0001839289370000048
为场景g下，t时段第m个风电机组的上网电力；
Figure BDA0001839289370000049
为场景g下，t时段与其他地区交换的功率，当
Figure BDA00018392893700000410
时表示t时段该地区向其他地区传输电量，当
Figure BDA00018392893700000411
时表示其他地区向该地区传输电量；Pt为t时段电负荷；
某时段与其他地区电网交换功率存在如下限制：
Figure BDA00018392893700000412
其中
Figure BDA00018392893700000413
分别为电网交换功率的最小值、最大值；
②热平衡约束
储热装置在一个运行周期内的储、放热量相等，因此在周期内，储热装置的所有热量均来自与热电机组和电极式锅炉的供给，并在不考虑储热装置短期热损耗的情况下可以认为热电机组的热出力和电极式锅炉的热出力均全部供给给热用户，在某一时段内则有：
Figure BDA0001839289370000051
其中
Figure BDA0001839289370000052
为场景g下，储热装置在t时段的放热功率；Ht为场景g下，t时段热网的热负荷；
Figure BDA0001839289370000053
为场景g下，t时段第i台热电机组向热网的供热功率；ηs为第s台电极式锅炉的电热转化率；
其中
Figure BDA0001839289370000054
表示为：
Figure BDA0001839289370000055
其中
Figure BDA0001839289370000056
为场景g下，储热装置在t时段的储热功率；
③风电功率平衡：
Figure BDA0001839289370000057
其中
Figure BDA0001839289370000058
为场景g下，t时段第m个风电机组的上网功率；
Figure BDA0001839289370000059
为场景g下，t时段第m个风电机组的预测出力；
④热电机组的电出力、热出力的上下限：
Figure BDA00018392893700000510
Figure BDA00018392893700000511
其中热电机组的抽汽量与供热功率
Figure BDA00018392893700000512
存在如下关系：
Figure BDA00018392893700000513
其中，ΔHi为第i台热电机组的焓降，单位：KJ/吨；
Figure BDA00018392893700000514
为抽汽量为
Figure BDA00018392893700000515
时热电机组的电功率下限；
Figure BDA00018392893700000516
为抽汽量为
Figure BDA00018392893700000517
时热电机组的电功率上限；
Figure BDA00018392893700000518
为t时段第i台热电机组的供热功率；
Figure BDA00018392893700000519
分别为第i台供热机组供热功率的最小值、最大值；
⑤风电并网过程存在经济性弃风和技术弃风等情况，因此风电并网功率存在以下限制：
Figure BDA00018392893700000520
⑥机组爬坡速率约束：
Figure BDA00018392893700000521
Figure BDA0001839289370000061
其中
Figure BDA0001839289370000062
为热电机组i的下爬坡速率限制，
Figure BDA0001839289370000063
为热电机组i的上爬坡速率限制；
Figure BDA0001839289370000064
纯凝机组s的下爬坡速率限制，
Figure BDA0001839289370000065
纯凝机组s的上爬坡速率限制；
⑦储热装置容量限制，即：
Figure BDA0001839289370000066
其中，
Figure BDA0001839289370000067
为场景g下，t时段储热装置的储热量；
Figure BDA0001839289370000068
为储热装置最大储热量；
⑧储热装置的储放热功率约束：
Figure BDA0001839289370000069
其中，
Figure BDA00018392893700000610
为储热装置在t时段的储热功率；
Figure BDA00018392893700000611
为储热装置的最大储热功率；
Figure BDA00018392893700000612
为储热装置的最大放热功率；
⑨储热装置需要在一个储放热周期内储热量与放热量相等，因此其状态约束为：
Figure BDA00018392893700000613
其中Δt为一个调度时段；
Figure BDA00018392893700000614
为储放热周期的末态，
Figure BDA00018392893700000617
为储放热周期的初始状态；
⑩电极式锅炉的出力约束：
Figure BDA00018392893700000615
其中，
Figure BDA00018392893700000616
为电极式锅炉最大出力。
本发明的一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法与现有消纳风电弃风方法相比具有如下优点：
1.随着地区风电接纳能力的调高，热电厂由于有偿调峰辅助服务收益高于售电利润，碳排放减少，其综合效益提升；
2.地区电网由于系统调峰能力增加，有效降低了电力系统由于调峰问题所带来的经济损失；
3.立足于现行市场机制，基于多场景减小了风电不确定性的影响，从地区电热平衡角度出发，准确反映地区各调峰主体、客体在地区风电接纳能力提升之后的效益情况；
4.其科学合理，适用性强，效果佳。
附图说明
图1是配置电锅炉后系统结构图；
图2是采用电极式锅炉进行热电改造原理图；
图3是风电弃风情况图；
图4是系统电负荷图；
图5是系统热负荷图；
图6是风电消纳情况图。
具体实施方式
下面利用附图和实例对本发明作进一步说明。
参照图1和图2，本发明的一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法，包括的内容有：
1)综合效益的评价指标
①风电场效益评价指标
《东北电力辅助服务市场运营规则(试行)》中规定风电场视为不具备调峰辅助服务能力，因此风电上网的全部电量均需要通过调度机构通过调用无偿、有偿调峰服务为其提供上网空间，风电场调峰辅助服务费用支付设置上限，最高支付金额为风电场实际发电量价值的80％，因此风电表示为：
fW＝fWD-fB (1)
Figure BDA0001839289370000071
其中fW为风电场总效益；fWD为风电场总发电收益；fB为风电场调峰支出费用；T、M分别为时段数、风机数；Δt为调度时段；其中
Figure BDA0001839289370000072
为t时段第m个风电机组的上网功率；ce为上网电价；
②热电厂综合效益评估指标
热电厂利用电极式锅炉参与调峰，提升地区风电消纳能力，热电厂综合效益考虑其参与深度调峰时段的生产成本、电能收益的变化和调峰收益，由于地区热负荷全部由热电厂承担，因此热能收益变化量不予考虑，热电厂的综合效益变化量为(3)式：
Figure BDA0001839289370000073
其中ΔfCHP为热电厂综合收益变化量；TD为深度调峰时段数；N为热电机组数；
Figure BDA0001839289370000081
为t时段第i台热电机组煤耗量变化；
Figure BDA0001839289370000082
为t时段第i台热电机组上网电量变化量；ce为上网电价；cco为标准煤单价，元/吨；fc为调峰收益；
只配置纯凝机组的火电厂通常不参与有偿调峰，其综合效益主要取决于发电量的变化，因此在深度调峰时段其综合下一变化量为：
Figure BDA0001839289370000083
其中ΔfCON为火电厂综合收益变化量；S为纯凝机组数；
Figure BDA0001839289370000084
为t时段第i台纯凝机组煤耗量变化；
Figure BDA0001839289370000085
为t时段第i台纯凝机组上网电量变化量；
③系统调峰能力
在我国电网调峰问题主要是下调能力不足，电网接纳风电之后，负荷低谷时段调峰就需求增加，电网用于调峰方面的费用也相应增加，相应的，如果热电厂可调容量越多，则电网调峰方面的花费就越少，整体经济性就越高，电网深度调峰时段的下调能力由(5)式表示：
Figure BDA0001839289370000086
其中Pt R为电网深度调峰时段的下调能力；
Figure BDA0001839289370000087
为t时段第i台热电机组出力；
Figure BDA0001839289370000088
为深度调峰时段机组最小出力；
④环境价值
从“低碳电力”角度考虑，热电机组、纯凝机组生产过程中需要消耗大量煤炭化石能源，排放二氧化碳、一氧化碳污染物，二氧化碳、一氧化碳污染物的排放量越少环境效益就越好，污染物排放量由(6)式表示：
Figure BDA0001839289370000089
其中Ce(Px)为第x台机组的碳排放量；Px表示热电机组或纯凝机组电功率；τ2、τ1、τ0、δ、ε均为排污系数；
2)计及调峰补偿的地区电网风电消纳能力评估模型
考虑风电出力的不确定性，结合电力调峰辅助服务市场的结算机制，建立一个含储热装置、电极式锅炉、热电机组、纯凝机组和风电机组的风电消纳能力评估模型；其中风电机组的发电成本相对于火电机组很小，电锅炉的启停和运维费用也很小，因此不予考虑；储热装置的短期热损失也忽略不计；
目标函数为：
Figure BDA0001839289370000091
其中T为时段数；N为热电机组数，S为纯凝机组数，M为风电机组数，G为场景数量；πg为场景g发生的概率；
Figure BDA0001839289370000092
为场景g下，热电厂第i台抽汽式热电联产机组在t时段的煤耗量；
Figure BDA0001839289370000093
为场景g下，t时段第s台纯凝机组的煤耗量；
Figure BDA0001839289370000094
为场景g下，第i台CHP机组t时段的电出力，
Figure BDA0001839289370000095
为场景g下，第i台CHP机组t时段的抽汽量，
Figure BDA0001839289370000096
为场景g下，第s台纯凝机组t时段的电出力；ε为弃风惩罚因子；cco为标准煤单价，元/吨；
Figure BDA0001839289370000097
为场景g下，t时段第m个风电机组的弃风功率；
Figure BDA0001839289370000098
为第n档有偿调峰电量；
Figure BDA0001839289370000099
为第n档的实际出清价格；
其中
Figure BDA00018392893700000910
为(8)式：
Figure BDA00018392893700000911
其中
Figure BDA00018392893700000912
为场景g下，热电厂在t时段第i台热电机组的上网电量对应的电功率；n的值取决于机组负荷率Un，机组负荷率为开机机组发电电力占开机机组容量的百分比；
Figure BDA00018392893700000913
为第i台机组的最大出力；
热电机组的上网电功率为发电功率与厂内用电功率与电极式锅炉电功率的差值，即：
Figure BDA00018392893700000914
其中e为厂用电率；
Figure BDA00018392893700000915
为场景g下t时段第l台电锅炉的电功率；
3)约束条件
①电功率平衡约束
热电厂承担的电负荷包括厂内用电和电网侧的部分电负荷两部分，用户侧电负荷由热电机组、风电机组和纯凝机组的出力平衡，在任意时段内系统电功率保持平衡，即：
Figure BDA0001839289370000101
其中
Figure BDA0001839289370000102
为场景g下，t时段第m个风电机组的上网电力；
Figure BDA0001839289370000103
为场景g下，t时段与其他地区交换的功率，当
Figure BDA0001839289370000104
时表示t时段该地区向其他地区传输电量，当
Figure BDA0001839289370000105
时表示其他地区向该地区传输电量；Pt为t时段电负荷；
某时段与其他地区电网交换功率存在如下限制：
Figure BDA0001839289370000106
其中
Figure BDA0001839289370000107
分别为电网交换功率的最小值、最大值；
②热平衡约束
储热装置在一个运行周期内的储、放热量相等，因此在周期内，储热装置的所有热量均来自与热电机组和电极式锅炉的供给，并在不考虑储热装置短期热损耗的情况下可以认为热电机组的热出力和电极式锅炉的热出力均全部供给给热用户，在某一时段内则有：
Figure BDA0001839289370000108
其中
Figure BDA0001839289370000109
为场景g下，储热装置在t时段的放热功率；Ht为场景g下，t时段热网的热负荷；
Figure BDA00018392893700001010
为场景g下，t时段第i台热电机组向热网的供热功率；ηs为第s台电极式锅炉的电热转化率；
其中
Figure BDA00018392893700001011
表示为：
Figure BDA00018392893700001012
其中
Figure BDA00018392893700001013
为场景g下，储热装置在t时段的储热功率；
③风电功率平衡：
Figure BDA00018392893700001014
其中
Figure BDA00018392893700001015
为场景g下，t时段第m个风电机组的上网功率；
Figure BDA00018392893700001016
为场景g下，t时段第m个风电机组的预测出力；
④热电机组的电出力、热出力的上下限：
Figure BDA0001839289370000111
Figure BDA0001839289370000112
其中热电机组的抽汽量与供热功率
Figure BDA0001839289370000113
存在如下关系：
Figure BDA0001839289370000114
其中，ΔHi为第i台热电机组的焓降，单位：KJ/吨；
Figure BDA0001839289370000115
为抽汽量为
Figure BDA0001839289370000116
时热电机组的电功率下限；
Figure BDA0001839289370000117
为抽汽量为
Figure BDA0001839289370000118
时热电机组的电功率上限；
Figure BDA0001839289370000119
为t时段第i台热电机组的供热功率；
Figure BDA00018392893700001110
分别为第i台供热机组供热功率的最小值、最大值；
⑤风电并网过程存在经济性弃风和技术弃风等情况，因此风电并网功率存在以下限制：
Figure BDA00018392893700001111
⑥机组爬坡速率约束：
Figure BDA00018392893700001112
Figure BDA00018392893700001113
其中
Figure BDA00018392893700001114
为热电机组i的下爬坡速率限制，
Figure BDA00018392893700001115
为热电机组i的上爬坡速率限制；
Figure BDA00018392893700001116
纯凝机组s的下爬坡速率限制，
Figure BDA00018392893700001117
纯凝机组s的上爬坡速率限制；
⑦储热装置容量限制，即：
Figure BDA00018392893700001118
其中，
Figure BDA00018392893700001119
为场景g下，t时段储热装置的储热量；
Figure BDA00018392893700001120
为储热装置最大储热量；
⑧储热装置的储放热功率约束：
Figure BDA00018392893700001121
其中，
Figure BDA00018392893700001122
为储热装置在t时段的储热功率；
Figure BDA00018392893700001123
为储热装置的最大储热功率；
Figure BDA00018392893700001124
为储热装置的最大放热功率；
⑨储热装置需要在一个储放热周期内储热量与放热量相等，因此其状态约束为：
Figure BDA00018392893700001125
其中Δt为一个调度时段；
Figure BDA00018392893700001126
为储放热周期的末态，
Figure BDA00018392893700001127
为储放热周期的初始状态；
⑩电极式锅炉的出力约束：
Figure BDA0001839289370000121
其中，
Figure BDA0001839289370000122
为电极式锅炉最大出力。
下面利用实施例验证一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法的有效性：实施例的系统由2台纯凝机组、1台热电机组、1个风电场组成，热电厂配置80MW电锅炉1台，调度周期为一天24个时段，单位调度时长为15分钟。
当系统内机组只提供无偿调峰辅助服务时，地区电网风电接纳能力较低，风电消纳情况参照图3，系统电热负荷情况参照图4和图5。在0～30时段(对应该日时间凌晨0点至7点15分)电负荷低谷时段风电出力较高，而风电发电功率呈反调峰特性，系统内热电机组受到供热功率限制导致调峰空间不足，不能够最大化接纳风电并网，系统出现弃风，此时段即为深度调峰时段。其余时段由于风电出力较小，系统电负荷较高，热负荷较小，风电能够通过调用系统内的无偿调峰辅助服务资源进行完全消纳。
参照图5，在31～96时段，系统电负荷较高，风电出力与热负荷水平较低，调度机构通过调用系统内部无偿调峰资源即可将风电全部消纳，即非弃风时段，其余时段需要调用有偿调峰资源，即深度调峰时段。在深度调峰时段，系统的无偿调峰资源无法满足消纳风电的要求，因此若要进一步消纳风电，需要调度机构在电力调峰辅助服务市场进一步调用有偿调峰资源。通过电极式锅炉等调峰资源提升地区风电接纳能力之后，此时系统风电消纳情况参照图6。
深度调峰时段调峰前后风电情况如表1所示。火电厂各类机组在深度调峰时段调峰前后的机组承担各类负荷比例如表2所示。由表2可知纯凝机组在调峰前后其所承担负荷比例只增长了1％左右，因此不考虑深度调峰前后只包含纯凝机组的火电厂的综合效益以及相关的环境效益。
表1调峰前后弃风情况
Figure BDA0001839289370000123
表2各类机组承担的负荷比例
Figure BDA0001839289370000124
通过电极式锅炉提升了风地区风电接纳能力，各部分日综合效益如表3所示。分析结果可知热电厂利用电极式锅炉等调峰资源降低机组负荷率，减少了上网电量，但获得相应的调峰收益后的整体效益有所提升。风电场虽然调用有偿调峰资源进行调峰，增加了购买调峰资源的费用支出，但风电上网电量增加，售电收益增加，因此总收益增加，系统则因为热电厂侧的调峰资源投入使用，提升了负荷低谷时段下调能力。热电厂由于储热和电极式锅炉解耦热电机组“以热定电”运行约束的原因，深度调峰时段整体发电量减少，污染物排放量减少，环境效益提升。
就每一天来说，当天的调峰需求基本是确定的，由此产生的补偿费用也基本确定，从整体来看，地区风电消纳能力提升，在弃风时段产生调峰费用，抽汽式热电机组配置了电极式锅炉等调峰资源，能够快速根据调度指令反应，实现调峰，获得补偿费用。通过合理的使用有偿调峰资源，不必一定达到风电百分百消纳，可以有必要的经济性弃风。
表3综合效益变化情况
Figure BDA0001839289370000131
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种含电极式锅炉的地区电网风电消纳能力评估方法，其特征是，它包括的内容有：
1)综合效益的评价指标
①风电场效益评价指标
《东北电力辅助服务市场运营规则(试行)》中规定风电场视为不具备调峰辅助服务能力，因此风电上网的全部电量均需要通过调度机构通过调用无偿、有偿调峰服务为其提供上网空间，风电场调峰辅助服务费用支付设置上限，最高支付金额为风电场实际发电量价值的80％，因此风电表示为：
fW＝fWD-fB (1)
Figure FDA0003243871450000011
其中fW为风电场总效益；fWD为风电场总发电收益；fB为风电场调峰支出费用；T、M分别为时段数、风机数；Δt为调度时段；其中
Figure FDA0003243871450000012
为t时段第m个风电机组的上网功率；ce为上网电价；
②热电厂综合效益评估指标
热电厂利用电极式锅炉参与调峰，提升地区风电消纳能力，热电厂综合效益考虑其参与深度调峰时段的生产成本、电能收益的变化和调峰收益，由于地区热负荷全部由热电厂承担，因此热能收益变化量不予考虑，热电厂的综合效益变化量为(3)式：
Figure FDA0003243871450000013
其中ΔfCHP为热电厂综合收益变化量；TD为深度调峰时段数；N为热电机组数；
Figure FDA0003243871450000014
为t时段第i台热电机组煤耗量变化；
Figure FDA0003243871450000015
为t时段第i台热电机组上网电量变化量；ce为上网电价；cco为标准煤单价，元/吨；fc为调峰收益；
只配置纯凝机组的火电厂通常不参与有偿调峰，其综合效益主要取决于发电量的变化，因此在深度调峰时段其综合下一变化量为：
Figure FDA0003243871450000016
其中ΔfCON为火电厂综合收益变化量；S为纯凝机组数；
Figure FDA0003243871450000017
为t时段第i台纯凝机组煤耗量变化；
Figure FDA0003243871450000021
为t时段第i台纯凝机组上网电量变化量；
③系统调峰能力
在我国电网调峰问题主要是下调能力不足，电网接纳风电之后，负荷低谷时段调峰就需求增加，电网用于调峰方面的费用也相应增加，相应的，如果热电厂可调容量越多，则电网调峰方面的花费就越少，整体经济性就越高，电网深度调峰时段的下调能力由(5)式表示：
Figure FDA0003243871450000022
其中Pt R为电网深度调峰时段的下调能力；
Figure FDA0003243871450000023
为t时段第i台热电机组出力；
Figure FDA0003243871450000024
为深度调峰时段机组最小出力；
④环境价值
从“低碳电力”角度考虑，热电机组、纯凝机组生产过程中需要消耗大量煤炭化石能源，排放二氧化碳、一氧化碳污染物，二氧化碳、一氧化碳污染物的排放量越少环境效益就越好，污染物排放量由(6)式表示：
Figure FDA0003243871450000025
其中Ce(Px)为第x台机组的碳排放量；Px表示热电机组或纯凝机组电功率；τ2、τ1、τ0、δ、ε均为排污系数；
2)调峰补偿地区电网及风电消纳能力的评估模型
考虑风电出力的不确定性，结合电力调峰辅助服务市场的结算机制，建立一个含储热装置、电极式锅炉、热电机组、纯凝机组和风电机组的风电消纳能力评估模型；其中风电机组的发电成本相对于火电机组很小，电锅炉的启停和运维费用也很小，因此不予考虑；储热装置的短期热损失也忽略不计；
目标函数为：
Figure FDA0003243871450000026
其中T为时段数；N为热电机组数，S为纯凝机组数，M为风电机组数，G为场景数量；πg为场景g发生的概率；
Figure FDA0003243871450000027
为场景g下，热电厂第i台抽汽式热电联产机组在t时段的煤耗量；
Figure FDA0003243871450000028
为场景g下，t时段第s台纯凝机组的煤耗量；
Figure FDA0003243871450000029
为场景g下，第i台CHP机组t时段的电出力，
Figure FDA00032438714500000210
为场景g下，第i台CHP机组t时段的抽汽量，
Figure FDA00032438714500000211
为场景g下，第s台纯凝机组t时段的电出力；ε为弃风惩罚因子；cco为标准煤单价，元/吨；
Figure FDA0003243871450000031
为场景g下，t时段第m个风电机组的弃风功率；
Figure FDA0003243871450000032
为第n档有偿调峰电量；
Figure FDA0003243871450000033
为第n档的实际出清价格；
其中
Figure FDA0003243871450000034
为(8)式：
Figure FDA0003243871450000035
其中
Figure FDA0003243871450000036
为场景g下，热电厂在t时段第i台热电机组的上网电量对应的电功率；n的值取决于机组负荷率Un，机组负荷率为开机机组发电电力占开机机组容量的百分比；
Figure FDA0003243871450000037
为第i台机组的最大出力；
热电机组的上网电功率为发电功率与厂内用电功率与电极式锅炉电功率的差值，即：
Figure FDA0003243871450000038
其中e为厂用电率；
Figure FDA0003243871450000039
为场景g下t时段第l台电锅炉的电功率；
3)约束条件
①电功率平衡约束
热电厂承担的电负荷包括厂内用电和电网侧的部分电负荷两部分，用户侧电负荷由热电机组、风电机组和纯凝机组的出力平衡，在任意时段内系统电功率保持平衡，即：
Figure FDA00032438714500000310
其中
Figure FDA00032438714500000311
为场景g下，t时段第m个风电机组的上网电力；
Figure FDA00032438714500000312
为场景g下，t时段与其他地区交换的功率，当
Figure FDA00032438714500000313
时表示t时段该地区向其他地区传输电量，当
Figure FDA00032438714500000314
时表示其他地区向该地区传输电量；Pt为t时段电负荷；
某时段与其他地区电网交换功率存在如下限制：
Figure FDA00032438714500000315
其中
Figure FDA0003243871450000041
分别为电网交换功率的最小值、最大值；
②热平衡约束
储热装置在一个运行周期内的储、放热量相等，因此在周期内，储热装置的所有热量均来自与热电机组和电极式锅炉的供给，并在不考虑储热装置短期热损耗的情况下可以认为热电机组的热出力和电极式锅炉的热出力均全部供给给热用户，在某一时段内则有：
Figure FDA0003243871450000042
其中
Figure FDA0003243871450000043
为场景g下，储热装置在t时段的放热功率；Ht为场景g下，t时段热网的热负荷；
Figure FDA0003243871450000044
为场景g下，t时段第i台热电机组向热网的供热功率；ηs为第s台电极式锅炉的电热转化率；
其中
Figure FDA0003243871450000045
表示为：
Figure FDA0003243871450000046
其中
Figure FDA0003243871450000047
为场景g下，储热装置在t时段的储热功率；
③风电功率平衡：
Figure FDA0003243871450000048
其中
Figure FDA0003243871450000049
为场景g下，t时段第m个风电机组的上网功率；
Figure FDA00032438714500000410
为场景g下，t时段第m个风电机组的预测出力；
④热电机组的电出力、热出力的上下限：
Figure FDA00032438714500000411
Figure FDA00032438714500000412
其中热电机组的抽汽量与供热功率
Figure FDA00032438714500000413
存在如下关系：
Figure FDA00032438714500000414
其中，ΔHi为第i台热电机组的焓降，单位：KJ/吨；
Figure FDA00032438714500000415
为抽汽量为
Figure FDA00032438714500000416
时热电机组的电功率下限；
Figure FDA00032438714500000417
为抽汽量为
Figure FDA00032438714500000418
时热电机组的电功率上限；
Figure FDA00032438714500000419
为t时段第i台热电机组的供热功率；
Figure FDA00032438714500000420
分别为第i台供热机组供热功率的最小值、最大值；
⑤风电并网过程存在经济性弃风和技术弃风等情况，因此风电并网功率存在以下限制：
Figure FDA0003243871450000051
⑥机组爬坡速率约束：
Figure FDA0003243871450000052
Figure FDA0003243871450000053
其中
Figure FDA0003243871450000054
为热电机组i的下爬坡速率限制，
Figure FDA0003243871450000055
为热电机组i的上爬坡速率限制；
Figure FDA0003243871450000056
纯凝机组s的下爬坡速率限制，
Figure FDA0003243871450000057
纯凝机组s的上爬坡速率限制；
⑦储热装置容量限制，即：
Figure FDA0003243871450000058
其中，
Figure FDA0003243871450000059
为场景g下，t时段储热装置的储热量；
Figure FDA00032438714500000510
为储热装置最大储热量；
⑧储热装置的储放热功率约束：
Figure FDA00032438714500000511
其中，
Figure FDA00032438714500000512
为储热装置在t时段的储热功率；
Figure FDA00032438714500000513
为储热装置的最大储热功率；
Figure FDA00032438714500000514
为储热装置的最大放热功率；
⑨储热装置需要在一个储放热周期内储热量与放热量相等，因此其状态约束为：
Figure FDA00032438714500000515
其中Δt为一个调度时段；
Figure FDA00032438714500000516
为储放热周期的末态，
Figure FDA00032438714500000517
为储放热周期的初始状态；
⑩电极式锅炉的出力约束：
Figure FDA00032438714500000518
其中，
Figure FDA00032438714500000519
为电极式锅炉最大出力。
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