CN109494784A - 一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法 - Google Patents
一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109494784A CN109494784A CN201811194477.2A CN201811194477A CN109494784A CN 109494784 A CN109494784 A CN 109494784A CN 201811194477 A CN201811194477 A CN 201811194477A CN 109494784 A CN109494784 A CN 109494784A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- power
- unit
- electricity
- abandonment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims abstract description 119
- 230000029087 digestion Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000005619 thermoelectricity Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 13
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 10
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 10
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 claims description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 4
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 4
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 claims description 3
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 3
- 230000012447 hatching Effects 0.000 claims description 3
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 claims description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 claims 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 claims 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 claims 1
- 244000131316 Panax pseudoginseng Species 0.000 claims 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H02J3/386—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
Abstract
本发明涉及风力发电技术领域,是一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法。本发明包括以下步骤:目标函数的构建;电力系统约束;热负荷需求约束;复合储能系统约束;储热控制策略。本发明大容量电储热在储热控制方法下运行可以更好的消纳弃风功率,并利用弃风功率进行供热,降低了供热期燃煤机组对环境的污染;同时增加电负荷水平,为弃风消纳提供更多的上网空间并且降低热电机组出力,提高电力系统的灵活性。随着大规模储热式电锅炉的应用,制定合适的控制策略对于储热式电锅炉的进一步发展具有更加重要的意思。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域,是一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法。
背景技术
据行业统计,2017年,新增并网风电装机1503万千瓦,累计并网装机容量达到1.64亿千瓦,占全部发电装机容量的9.2%。风电年发电量3057亿千瓦时,占全部发电量的4.8%,比重比2016年提高0.7个百分点[1]。然而,风电装机及并网容量快速增加的同时,风电运行消纳问题日益突出。其中,我国“三北”地区弃风最为严重,2016年全国弃风电量497亿kWh,其中,部分“三北”地区弃风率达到30%以上。利用储热式电锅炉可替代传统燃煤锅炉供热,增加地区用电负荷,提高风电就地消纳能力。与电化学储能系统及其他储能技术相比,电热联合系统成本较低,更具工程实用性,是解决风电消纳难题的有效手段。
储热式电锅炉是促进风电消纳的有效手段之一,由于热力系统具有较大的热惯性,蓄热式电锅炉是一种可时移的灵活负载,可作为电网运行的一种调控手段,增加电网灵活性,提高电网的风电接纳规模。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提出一种科学合理,适用性强的提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法,该运行控制方法综合考虑电力系统、热负荷和电储热系统的多种约束、蓄热式电锅炉的技术特性等因素,不仅能够满足用户负荷需求,而且能够消纳更多的弃风电量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法,包括以下步骤:
第1步:目标函数的构建;
第2步:电力系统约束;
第3步:热负荷需求约束;
第4步:复合储能系统约束;
第5步:储热控制策略。
所述目标函数的构建,包括:
含风电电网经济调度以成本,主要考虑一次能源消耗成本,最小为调度目标,弃风严重;因此,为提高风电消纳水平,目标函数中增加考虑弃风成本及常规机组污染排放的惩罚函数;
该目标函数在增加风电消纳的同时对环境保护意义重大;因此,目标函数为:
式(1)中,Sc(i,t)为火力发电机组运行成本函数,万元;Se(k,t)为热电机组运行成本函数,万元;S为目标函数,万元;M、N为各类机组台数;λ为弃风成本惩罚系数;β为污染排放惩罚系数;Pw,qf(t)为t时刻弃风功率,MW;Sp(t)为t时刻排污惩罚函数;T为调度时间,h;t为t时刻;k为热电机组k,i为机组i;
(1)火力发电机组运行成本函数;
对于纯凝式火力发电机组,运行成本函数Sc(i,t)为:
式(2)中,F1为火力发电机组运行成本函数,万元;为机组i在t时刻发电功率;为机组i在t时刻启停状态;F2为火力发电机组启停成本函数,万元;火电机组运行成本与启停成本主要是其煤耗成本,因此,火电机组运行成本函数与煤耗量函数相似,均为发电出力的二次形式;
式(3)中,ai、bi、ci为机组i运行成本系数;为机组i在t时刻启停状态;Si为机组i启动成本,万元;为机组i在t时刻发电功率,为机组i在t-1时刻启停状态;
(2)热电机组运行成本函数;
我国供热机组主要以抽汽式机组为主,运行成本函数Se(i,t)为:
式(4)中,ak、bk、ck为热电机组k运行的成本系数;为热电机组k热出力,MW;为热电机组k电出力,MW;cv,k为机组参数;
(3)惩罚函数;
惩罚函数主要包括弃风成本和常规机组污染排放的治理成本,通过增加目标函数的惩罚项来提高风电消纳水平;污染排放惩罚主要与机组电出力与供热出力有关。
所述电力系统约束,包括:
(1)电力电量平衡约束;
式(5)中,为t时刻火电机组与热电机组电出力总和,MW;为t时刻并网风电功率,MW;为t时刻电锅炉功率,MW;为t时刻电负荷需求,MW;
(2)机组出力约束;
抽汽式机组k出力约束:
式(6)中,Pe,min,k、Pe,max,k为抽汽式机组k在凝汽工况下最小、最大电出力,MW;cm,k、cv,k、Kk为机组参数;
纯凝式机组i出力约束:
式(7)中,Pe,min,i、Pe,max,i为纯凝式机组i最小、最大电出力;为纯凝式机组i电出力;
(3)机组爬坡约束;
式(8)中,Pup,i、Pdown,i为机组i向上和向下爬坡速率;为纯凝式机组i在t时刻电出力;为纯凝式机组i在t-1时刻电出力;
热电机组通过改变锅炉运行状态可改变其输出电、热功率变化,故其电出力与热出力爬坡速率可折算为不供热情况下的电功率约束。
所述热负荷需求约束,包括:热力系统热量平衡约束:
式(9)中,为供热机组供热总功率,MW;为储热装置储热功率,MW;为储热装置放热功率,MW;为热负荷总需求,MW;ηeh为电锅炉效率,取0.98。
所述复合储能系统约束,包括:
(1)机组热出力约束:
式(10)中,为机组热出力;为机组最大热出力;
(2)电锅炉运行功率约束:
式(11)中,Pgl,max为电锅炉运行功率最大值,MW;电锅炉运行功率;
(3)储热装置运行约束:
式(12)中,为储热装置最大储放热功率,MW;
(4)储热装置运行状态:
式(13)中,Sh,max为储热装置最大储热量;为t时刻储热装置储热状态;为t-1时刻储热装置储热状态;ηTES,in为储热装置储热效率,取0.92;ηTES,out为储热装置放热效率,取0.92;由于储热罐日内总热损失不超过1%,因此,不考虑储热装置热损失;
(5)储热始末状态约束:
式(14)中,为储热调度周期末状态。
所述储热控制策略,包括:
为促进风电、核电清洁能源消纳,已出台调峰辅助服务市场运营规则,在满足运营规则的前提下给予一定补偿;储热式电锅炉主要在电网低谷时段用电,电网根据低谷合同电量给予相应调峰补偿,也可与风电企业协商开展双边交易;
以22时-次日22时作为一个调度周期,运行控制策略为:判断低谷时段,如果在低谷时段,电锅炉动作供热同时储热,以利用弃风电量供热为主,当弃风电量不满足供热需求时,消纳常规电量;当系统中还存在弃风时,作为弃风处理;非低谷时段,储热装置进行放热,以满足热负荷的需求。
所述控制方法,包括:
根据某区域电网实际运行情况,简化电源装机结构,对上述模型进行求解及验证:
假设该区域热负荷基本不变,取其值为2150MW,其中,A地区500MW热负荷需求由热电厂1供给,B地区850MW热负荷需求由热电厂2供给,C地区800MW热负荷需求由热电厂3供给;电厂4为火电厂;电负荷数据为该区域电网实际负荷需求,风电出力则由历史风速数据求得,假设该区域电网与外电网没有能量交换,调度时间为24小时;算例分析了储热式电锅炉参与电网运行消纳风电情况:
方式1:储热式电锅炉不参与电网调度;此时,弃风现象较为严重;
方式2:储热式电锅炉参与电网调度;电网中热负荷水平增加,且电锅炉配置储热后,其运行控制灵活,在满足供热的前提下,尽量消纳弃风电量进行供热;
(1)储热控制策略下弃风情况分析;
由上述运行结果可知,尤其在在负荷低谷时段,利用储热控制策略可以进一步消纳弃风功率;
(2)储热控制策略下的电负荷及热电机组出力情况;
在储热控制策略下,不仅提高了弃风的利用率,也提高了电负荷水平,由于储热式电锅炉的引用,增加了电负荷的水平,其增加电负荷水平在夜间尤为突出,而夜间往往是弃风电量大与用电需求小最为矛盾的时期,而此时通过储热式电锅炉可以扩大用电需求,为风电提供更大的上网空间,而储备的热量可以进行供热,更加清洁环保;
同时,由于储热式电锅炉的加入,打破了常规“以热定电”的刚性耦合模式,降低了机组出力,利用弃风电量实现清洁供热,既能有效增加地区用电负荷,又能提高热电机组的调节能力,增强电力系统的灵活性,促进可再生能源的就地消纳;
(3)不同热负荷水平下弃风利用情况;
由于热负荷的增加,弃风利用率改变的同时也会导致火电机组出力发生相关变化,不同热负荷水平对风电接纳的影响;新增热负荷为0时,消纳弃风与火电电量为都0;当新增热负荷为70MW时,消纳弃风电量为1490MWh,可减少约89%弃风,但同时供热电量中17.3%来自火电机组,能源利用效率较低,因此,匹配新增热负荷水平不宜过大;从上述曲线来看,当新增热负荷为40MW时,可减少约954MWh弃风,供热电量中约7%来自火电机组,该新增热负荷水平下较为合理。
本发明的优点及有益效果是:
本发明大容量电储热在储热控制方法下运行可以更好的消纳弃风功率,并利用弃风功率进行供热,降低了供热期燃煤机组对环境的污染;同时增加电负荷水平,为弃风消纳提供更多的上网空间并且降低热电机组出力,提高电力系统的灵活性。随着大规模储热式电锅炉的应用,制定合适的控制策略对于储热式电锅炉的进一步发展具有更加重要的意思。
附图说明
图1本发明储热控制策略流程图;
图2本发明区域电网示意图;
图3本发明储热式电锅炉接纳风电情况;
图4本发明储热式电锅炉对电负荷的影响;
图5本发明储热式电锅炉对热电机组出力的影响;
图6本发明不同热负荷水平下弃风利用情况;
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明的一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法作进一步说明。
1.目标函数的构建。
含风电电网经济调度以成本,主要考虑一次能源消耗成本,最小为调度目标,弃风严重;因此,为提高风电消纳水平,目标函数中增加考虑弃风成本及常规机组污染排放的惩罚函数;该目标函数在增加风电消纳的同时对环境保护意义重大。因此,目标函数为:
式(1)中,Sc(i,t)为火力发电机组运行成本函数,万元;Se(k,t)为热电机组运行成本函数,万元;S为目标函数,万元;M、N为各类机组台数;λ为弃风成本惩罚系数;β为污染排放惩罚系数;Pw,qf(t)为t时刻弃风功率,MW;Sp(t)为t时刻排污惩罚函数;T为调度时间,h;t为t时刻;k为热电机组k,i为机组i。
(1)火力发电机组运行成本函数。
对于纯凝式火力发电机组,运行成本函数Sc(i,t)为:
式(2)中,F1为火力发电机组运行成本函数,万元;为机组i在t时刻发电功率;为机组i在t时刻启停状态;F2为火力发电机组启停成本函数,万元;火电机组运行成本与启停成本主要是其煤耗成本,因此,火电机组运行成本函数与煤耗量函数相似,均为发电出力的二次形式。
式(3)中,ai、bi、ci为机组i运行成本系数;为机组i在t时刻启停状态;Si为机组i启动成本,万元;为机组i在t时刻发电功率,为机组i在t-1时刻启停状态。
(2)热电机组运行成本函数。
我国供热机组主要以抽汽式机组为主,运行成本函数Se(i,t)为:
式(4)中,ak、bk、ck为热电机组k运行的成本系数;为热电机组k热出力,MW;为热电机组k电出力,MW;cv,k为机组参数。
(3)惩罚函数。
惩罚函数主要包括弃风成本和常规机组污染排放的治理成本,通过增加目标函数的惩罚项来提高风电消纳水平。污染排放惩罚主要与机组电出力与供热出力有关。
2.电力系统约束。
(1)电力电量平衡约束;
式(5)中,为t时刻火电机组与热电机组电出力总和,MW;为t时刻并网风电功率,MW;为t时刻电锅炉功率,MW;为t时刻电负荷需求,MW。
(2)机组出力约束。
抽汽式机组k出力约束:
式(6)中,Pe,min,k、Pe,max,k为抽汽式机组k在凝汽工况下最小、最大电出力,MW;cm,k、cv,k、Kk为机组参数。
纯凝式机组i出力约束:
式(7)中,Pe,min,i、Pe,max,i为纯凝式机组i最小、最大电出力;为纯凝式机组i电出力。
(3)机组爬坡约束。
式(8)中,Pup,i、Pdown,i为机组i向上和向下爬坡速率;为纯凝式机组i在t时刻电出力;为纯凝式机组i在t-1时刻电出力。
热电机组通过改变锅炉运行状态可改变其输出电、热功率变化,故其电出力与热出力爬坡速率可折算为不供热情况下的电功率约束。
3.热负荷需求约束。
(1)热力系统热量平衡约束:
式(9)中,为供热机组供热总功率,MW;为储热装置储热功率,MW;为储热装置放热功率,MW;为热负荷总需求,MW;ηeh为电锅炉效率,取0.98。
4.复合储能系统约束。
(1)机组热出力约束:
式(10)中,为机组热出力;为机组最大热出力。
(2)电锅炉运行功率约束:
式(11)中,Pgl,max为电锅炉运行功率最大值,MW;电锅炉运行功率。
(3)储热装置运行约束:
式(12)中,为储热装置最大储放热功率,MW。
(4)储热装置运行状态:
式(13)中,Sh,max为储热装置最大储热量;为t时刻储热装置储热状态;为t-1时刻储热装置储热状态;ηTES,in为储热装置储热效率,取0.92;ηTES,out为储热装置放热效率,取0.92。由于储热罐日内总热损失不超过1%,因此,本文不考虑储热装置热损失。
(5)储热始末状态约束:
式(14)中,为储热调度周期末状态。
5.储热控制策略。
东北地区为促进风电、核电等清洁能源消纳,已出台相关调峰辅助服务市场运营规则,在满足运营规则的前提下给予一定补偿。储热式电锅炉主要在电网低谷时段用电,电网根据低谷合同电量给予相应调峰补偿,也可与风电企业协商开展双边交易;因此,考虑发挥储热式电锅炉的优势,储热控制策略如图1所示。
本发明以22时-次日22时作为一个调度周期,运行控制策略为:判断低谷时段,如果在低谷时段,电锅炉动作供热同时储热,以利用弃风电量供热为主,当弃风电量不满足供热需求时,消纳常规电量;当系统中还存在弃风时,作为弃风处理;非低谷时段,储热装置进行放热,以满足热负荷的需求。
6.算例分析。
根据我国“三北”地区某区域电网实际运行情况,简化电源装机结构,对上述模型进行求解及验证,简化电源装机情况参见表1及区域电网结构参见图2。
假设该区域热负荷基本不变,取其值为2150MW,其中,A地区500MW热负荷需求由热电厂1供给,B地区850MW热负荷需求由热电厂2供给,C地区800MW热负荷需求由热电厂3供给;电厂4为火电厂。电负荷数据为该区域电网实际负荷需求,风电出力则由历史风速数据求得,假设该区域电网与外电网没有能量交换,调度时间为24小时。算例分析了储热式电锅炉参与电网运行消纳风电情况:
方式1:储热式电锅炉不参与电网调度。此时,弃风现象较为严重。
方式2:储热式电锅炉参与电网调度。电网中热负荷水平增加,且电锅炉配置储热后,其运行控制灵活,在满足供热的前提下,尽量消纳弃风电量进行供热。
(1)储热控制策略下弃风情况分析。
在储热控制策略下风电接纳情况如图3所示。
由上述运行结果可知,尤其在在负荷低谷时段,利用储热控制策略可以进一步消纳弃风功率。
(2)储热控制策略下的电负荷及热电机组出力情况。
在储热控制策略下,不仅提高了弃风的利用率,也提高了电负荷水平。在配置储热式电锅炉情况下的电负荷功率如图4所示。由于储热式电锅炉的引用,增加了电负荷的水平,其增加电负荷水平在夜间尤为突出,而夜间往往是弃风电量大与用电需求小最为矛盾的时期,而此时通过储热式电锅炉可以扩大用电需求,为风电提供更大的上网空间,而储备的热量可以进行供热,更加清洁环保。
同时,由于储热式电锅炉的加入,打破了常规“以热定电”的刚性耦合模式,降低了机组出力,如图5所示。利用弃风电量实现清洁供热,既能有效增加地区用电负荷,又能提高热电机组的调节能力,增强电力系统的灵活性,促进可再生能源的就地消纳。
(3)不同热负荷水平下弃风利用情况。
由于热负荷的增加,弃风利用率改变的同时也会导致火电机组出力发生相关变化,不同热负荷水平对风电接纳的影响,如图6所示。新增热负荷为0时,消纳弃风与火电电量为都0;当新增热负荷为70MW时,消纳弃风电量为1490MWh,可减少约89%弃风,但同时供热电量中17.3%来自火电机组,能源利用效率较低,因此,匹配新增热负荷水平不宜过大。从上述曲线来看,当新增热负荷为40MW时,可减少约954MWh弃风,供热电量中约7%来自火电机组,该新增热负荷水平下较为合理。表1:机组装机容量。
Claims (7)
1.一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法,其特征是:包括以下步骤:
第1步:目标函数的构建:
第2步:电力系统约束:
第3步:热负荷需求约束;
第4步:复合储能系统约束;
第5步:储热控制策略。
2.根据权利要求1所述的一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法,其特征是:所述目标函数的构建,包括:
含风电电网经济调度以成本,主要考虑一次能源消耗成本,最小为调度目标,弃风严重;因此,为提高风电消纳水平,目标函数中增加考虑弃风成本及常规机组污染排放的惩罚函数;
该目标函数在增加风电消纳的同时对环境保护意义重大;因此,目标函数为:
式(1)中,Sc(i,t)为火力发电机组运行成本函数,万元;Se(k,t)为热电机组运行成本函数,万元;S为目标函数,万元;M、N为各类机组台数;λ为弃风成本惩罚系数;β为污染排放惩罚系数;Pw,qf(t)为t时刻弃风功率,MW;Sp(t)为t时刻排污惩罚函数;T为调度时间,h;t为t时刻;k为热电机组k,i为机组i;
(1)火力发电机组运行成本函数;
对于纯凝式火力发电机组,运行成本函数Sc(i,t)为:
式(2)中,F1为火力发电机组运行成本函数,万元;为机组i在t时刻发电功率;为机组i在t时刻启停状态;F2为火力发电机组启停成本函数,万元;火电机组运行成本与启停成本主要是其煤耗成本,因此,火电机组运行成本函数与煤耗量函数相似,均为发电出力的二次形式;
式(3)中,ai、bi、ci为机组i运行成本系数;为机组i在t时刻启停状态;Si为机组i启动成本,万元;为机组i在t时刻发电功率,为机组i在t-1时刻启停状态;
(2)热电机组运行成本函数;
我国供热机组主要以抽汽式机组为主,运行成本函数Se(i,t)为:
式(4)中,ak、bk、ck为热电机组k运行的成本系数;为热电机组k热出力,MW;为热电机组k电出力,MW;cv,k为机组参数;
(3)惩罚函数;
惩罚函数主要包括弃风成本和常规机组污染排放的治理成本,通过增加目标函数的惩罚项来提高风电消纳水平;污染排放惩罚主要与机组电出力与供热出力有关。
3.根据权利要求1所述的一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法,其特征是:所述电力系统约束,包括:
(1)电力电量平衡约束;
式(5)中,为t时刻火电机组与热电机组电出力总和,MW;为t时刻并网风电功率,MW;为t时刻电锅炉功率,MW;为t时刻电负荷需求,MW;
(2)机组出力约束;
抽汽式机组k出力约束:
式(6)中,Pe,min,k、Pe,max,k为抽汽式机组k在凝汽工况下最小、最大电出力,MW;cm,k、cv,k、Kk为机组参数;
纯凝式机组i出力约束:
式(7)中,Pe,min,i、Pe,max,i为纯凝式机组i最小、最大电出力;为纯凝式机组i电出力;
(3)机组爬坡约束;
式(8)中,Pup,i、Pdown,i为机组i向上和向下爬坡速率;为纯凝式机组i在t时刻电出力;为纯凝式机组i在t-1时刻电出力;
热电机组通过改变锅炉运行状态可改变其输出电、热功率变化,故其电出力与热出力爬坡速率可折算为不供热情况下的电功率约束。
4.根据权利要求1所述的一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法,其特征是:所述热负荷需求约束,包括:热力系统热量平衡约束:
式(9)中,为供热机组供热总功率,MW;为储热装置储热功率,MW;为储热装置放热功率,MW;为热负荷总需求,MW;ηeh为电锅炉效率,取0.98。
5.根据权利要求1所述的一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法,其特征是:所述复合储能系统约束,包括:
(1)机组热出力约束:
式(10)中,为机组热出力;为机组最大热出力;
(2)电锅炉运行功率约束:
式(11)中,Pgl,max为电锅炉运行功率最大值,MW;电锅炉运行功率;
(3)储热装置运行约束:
式(12)中,为储热装置最大储放热功率,MW;
(4)储热装置运行状态:
式(13)中,Sh,max为储热装置最大储热量;为t时刻储热装置储热状态;为t-1时刻储热装置储热状态;ηTES,in为储热装置储热效率,取0.92;ηTES,out为储热装置放热效率,取0.92;由于储热罐日内总热损失不超过1%,因此,不考虑储热装置热损失;
(5)储热始末状态约束:
式(14)中,为储热调度周期末状态。
6.根据权利要求1所述的一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法,其特征是:所述储热控制策略,包括:
为促进风电、核电清洁能源消纳,已出台调峰辅助服务市场运营规则,在满足运营规则的前提下给予一定补偿;储热式电锅炉主要在电网低谷时段用电,电网根据低谷合同电量给予相应调峰补偿,也可与风电企业协商开展双边交易;
以22时-次日22时作为一个调度周期,运行控制策略为:判断低谷时段,如果在低谷时段,电锅炉动作供热同时储热,以利用弃风电量供热为主,当弃风电量不满足供热需求时,消纳常规电量;当系统中还存在弃风时,作为弃风处理;非低谷时段,储热装置进行放热,以满足热负荷的需求。
7.根据权利要求1所述的一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法,其特征是:所述控制方法,包括:
根据某区域电网实际运行情况,简化电源装机结构,对上述模型进行求解及验证:
假设该区域热负荷基本不变,取其值为2150MW,其中,A地区500MW热负荷需求由热电厂1供给,B地区850MW热负荷需求由热电厂2供给,C地区800MW热负荷需求由热电厂3供给;电厂4为火电厂;电负荷数据为该区域电网实际负荷需求,风电出力则由历史风速数据求得,假设该区域电网与外电网没有能量交换,调度时间为24小时;算例分析了储热式电锅炉参与电网运行消纳风电情况:
方式1:储热式电锅炉不参与电网调度;此时,弃风现象较为严重;
方式2:储热式电锅炉参与电网调度;电网中热负荷水平增加,且电锅炉配置储热后,其运行控制灵活,在满足供热的前提下,尽量消纳弃风电量进行供热;
(1)储热控制策略下弃风情况分析;
由上述运行结果可知,尤其在在负荷低谷时段,利用储热控制策略可以进一步消纳弃风功率;
(2)储热控制策略下的电负荷及热电机组出力情况;
在储热控制策略下,不仅提高了弃风的利用率,也提高了电负荷水平,由于储热式电锅炉的引用,增加了电负荷的水平,其增加电负荷水平在夜间尤为突出,而夜间往往是弃风电量大与用电需求小最为矛盾的时期,而此时通过储热式电锅炉可以扩大用电需求,为风电提供更大的上网空间,而储备的热量可以进行供热,更加清洁环保;
同时,由于储热式电锅炉的加入,打破了常规“以热定电”的刚性耦合模式,降低了机组出力,利用弃风电量实现清洁供热,既能有效增加地区用电负荷,又能提高热电机组的调节能力,增强电力系统的灵活性,促进可再生能源的就地消纳;
(3)不同热负荷水平下弃风利用情况;
由于热负荷的增加,弃风利用率改变的同时也会导致火电机组出力发生相关变化,不同热负荷水平对风电接纳的影响;新增热负荷为0时,消纳弃风与火电电量为都0;当新增热负荷为70MW时,消纳弃风电量为1490MWh,可减少约89%弃风,但同时供热电量中17.3%来自火电机组,能源利用效率较低,因此,匹配新增热负荷水平不宜过大;从上述曲线来看,当新增热负荷为40MW时,可减少约954MWh弃风,供热电量中约7%来自火电机组,该新增热负荷水平下较为合理。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811194477.2A CN109494784A (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811194477.2A CN109494784A (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109494784A true CN109494784A (zh) | 2019-03-19 |
Family
ID=65690286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811194477.2A Pending CN109494784A (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109494784A (zh) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110544033A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-12-06 | 大连理工大学 | 热电厂灵活性改造后的电力系统风电消纳评估方法 |
CN110601264A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-12-20 | 国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司 | 计及超大功率蓄热电锅炉消纳能力的多能源优化调度方法 |
CN110676847A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-10 | 国网辽宁省电力有限公司阜新供电公司 | 考虑风电-储热机组-电锅炉联合运行的优化调度方法 |
CN111064230A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-24 | 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 | 一种电热耦合系统的弃风消纳经济调度方法 |
CN111156585A (zh) * | 2018-11-07 | 2020-05-15 | 国网冀北电力有限公司 | 风电供暖系统能量流控制方法和装置 |
CN111428940A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-07-17 | 沈阳工业大学 | 一种基于储热装置降低多能源系统运行成本的优化方法 |
CN111490556A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-08-04 | 上海豫源电力科技有限公司 | 用于电池储能协调电采暖优化火电调峰的控制方法 |
CN111861195A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-30 | 燕山大学 | 一种提高风电二次消纳能力的热电联合调度方法 |
CN112103989A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-12-18 | 沈阳工业大学 | 一种考虑多类型负荷调控能力的新能源消纳贡献量化方法 |
CN112434915A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-03-02 | 沈阳工程学院 | 面向弃风消纳的区域综合能源系统灵活性优化配置方法 |
CN112736984A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-30 | 国网辽宁省电力有限公司锦州供电公司 | 一种提升电-热综合能源系统弃风消纳能力的方法 |
CN113949081A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-01-18 | 国网甘肃省电力公司陇南供电公司 | 光伏和风电消纳的储热容量优化配置方法、设备及介质 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014009953A1 (de) * | 2014-07-07 | 2016-01-07 | LichtBlick SE | System und Verfahren zum Bestimmen der Eignung mehrerer elektrischer Produzenten und Verbraucher, die in einem Netzwerk als virtuelles Kraftwerk betrieben werden, für die Erbringung von Regelleistung |
CN105447599A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-03-30 | 东北电力大学 | 基于储热热电联产机组与电锅炉的弃风消纳协调调度模型 |
CN107204632A (zh) * | 2017-07-15 | 2017-09-26 | 东北电力大学 | 一种提升风电消纳的柔性负荷优化调度方法 |
-
2018
- 2018-10-15 CN CN201811194477.2A patent/CN109494784A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014009953A1 (de) * | 2014-07-07 | 2016-01-07 | LichtBlick SE | System und Verfahren zum Bestimmen der Eignung mehrerer elektrischer Produzenten und Verbraucher, die in einem Netzwerk als virtuelles Kraftwerk betrieben werden, für die Erbringung von Regelleistung |
CN105447599A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-03-30 | 东北电力大学 | 基于储热热电联产机组与电锅炉的弃风消纳协调调度模型 |
CN107204632A (zh) * | 2017-07-15 | 2017-09-26 | 东北电力大学 | 一种提升风电消纳的柔性负荷优化调度方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
范利国: "《风电消纳与能源管理研究》", 31 January 2017 * |
邢志同: "电池储能协调电采暖消纳弃风的运行控制与配置优化", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》 * |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111156585A (zh) * | 2018-11-07 | 2020-05-15 | 国网冀北电力有限公司 | 风电供暖系统能量流控制方法和装置 |
CN110544033B (zh) * | 2019-08-29 | 2022-12-16 | 大连理工大学 | 热电厂灵活性改造后的电力系统风电消纳评估方法 |
CN110544033A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-12-06 | 大连理工大学 | 热电厂灵活性改造后的电力系统风电消纳评估方法 |
CN110601264B (zh) * | 2019-09-23 | 2022-11-18 | 国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司 | 计及超大功率蓄热电锅炉消纳能力的多能源优化调度方法 |
CN110601264A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-12-20 | 国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司 | 计及超大功率蓄热电锅炉消纳能力的多能源优化调度方法 |
CN110676847A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-10 | 国网辽宁省电力有限公司阜新供电公司 | 考虑风电-储热机组-电锅炉联合运行的优化调度方法 |
CN112103989A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-12-18 | 沈阳工业大学 | 一种考虑多类型负荷调控能力的新能源消纳贡献量化方法 |
CN112103989B (zh) * | 2019-12-09 | 2023-07-04 | 沈阳工业大学 | 一种考虑多类型负荷调控能力的新能源消纳贡献量化方法 |
CN111064230A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-24 | 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 | 一种电热耦合系统的弃风消纳经济调度方法 |
CN111428940A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-07-17 | 沈阳工业大学 | 一种基于储热装置降低多能源系统运行成本的优化方法 |
CN111428940B (zh) * | 2020-04-15 | 2023-10-20 | 沈阳工业大学 | 一种基于储热装置降低多能源系统运行成本的优化方法 |
CN111490556A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-08-04 | 上海豫源电力科技有限公司 | 用于电池储能协调电采暖优化火电调峰的控制方法 |
CN111861195A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-30 | 燕山大学 | 一种提高风电二次消纳能力的热电联合调度方法 |
CN112434915B (zh) * | 2020-11-09 | 2023-06-30 | 沈阳工程学院 | 面向弃风消纳的区域综合能源系统灵活性优化配置方法 |
CN112434915A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-03-02 | 沈阳工程学院 | 面向弃风消纳的区域综合能源系统灵活性优化配置方法 |
CN112736984A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-30 | 国网辽宁省电力有限公司锦州供电公司 | 一种提升电-热综合能源系统弃风消纳能力的方法 |
CN112736984B (zh) * | 2020-12-09 | 2023-09-01 | 国网辽宁省电力有限公司锦州供电公司 | 一种提升电-热综合能源系统弃风消纳能力的方法 |
CN113949081A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-01-18 | 国网甘肃省电力公司陇南供电公司 | 光伏和风电消纳的储热容量优化配置方法、设备及介质 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109494784A (zh) | 一种提高风电消纳的大容量储热系统优化控制方法 | |
CN107204632B (zh) | 一种提升风电消纳的柔性负荷优化调度方法 | |
CN104716644B (zh) | 一种可再生能源冷热电微网系统及控制方法 | |
CN110458353A (zh) | 电热联合微网能量梯级优化方法及系统 | |
CN110009244B (zh) | 一种考虑抗灾恢复的区域综合能源系统优化调度方法 | |
CN110676847A (zh) | 考虑风电-储热机组-电锅炉联合运行的优化调度方法 | |
CN106712033B (zh) | 一种热电厂消纳弃风的方法 | |
CN109523065A (zh) | 一种基于改进量子粒子群算法的微能源网优化调度方法 | |
CN109993345B (zh) | 一种面向园区的孤岛运行多能互补系统动态经济调度方法 | |
CN110165665A (zh) | 一种基于改进多目标粒子群算法的源-荷-储调度方法 | |
CN109461097A (zh) | 一种基于附加热源消纳弃风的电热联合系统调度方法 | |
CN112990523A (zh) | 基于多目标模型预测控制的区域综合能源系统分层优化运行方法 | |
CN113159407A (zh) | 基于区域综合能源系统的多能储存模块容量优化配置方法 | |
CN112671040A (zh) | 一种考虑新能源消纳最大的多能互补系统日前优化调度方法 | |
CN110991735B (zh) | 一种考虑aa-caes的热电联供系统优化调度方法 | |
CN113806952B (zh) | 一种考虑源-荷-储的冷热电综合能源系统及其优化运行方法 | |
CN114021361A (zh) | 一种含蓄热电锅炉负荷的多时间尺度优化调度方法及系统 | |
CN113033900A (zh) | 一种园区级综合能源系统容量优化配置方法和系统 | |
CN117350419A (zh) | 计及柔性负荷和碳流的园区综合能源系统优化运行方法 | |
CN110070216B (zh) | 一种工业园区综合能源系统经济运行优化方法 | |
CN110991753A (zh) | 考虑多能需求响应的电热互联网系统调度优化方法 | |
CN115659585A (zh) | 计及需求响应的微能网低碳协同调度方法、装置、存储器及设备 | |
CN108494014A (zh) | 一种混合能源热电联产经济性优化管理方法 | |
CN114997457A (zh) | 基于集中供热系统储热特性的热电联产机组灵活性优化调度方法 | |
CN114396822A (zh) | 一种能源综合利用配置与运行方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190319 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |