CN111222717B - 一种含多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内优化调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种含多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内优化调度方法，其包括：S1、选择调度周期并确定出热电厂的系统参数；S2、给定目标函数以及约束条件以创建热电厂厂内优化调度模型；S3、将所述系统参数参数输入至热电厂厂内优化调度模型中，并求解计算出所述热电厂每个时段的各个机组的电热出力以及蓄热罐、电锅炉的运行情况以完成对热电厂厂内优化调度工作。本发明利用优化调度模型，帮助调度者计算厂内各类型机组以及热电解耦设备的运行状态，为热电厂内部调度提供了一种可行的方案。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统调度运行技术领域，尤其涉及一种含多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内优化调度方法。
背景技术
热电厂厂内如何调度，即热电厂对系统下发电负荷与热电厂自身的热负荷进行合理的分配，是热电厂能否获得最大利益的关键因素。
一般而言，传统热电厂的调度根据“以热定电”运行原则，即先根据其热负荷确定供热输出，再根据供热输出确定机组发电可调空间，进而参与电网平衡调度。然而随着风电上网电量的增加，“风热冲突”的现象时常发生。若保持风电全部上网，则热电厂供热能力不能满足热负荷；若保持热电厂的供热能力，则会导致弃风。所以热电厂需增加其运行的灵活性来减少“风热冲突”的发生。
目前热电厂增加灵活性的方式主要是：抽凝式的供热机组改造为具有低压缸切除能力的机组、将抽凝式供热机组改造为抽背式供热机组、增加配置蓄热罐、增加配置电锅炉。当热电厂进行了灵活性提升改造后，热电厂内机组类型由单一变为多种，且厂内还可能会配置有蓄热罐和电锅炉等“热电解耦”设备，故传统的厂内调度方式已不再适用。为此，迫切需要找到一种考虑多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内调度方法。
发明内容
基于此，为解决在现有技术所存在的不足，特提出了一种含多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内优化调度方法。
一种含多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内优化调度方法，其特征在于，包括：
S1、选择调度周期并确定出热电厂的系统参数，所述系统参数包括调度周期各时段对应的热电厂的发电负荷机组参数、热负荷/>蓄热罐参数以及电锅炉参数；所述热电厂至少包含抽凝机组、具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组、抽背机组、蓄热罐以及电锅炉。
S2、给定目标函数以及约束条件以创建热电厂厂内优化调度模型；
S3、将所述系统参数参数输入至热电厂厂内优化调度模型中，并求解计算出所述热电厂每个时段的各个机组的电热出力以及蓄热罐、电锅炉的运行情况以完成对热电厂厂内优化调度工作。
可选的，在其中一个实施例中，所述目标函数为周期内热电厂所有机组的运行费用最小，对应的表达式为：
式中，fEx-C，i，t为抽凝机组i在t时段的运行煤耗，fEx-LC，p，t为具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在t时段的运行煤耗；fEx-CB，j，t为抽背机组j在t时段的运行煤耗，其中，n1，n2，n3分别表示电厂中开机的抽凝机组、具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组、抽背机组的台数；
所述约束条件至少包含电热负荷平衡条件、机组的运行限制条件、蓄热罐的运行限制条件以及电锅炉的运行限制条件；
可选的，在其中一个实施例中，所述抽凝机组i在t时段的运行煤耗的计算公式为
其中，aC，i、bC，i、cC，i均为抽凝式机组i在纯凝工况下的煤耗系数，分别对应的单位为t/(MWh)2、t/MWh、t/h；cv，i为在抽凝机组i进汽量不变的情况下抽汽供热功率对发电功率的影响系数；分别为抽凝式机组i在t时段的发电功率与供热功率；
所述具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在t时段的运行煤耗的计算公式为
其中，aC，p、bC，p、cC，p均为具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在纯凝工况下的煤耗系数，分别对应的单位为t/(MWh)2、t/MWh、t/h；cv，p为在具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p进汽量不变的情况下抽汽供热功率对发电功率的影响系数；分别为具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在t时刻的发电功率与供热功率；
所述抽背机组j在t时段的运行煤耗的计算公式为
其中，aCB，j、bCB，j、cCB，j均为抽背式机组j运行在背压工况下的煤耗系数，分别对应的单位为t/(MWh)2、：t/MWh、t/h；cm1，j为抽背式机组j低压缸排汽供热汽流的电热比；分别表示抽背机组j在t时段的发电功率与供热功率。
可选的，在其中一个实施例中，所述电热负荷平衡条件包括电负荷平衡约束条件和供热平衡约束条件，其中，所述电负荷平衡约束条件对应的公式为
其中，代表热电厂在t时段的系统下发负荷；
所述供热平衡约束条件对应的公式为
其中，热电厂在t时段的供热需求；/>为电锅炉t时段供热功率，/>蓄热罐在t时段的充放热功率，
所述机组的运行限制条件包括抽凝机组运行约束条件、具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组运行约束条件、抽背式供热机组运行约束条件；其中，
抽凝机组运行约束条件对应的公式为
其中，分别为抽凝机组i在纯凝工况下的最大、最小发电功率；抽凝式机组i的最大供热功率，/>为抽凝式机组i的电热特性曲线的延长线与纵轴交点值；cm，i抽凝式机组i汽流做功发电功率与供热功率的比值；
具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组运行约束条件对应的公式为
其中，分别为具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在纯凝工况下的最大、最小发电功率；/>为机组p的最大供热功率，/>为机组p电热特性曲线的延长线与纵轴交点值；cm，p为机组p汽流做功发电功率与供热功率的比值，/>为机组p在低压缸切除前后供热功率增加量，ILC，p，t为表示机组p在t时段低压缸切除与否的布尔量，ILC，p，t＝1代表机组p运行在切缸工况，ILC，p，t＝0表示机组p运行在抽凝工况；
抽背式供热机组运行约束条件对应的公式为
其中，分别为抽背机组j在纯凝工况下的最大、最小发电功率；为机组j的最大供热功率，cm2，j为抽背机组j抽汽供热汽流的电热比；
所述蓄热罐约束条件对应的公式为
其中，CHA为蓄热罐的容量；为蓄热罐在t时段的充放热功率；/>分别为蓄热罐最大充、放热功率，ηHA为蓄热罐的储热效率；SHA，t表示t时段结束时的剩余蓄热量；SHA，0、SHA，T分别为周期开始前与周期最后时段结束时的蓄热量；
所述电锅炉约束条件对应的公式为
其中，CEB为电锅炉的容量；为电锅炉t时段供热功率；/>为电锅炉t时段消耗的电功率；ηEB为电锅炉电转热的效率。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本发明公开了一种含多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内优化调度方法，其实现了给定电负荷和热负荷条件下热电厂厂内的优化调度以帮助调度者计算厂内各类型机组以及热电解耦设备的运行状态，为热电厂内部调度提供了一种可行的方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一个实施例中所述核心步骤示意图；
图2为一个实施例中所述各类型供热机组的电热运行区间示意图；
图3为一个实施例中所述电热负荷示意图；
图4为一个实施例中所述各时段各机组与电锅炉的电出力分布示意图；
图5为一个实施例中所述各时段各机组、蓄热罐与电锅炉热出力分布示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元件，但其不是同一元件。
在本实施例中，特提出了一种含多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内优化调度方法，此方法以热电厂的运行煤耗最小为目标函数，以电热负荷平衡、机组的运行限制、蓄热罐和电锅炉的运行限制等为约束条件，优化求解计算每小时的各个机组以及蓄热罐、电锅炉的运行状态；如图1所示，包括如下步骤：
S1、选择调度周期并确定出热电厂的系统参数，所述系统参数包括调度周期各时段对应的热电厂的发电负荷机组参数、热负荷/>蓄热罐参数以及电锅炉参数；其中，所述系统参数可参考电力系统调度部门下发给热电厂参考数据，下标t＝1，…，T，t表示调度周期各时段，T为时段总数。在一些具体的实施例中，负荷数据即调度周期各时段对应的热电厂的发电负荷/>与热负荷/>包括：若设定调度周期为一日，分为24个时段，每时段的长度为1小时，系统电力系统调度部门下发给热电厂的发电负荷与热电厂的热负荷为如表1所示，绘制其电热负荷曲线如图3所示。
表1日内各时段负荷及风电功率(单位MW)
在一些具体的实施例中，设定本例中热电厂有4台350MW纯凝改造供热机组，其中1号机已改造为抽背式供热机组，2号机正进行低压缸灵活切除改造，2号机完成改造后，可在进汽量不变的情况下，通过低压缸切除增加供热136MW，降低电出力41.3MW。则三种类型机组的电热运行区间如图2所示，所述机组参数详见表2所示；
表2机组参数
在一些具体的实施例中，基于上述实施例，除2号机低压缸灵活切除改造外，假设热电厂还将配置电锅炉和蓄热罐，则蓄热罐、电锅炉相关参数包括蓄热罐的容量为800MWh，最大蓄放热功率为100MW，蓄热罐的初始容量为400MWh，电锅炉的容量为50MW。
S2、给定目标函数以及约束条件以创建热电厂厂内优化调度模型；在一些具体的实施例中，所述目标函数为周期内热电厂所有机组的运行费用最小：
其中，fEx-C，i，t为抽凝机组i在t时段的运行煤耗，fEx-LC，p，t为具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在t时段的运行煤耗；fEx-CB，j，t为抽背机组j在t时段的运行煤耗，其中，n1，n2，n3分别为电厂中开机的抽凝机组、具有低压缸切除能力的抽凝机组、抽背机组的台数；
所述抽凝机组的运行煤耗可由以下公式求取：
其中，aC，i(单位：t/(MWh)2)，bC，i(单位：t/MWh)，cC，i(单位：t/h)均为抽凝式机组i在纯凝工况下的煤耗系数；cv，i为在抽凝机组i进汽量不变的情况下抽汽供热功率对发电功率的影响系数；分别为抽凝式机组i在t时段的发电功率与供热功率。
所述低压缸切除后机组原冷凝蒸汽由原抽汽点抽出供热，因而煤耗函数fEx-LC，p，t与抽凝机组公式形式相同，即：
其中，aC，p(单位：t/(MWh)2)，bC，p(单位：t/MWh)，cC，p(单位：t/h)均为具有低压缸切除能力的抽凝机组p在纯凝工况下的煤耗系数；cv，p为在具有低压缸切除能力的抽凝机组p进汽量不变的情况下抽汽供热功率对发电功率的影响系数；分别为具有低压缸切除能力的抽凝机组p在t时刻的发电功率与供热功率。
抽背供热机组的煤耗可通过将抽背工况下的运行点折算为背压工况下的运行点，进而使用背压工况下机组的煤耗函数进行计算，如下式：
其中，aCB，j(单位：t/(MWh)2)，bCB，j(单位：t/MWh)，CCB，j(单位：t/h)均为抽背式机组j运行在背压工况下的煤耗系数；cm1，j为抽背式机组j低压缸排汽供热汽流的电热比；分别为抽背机组j在t时段的发电功率与供热功率。
所述约束条件包含电热负荷平衡、机组的运行限制及蓄热罐和电锅炉的运行限制，具体的：
所述抽凝机组约束条件，用以保证抽凝机组运行对应的区域，如如图2所述的传统ABCD区域，对应的表达式：
约束条件中的第1行与第2行约束公式约束了抽凝机组电出力下限，第3行约束了抽凝机组的电出力上限，第4行约束了抽凝机组的热出力范围。
其中，分别为抽凝机组i在纯凝工况下的最大最小发电功率；抽凝式机组i的最大供热功率。/>为抽凝式机组i的电热特性曲线的延长线(如图2中BC)与纵轴交点值；cm，i抽凝式机组i汽流做功发电功率与供热功率的比值。
所述具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组运行约束条件以保证该机组运行在对应的区域，如如图2所述的传统ABCD区域或切除低压缸后的B′C′线上，对应的公式：
约束条件中的第1行与第2行约束公式限制了具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组电出力范围，第3行与第4行限制了具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组热出力的范围。
其中，分别为具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在纯凝工况下的最大最小发电功率；/>为机组p的最大供热功率。/>为机组p电热特性曲线(图1中BC)延长线与纵轴交点值；cm，p为机组p汽流做功发电功率与供热功率的比值。/>为机组p在低压缸切除前后供热功率增加量。ILC，p，t为表示机组p在t时段低压缸切除与否的布尔量，ILC，p，t＝1代表机组p运行在切缸工况，ILC，p，t＝0表示机组p运行在抽凝工况。
所述抽背式供热机组运行约束条件，以保证该机组运行在对应的区域，如图2中的KLMN区域，对应的公式为：
约束条件中的第1行与第2行约束公式限制了的抽背式供热机组j电出力范围，第3行限制了抽背式供热机组j热出力的范围。
其中，分别为抽背机组j在纯凝工况下的最大最小发电功率；/>为机组j的最大供热功率。cm2，j为抽背机组j由汽供热汽流的电热比。
所述蓄热罐约束条件，对应的公式为：
约束条件中的第1行约束公式定义了蓄热罐的蓄热量与蓄放热功率的关系；第2行将t时段的蓄放热功率限制在负的最大放热功率和最大蓄热功率之间；第3行约束将蓄热罐的蓄热量限制在容量以下，第4行使得首末时间蓄热罐的蓄热量不变。
其中，CHA蓄热罐的容量；蓄热罐在t时段的充放热功率；/>为蓄热罐最大充、放热功率，ηHA为蓄热罐的储热效率；SHA，t表示t时段结束时的剩余蓄热量；SHA，0、SHA，T分别为周期开始前与周期最后时段结束时的蓄热量。
所述电锅炉约束条件，对应的公式为：
约束条件中的第1行约束公式约束了电锅炉电功率的范围，第2行约束公式表示电锅炉电转热的关系。
其中，CEB为电锅炉的容量；为电锅炉t时段供热功率；/>为电锅炉t时段消耗的电功率；ηEB为电锅炉电转热的效率。
所述电负荷平衡约束条件，对应的公式为：
其中，代表热电厂在t时段的系统下发负荷。
所述供热平衡约束条件，对应的公式为：
其中，热电厂在t时段的供热需求。
S3、将所述系统参数输入至模型中，优化求解出计算热电厂每个时段各个机组的电热出力，以及蓄热罐、电锅炉的运行情况。在具体的实施例中，利用优化求解器进行求解计算，如比较常用的是国外的cplex和gurobi求解器，本算例采用IBM ILOG CPLEX软件进行求解。具体的，各机组与蓄热罐电锅炉在不同时段的热出力如表3所示，各机组与电锅炉在不同时段的电出力如表4所示，可以看出1号抽背机组24小时已知满发运行，工作在图2的K点，这是因为1号机组发电与发热的边际煤耗率最小，根据目标函数运行煤耗量最小的要求，所以满发运行。2、3、4号机组煤耗系数与煤耗计算公式均相同，即边际煤耗率相同。所以其电热出力在满足约束条件的限制下保证每一时段的运行煤耗相同才能使得总运行煤耗最小。如图5所示，蓄热罐在热负荷高峰，电负荷低谷时放热，在热负荷低谷，电负荷高峰时蓄热，符合其设计的运行规律。而如图4所示，电锅炉只在热负荷高峰、电负荷低谷时开始运行，也符合其设计的运行规律。
表3各机组与蓄热罐电锅炉在不同时段的热出力
表4各机组与电锅炉在不同时段的电出力
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种含多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内优化调度方法，其特征在于，包括：
S1、选择调度周期并确定出热电厂的系统参数，所述系统参数包括调度周期各时段对应的热电厂的发电负荷机组参数、热负荷/>蓄热罐参数以及电锅炉参数；所述热电厂至少包含抽凝机组、具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组、抽背机组、蓄热罐以及电锅炉；
S2、给定目标函数以及约束条件以创建热电厂厂内优化调度模型；
S3、将所述系统参数输入至热电厂厂内优化调度模型中，并求解计算出所述热电厂每个时段的各个机组的电热出力以及蓄热罐、电锅炉的运行情况以完成对热电厂厂内优化调度工作；
所述目标函数为周期内热电厂所有机组的运行费用最小，对应的表达式为：
式中，fEx-C,i,t为抽凝机组i在t时段的运行煤耗，fEx-LC,p,t为具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在t时段的运行煤耗；fEx-CB,j,t为抽背机组j在t时段的运行煤耗,其中，n1，n2，n3分别表示电厂中开机的抽凝机组、具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组、抽背机组的台数；
所述约束条件至少包含电热负荷平衡条件、机组的运行限制条件、蓄热罐的运行限制条件以及电锅炉的运行限制条件；
所述抽凝机组i在t时段的运行煤耗的计算公式为
其中，aC,i、bC,i、cC,i均为抽凝式机组i在纯凝工况下的煤耗系数，分别对应的单位为t/(MWh)2、t/MWh、t/h；cv,i为在抽凝机组i进汽量不变的情况下抽汽供热功率对发电功率的影响系数；分别为抽凝式机组i在t时段的发电功率与供热功率；
所述具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在t时段的运行煤耗的计算公式为
其中，aC,p、bC,p、cC,p均为具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在纯凝工况下的煤耗系数，分别对应的单位为t/(MWh)2、t/MWh、t/h；cv,p为在具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p进汽量不变的情况下抽汽供热功率对发电功率的影响系数；分别为具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组p在t时刻的发电功率与供热功率；
所述抽背机组j在t时段的运行煤耗的计算公式为
其中，aCB,j、bCB,j、cCB,j均为抽背式机组j运行在背压工况下的煤耗系数，分别对应的单位为t/(MWh)2、t/MWh、t/h；cm1,j为抽背式机组j低压缸排汽供热汽流的电热比；分别表示抽背机组j在t时段的发电功率与供热功率；
所述电热负荷平衡条件包括电负荷平衡约束条件和供热平衡约束条件，其中，其中，所述电负荷平衡约束条件对应的公式为
所述供热平衡约束条件对应的公式为
所述机组的运行限制条件包括抽凝机组运行约束条件、具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组运行约束条件、抽背式供热机组运行约束条件；其中，
抽凝机组运行约束条件对应的公式为
具有低压缸切除能力的抽凝式供热机组运行约束条件对应的公式为
抽背式供热机组运行约束条件对应的公式为
所述蓄热罐约束条件对应的公式为
所述电锅炉约束条件对应的公式为
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| CN202010084631.1A CN111222717B (zh) | 2020-02-10 | 2020-02-10 | 一种含多类型供热机组和热电解耦设备的热电厂厂内优化调度方法 |
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| 四种热电厂电热解耦改造方案的运行灵活性剖析;章艳 等;电力系统自动化;第44卷(第02期);第164-171页 * |
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