CN110198052A - 一种光热-风电联合并网发电协调控制方法 - Google Patents

Abstract

一种光热‑风电联合并网发电协调控制方法，利用光热及其储热装置对风电移峰填谷，并将光热与风电的联合输出作为一个整体供电网调度。所述的光热发电系统包括镜场、集热装置、储热装置、热交换装置及汽轮发电机组。所述协调控制用于对风电出力、光热及其储热进行优化调度。具有以下优点：一是将光热‑风电联合输出作为一个整体并网，代替风电单独入网，在一定程度上解决了因风电并网而造成的电网负荷峰谷差拉大问题；二是光热、风电的协调控制以联合输出功率波动最小为优化目标，并在优化过程中考虑了风电、光热及其联合系统的各种等式及不等式约束，使联合输出波动较小，具有类似常规电源的调度性。

Description

一种光热-风电联合并网发电协调控制方法

技术领域

本发明涉及光热-风电联合并网发电协调控制技术，具体属于光热-风电联合发电技术领域。

背景技术

风电出力具有随机性、波动性和反调峰特性，在负荷低谷期风电出力往往较大，而在负荷高峰期风电出力则较小，其反调峰特性拉大了电网的负荷峰谷差，不仅增加了电力系统调峰和调度的难度，同时为减小负荷峰谷差，尽可能多的接纳风电，不得不使火电机组工作于深度调峰或启停调峰运行模式，增加了火电机组的运维成本。如何降低风电入网对电网的影响，以最大限度接纳风电成为当前急需解决的问题。

含储能装置的太阳能光热发电，输出连续、稳定、可控，若与风电结合，利用风、光的互补性及储热的可调度性，能有效缓解风电的出力波动，减少弃风。

发明内容

本发明的目的是提供一种光热-风电联合并网发电协调控制方法。

本发明是一种光热-风电联合并网发电协调控制方法，利用含储热的光热发电系统对风电移峰填谷，并将光热与风电的联合输出作为一个整体供电网调度；

所述的光热发电系统包括聚光集热装置、储热装置、热交换装置及汽轮发电机组。聚光集热装置中的镜场用于收集太阳能，并将其汇聚到集热装置，然后对其中的导热工质进行加热，发电时导热工质通过热交换装置产生蒸汽，推动汽轮机组发电；所述储热装置用于存储热能，对风电出力进行调节，以平抑风电波动，使联合输出更为平稳；所述的热交换装置用于对汽轮发电机组的出力进行快速调节；

所述协调控制方法用于对风电出力、光热及其储热进行优化调度，包含以下步骤：

步骤1：依据光热-风电联合发电模型建立目标函数，计算光热-风电联合功率及其平均值，以联合输出功率的方差最小为目标，达到使联合系统输出功率波动最小的目的；

P_{wc_t}＝P_{wind_t}+P_{csp_t} (公式二)

式(1)中T为一个调度周期，P_{wc_t}为t时刻光热-风电联合出力，P_{wc_av}为调度周期T内光热-风电联合出力平均值；式(2)中P_{wind_t}、P_{csp_t}分别为t时刻风电、光热实际出力；式(3)给出了调度周期T内联合出力平均值P_{wc_av}的计算方法；

步骤2：明确联合系统中风电出力P_{wind_t}和光热出力P_{csp_t}应满足的各种等式及不等式约束，包括联合系统功率平衡约束，光热机组还应满足运行中的不等式约束，包括出力约束、爬坡约束、储热容量约束等，风电也需满足出力的不等式约束；

步骤3：联合系统的协调控制方法：

1)预测次日光照、风速数据，得到光热、风电预测出力；

2)考虑一天内风电出力、光热出力及储热时数等限制因素，给出次日联合系统计划出力，并估算其并网功率上限P_{wc_max}与下限P_{wc_min}；

3)通过数据采集监控系统采集风速、光照实时数据，得到风电和光热出力P_csp、P_wind，以及联合系统出力P_wc，将1天划分为24个时刻，每隔15min采集一次数据，每个时刻将有4个数据，求其平均值并将其作为1天内到各个时刻的功率值；

4)将光热-风电联合系统实际出力与计划出力比较，若联合系统功率大于并网功率上限，即P_wc>P_{wc_max}时，表明风、光充足，储热装置蓄热储能；反之，若联合系统功率小于并网功率下限，即P_wc<P_{wc_min}，储热装置放热发电。

光热在增大或减小出力调节过程中需注意两个问题，一是机组输出不能越过出力上、下限，且要满足爬坡速率的限制；二是放热时储热容量不能低于下限。

本发明的有益之处是：首先，采用含储热的光热电站平抑风电波动，并将光热-风电联合输出作为一个整体并网，代替风电单独入网，在一定程度上解决了因风电并网而造成的电网负荷峰谷差拉大问题；其次，联合系统的协调控制以光热-风电联合输出功率波动最小为优化目标，并在优化过程中考虑了联合系统的功率平衡约束，风电、光热发电系统的运行约束及风光联合运行约束，使联合输出波动较小，具有类似常规电源的调度性。

附图说明

图1是塔式光热发电系统结构示意图，图2是光热-风电联合系统协调控制策略图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的含储热的光热发电系统主要由聚光集热装置1、储热装置2、热交换装置3、汽轮发电机组4等组成。此系统的特点是聚光集热装置1中的光场利用太阳能对吸热器中的导热工质加热，导热工质经热交换装置3产生蒸汽，推动汽轮发电机组4发电。若导热工质产生的蒸汽超过汽轮发电机组4工作所需的蒸汽量时，储热装置2将多余的热能以高温熔盐的形式存储，以备光照不足或负荷高峰时使用。与其他可再生能源不同，光热储能电站可利用储热将其输出进行时空平移，从而实现对风电出力的移峰填谷，拥有类似于常规火电的调度运行特性。

所述协调控制用于对风电出力、光热及其储热进行优化调度。

具体技术方案如下：

步骤1：依据光热-风电联合发电模型，以联合输出功率的方差最小为目标建立目标函数，如公式一所示：

式中：公式一中T为一个调度周期，此处为日调度，即1天；P_{wc_t}为t时刻光热-风电联合出力；P_{wc_av}为计算周期T内光热-风电联合出力平均值。

目标函数中光热-风电联合功率P_{wc_t}及其平均值P_{wc_av}分别按公式二、公式三计算：

P_{wc_t}＝P_{wind_t}+P_{csp_t} (公式二)

公式二中：P_{wind_t}、P_{csp_t}分别为t时刻风电、光热实际出力。

步骤2：明确联合系统中风电出力P_{wind_t}和光热出力P_{csp_t}应满足的各种等式及不等式约束，包括联合系统功率平衡约束，光热机组还应满足运行中的不等式约束，包括出力约束、爬坡约束、储热容量约束等，风电也需满足出力的不等式约束。

1)联合系统功率平衡约束：

P_{wind_t}+P_{csp_t}＝P_lt (公式四)

式中：P_lt为联合系统计划出力。

2)光热机组运行不等式约束：

机组出力约束：

式中：分别为机组最大、最小出力；P_t ^RsvUP、P_t ^RsvDown分别为机组的上旋转备用和下旋转备用；

爬坡约束：

式中：为机组最大向上和向下爬坡能力；

储热容量约束：

式中：分别为储热容量上、下限；

另外，储热装置的储热和放热不能同时进行，故有：

式中：为高温罐存储状态变量，1为储热，0为放热。

3)风电场出力约束：

0≤P_{wind_t}≤P_{wind_max} (公式九)。

4)光热-风电联合出力约束：

P_{wc_min}≤P_{wc_t}≤P_{wc_max} (公式十)。

步骤3：联合系统的协调控制，如图2所示；

1)预测次日光照、风速数据；

2)通过数据采集监控系统采集的风速、光照数据，得到风电和光热预测出力P_csp、P_wind，以及联合系统出力P_wc；

3)考虑一天内风电出力、光热出力及储热时数等限制因素，估算次日联合系统并网功率P_{wc_max}与下限P_{wc_min}；

4)将联合系统出力与并网上、下限功率比较，若联合系统功率大于上限，即P_wc>P_{wc_max}时，储热装置蓄热储能，具体如下：若风电出力足够大，则光热只储热不发电，且允许适当弃风；若风电出力较小，且光照充足，则光热发电系统根据风电出力及联合系统计划出力，调节出力大小，在发电的同时进行储热。反之，若P_wc<P_{wc_min}，储热装置在储热容量允许的范围内，按照一定的放热速率放热发电，使联合系统输出尽量接近其计划出力。

光热在增大或减小出力调节过程中需注意两个问题，一是机组输出不能越过出力上、下限，且要满足爬坡速率的限制；二是放热时储热容量不能低于下限。

以上是本发明的实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离风电和光热联合发电技术原理的前提下，本发明中的协调控制方法还可进行某些改进或形式的变化，这些改进和形式的变化也应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种光热-风电联合并网发电协调控制方法，其特征在于：利用含储热的光热发电系统对风电移峰填谷，并将光热与风电的联合输出作为一个整体供电网调度；

所述的光热发电系统包括聚光集热装置、储热装置、热交换装置及汽轮发电机组；聚光集热装置中的镜场用于收集太阳能，并将其汇聚到集热装置，然后对其中的导热工质进行加热，发电时导热工质通过热交换装置产生蒸汽，推动汽轮机组发电；所述储热装置用于存储热能，对风电出力进行调节，以平抑风电波动，使联合输出更为平稳；所述的热交换装置用于对汽轮发电机组的出力进行快速调节；

所述协调控制方法用于对风电出力、光热及其储热进行优化调度，包括以下步骤：

步骤1：依据光热-风电联合发电模型建立目标函数，计算光热-风电联合功率及其平均值，以联合输出功率的方差最小为目标，达到使联合系统输出功率波动最小的目的；

P_{wc_t}＝P_{wind_t}+P_{csp_t} (公式二)

公式一中T为一个调度周期，此处为日调度，即1天，P_{wc_t}为t时刻光热-风电联合出力，P_{wc_av}为调度周期T内光热-风电联合出力平均值；公式二中P_{wind_t}、P_{csp_t}分别为t时刻风电、光热实际出力；公式三给出了调度周期T内联合出力平均值P_{wc_av}的计算方法；

步骤2：明确联合系统中风电出力P_{wind_t}和光热出力P_{csp_t}应满足的各种等式及不等式约束，包括联合系统功率平衡约束，光热机组还应满足运行中的不等式约束，包括出力约束、爬坡约束、储热容量约束等，风电也需满足出力的不等式约束；

步骤3：联合系统的协调控制方法：

1)预测次日光照、风速数据，得到光热、风电预测出力；

2)考虑一天内风电出力、光热出力及储热时数等限制因素，给出次日联合系统计划出力，并估算其并网功率上限P_{wc_max}与下限P_{wc_min}；

3)通过数据采集监控系统采集风速、光照实时数据，得到风电和光热出力P_csp、P_wind，以及联合系统出力P_wc，将1天划分为24个时刻，每隔15min采集一次数据，每个时刻将有4个数据，求其平均值并将其作为1天内到各个时刻的功率值；

4)将光热-风电联合系统实际出力与计划出力比较，若联合系统功率大于并网功率上限，即P_wc>P_{wc_max}时，表明风、光充足，储热装置蓄热储能；反之，若联合系统功率小于并网功率下限，即P_wc<P_{wc_min}，储热装置放热发电；

由以上步骤可以实现光热-风电联合输出波动较小，具有类似常规电源的调度性。