CN112072709A - 一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法，包括以下步骤，s1:定义日内火电运行的成本函数为C_com，s2:给出典型机组的最小负荷率，优化火电运行的成本函数为C_com，s3：深度调峰机组运行成本需要根据其运行所处的状态不同而计算方式不同，s5：通过按式(9‑5)至(9‑8)的变量定义及约束设置方式，深度调峰的机组的运行成本可统一表达成式(9‑9)的形式，本发明的有益效果是本发明根据在外送功率给定情况，建立区域电网多种电源协调优化调度的模型。模型以最小化运营成本为目标，同时考虑系统的运行备用约束和新能源消纳量以及火电深度调峰的约束，通过求解所建立的模型，可得合理的日内火电调度的运行方式，有效可靠。

Description

一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法

技术领域

本发明涉及一种协调优化方法，特别涉及一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法，属于电气工程技术领域。

背景技术

由于火电机组的冷启动时间一般为20小时或更长时间，且启动过程中的消耗的燃料较多，因此启动时间长、费用高是火电机组重要的特征之一。另一方面，火电机组启动后，其负荷率一般大于45％或者更高，在现阶段火电机组单机容量较高的情况下，其启动后承担的功率也较大，不能轻易关停。因此对于新能源比例(一般为风电)比较高且火电为主要常规电源的系统，火电需承担的调峰压力较大，一般这种系统被称为风煤密集型电力系统(wind-coal intensive systems,WCIss)，如某些地区的电网呈现出风电容量占比高，水电等调峰资源少，火电为主要常规电源的局面，这些区域的电力系统便可认为为风煤密集型电力系统。

某些地区有周末典型等效日负荷曲线(系统负荷+外送负荷-风光出力)，由于周末负荷相对较低，功率未达到水电调峰启动点，此时火电将在承担基荷的同时，同时承担调峰及调频任务。从图上可以看出，叠加风电和外送功率曲线，虽然总体上负荷峰值不大，但日内负荷的峰谷差仍然较大，占峰值负荷的比例高达40％。因此在此过程中，虽然机组组合方案已经确定机组的开机方式，但开机运行的各个电源之间仍需进行合理的协调和优化，以使系统在满足负荷需求的同时，最大程度的消纳新能源、提供系统的经济运行效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法，包括以下步骤：

s1：定义日内火电运行的成本函数为C_com为；

C_com＝C_g+C_res+C_cur (1)

其中

C_g——火电机组运行成本；

C_res——旋转备用成本函数；

C_cur——弃风弃光成本；

s2：给出典型机组的最小负荷率，优化火电运行的成本函数为C_com为；

C_g＝C_gnom+C_d (2)

其中

C_d为深度调峰机组运行成本；

其中C_gnom为非深度调峰机组的成本函数，可表示为：

其中f_gnom，i(P_i，t)为功率；

为P_i，t时机组的发电成本；

Ω_gs为非深度调峰机组的集合；

s3：深度调峰机组运行成本需要根据其运行所处的状态不同而计算方式不同，其计算方式将在如下；

对于处在深度调峰中的机组的单位调节成本为：

其中b_on——深度调峰机组单位容量的年运行与维护成本；

S_dp——深度调峰机组的容量；

ρ——深度调峰机组的寿命折损系数；

——深度调峰机组的日均能量消耗；

D_dp——深度调峰机组年均参与深度调峰天数；

s4：由于处在深度调峰区间的运行的机组对其整体的运行寿命影响较大，一般地ρ的值较大，因此处在深度调峰区的机组的单位调节成本c_dp远大于正常区的单位发电成本，故对处在深度的调峰区间的机组，应包含两部分，一部分为正常区域内的发电成本，另一部分则通过式(4)计算深度调峰成本。

为统一处在不同运行状态的调峰机组的运行成本计算的方式，定义变量δP^(d)及δP⁽ⁿ⁾如下：

δP⁽ⁿ⁾＝max{0，P-P^nomin} (5)

δP^(d)＝min{P-P^dpmin，P^nomin-P^dpmin} (6)

显然，δP^(d)及δP⁽ⁿ⁾满足如下不等式：

且机组的输出功率可总表示为：

P＝P^dpmin+δP^(d)+δP⁽ⁿ⁾ (8)

此时单个调峰机组的运行的总成本可表示为：

C_ds＝C_dnorm+C_dcyc

显然当机组处在正常运行状态，此时P-P^dpmin＞P^nomin-P^dpmin，此时δP^(d)取到最大值δP^(d)＝P^nomin-P^dpmin，同时P-P^nomin＞0，δP⁽ⁿ⁾＝P-P^nomin，故

P＝P^dpmin+δP^(d)+δP⁽ⁿ⁾＝P^dpmin+P^nomin-P^dpmin+P-P^nomin＝P (10)

C_dnom＝f_dnom(P^nomin+δP⁽ⁿ⁾)＝f_dnom(P)

C_dcyc＝c_dp(P^nomin_P^dpmin-δP^(d))＝c_dpg0＝0，故运行成本的计算方式与式(3)相同。

当机组处在深度调峰状态时候，此时P-P^nomin＜0，此时取到最小值δP⁽ⁿ⁾＝0，而

P-P^dpmin＜P^nomin-P^dpmin，则δP^(d)＝P-P^dpmin故

P＝P^dpmin+δP^(d)+δP⁽ⁿ⁾＝P^dpmin+P-P^dpmin+0＝P (11)

而此时

C_dnom＝f_dnom(P_nomin+δP⁽ⁿ⁾)＝f_dnom(P^nomin)

C_dcyc＝c_dp(P^nomin-P^dpmin-δP^(d))＝c_dp g(P^nomin-P)

故C_dnom反映了此时消耗能量之成本，而C_dcyc则表征了深度调峰的成本。

s5：通过按式(9-5)至(9-8)的变量定义及约束设置方式，深度调峰的机组的运行成本可统一表达成式(9-9)的形式；

而式(9-2)深度调峰机组的成本C_d可写为：

其中Ω_dps为深度调峰机组的集合。

s6：旋转备用需要系统提供上调或下调容量，其由非深度调峰机组承担，其成本可按下式求取：

其中

——t时刻的上调备用；

——t时刻的下调备用；

——单位上调容量成本；

——单位下调容量成本。

s7：弃风、弃光成本的计算：

其中：c_wn——单位容量的弃风/弃光成本；

W_forn，t——预测的风电/光伏发电量容量；

W_schen，t——计划的风电/光伏发出力。

s8：总体优化的目标函数可写为：

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s1至s8中，针对优化周期内的每个调度时段的步骤为

a1：其功率平衡约束可表示为：

其中Ω_ws为新能源的发电的集合。

a2：系统同时需满足对新能源消纳的要求，因此弃风、弃光量应该小于某一阈值：

a3：新能源发电和非深度调峰的机组的功率约束可表示为：

W_schen，t≤W_forn，t n∈Ω_ws (17)

a4：对于深度调峰机组，其引入的变量的约束重写如下：

a5：火电机组的爬坡速率约束为：

-r_i，dnΔT≤P_i，t-P_i，t-1≤r_i，upΔT i∈Ω_gs (21)

a6：线路潮流约束为：

a7：系统的备用容量要求需满足：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法，本发明根据在外送功率给定情况，建立区域电网多种电源协调优化调度的模型，模型以最小化运营成本为目标，同时考虑系统的运行备用约束和新能源消纳量以及火电深度调峰的约束，通过求解所建立的模型，可得合理的日内火电调度的运行方式，有效可靠。

附图说明

图1为本发明深度调峰机组输出特性。

图中：P^max为机组的最大出力；P^nonmin为深度调峰启动点；P^dpmin为机组的最小出力。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供了一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法的技术方案：

根据图1所示，包括以下步骤：

s1：定义日内火电运行的成本函数为C_com为；

C_com＝C_g+C_res+C_cur (1)

其中

C_g——火电机组运行成本；

C_res——旋转备用成本函数；

C_cur——弃风弃光成本；

s2：给出典型机组的最小负荷率，优化火电运行的成本函数为C_com为；

C_g＝C_gnom+C_d (2)

其中

C_d为深度调峰机组运行成本；

其中C_gnom为非深度调峰机组的成本函数，可表示为：

其中f_gnom，i(P_i，t)为功率；

为P_i，t时机组的发电成本；

Ω_gs为非深度调峰机组的集合；

s3：深度调峰机组运行成本需要根据其运行所处的状态不同而计算方式不同，其计算方式将在如下；

对于处在深度调峰中的机组的单位调节成本为：

其中b_om——深度调峰机组单位容量的年运行与维护成本；

S_dp——深度调峰机组的容量；

ρ——深度调峰机组的寿命折损系数；

——深度调峰机组的日均能量消耗；

D_dp——深度调峰机组年均参与深度调峰天数；

s4：由于处在深度调峰区间的运行的机组对其整体的运行寿命影响较大，一般地ρ的值较大，因此处在深度调峰区的机组的单位调节成本c_dp远大于正常区的单位发电成本，故对处在深度的调峰区间的机组，应包含两部分，一部分为正常区域内的发电成本，另一部分则通过式(4)计算深度调峰成本。

为统一处在不同运行状态的调峰机组的运行成本计算的方式，定义变量δP^(d)及δP⁽ⁿ⁾如下：

δP⁽ⁿ⁾＝max{0，P-P^nomin} (5)

δP^(d)＝min{P-P^dpmin，P^nomin-P^dpmin} (6)

显然，δP^(d)及δP⁽ⁿ⁾满足如下不等式：

且机组的输出功率可总表示为：

P＝P^dpmin+δP^(d)+δP⁽ⁿ⁾ (8)

此时单个调峰机组的运行的总成本可表示为：

C_ds＝C_dnom+C_dcyc

显然当机组处在正常运行状态，此时P-P^dpmin＞P^nomin-P^dpmin，此时δP^(d)取到最大值δP^(d)＝P^nomin-P^dpmin，同时P-P^nomin＞0，δP⁽ⁿ⁾＝P-P^nomin，故

P＝P^dpmin+δP^(d)+δP⁽ⁿ⁾＝P^dpmin+P^nomin-P^dpmin+P-P^nomin＝P (10)

C_dnom＝f_dnom(P^nomin+δP⁽ⁿ⁾)＝f_dnom(P)

C_dcyc＝c_dp(P^nomin_P^dpmin-δP^(d))＝c_dpg0＝0，故运行成本的计算方式与式(3)相同。

当机组处在深度调峰状态时候，此时P-P^nomin＜0，此时取到最小值δP⁽ⁿ⁾＝0，而

P-P^dpmin＜P^nomin-P^dpmin，则δP^(d)＝P-P^dpmin故

P＝P^dpmin+δP^(d)+δP⁽ⁿ⁾＝P^dpmin+P-P^dpmin+0＝P (11)

而此时

C_dnom＝f_dnom(P^nomin+δP⁽ⁿ⁾)＝f_dnom(P^nomin)

C_dcyc＝c_dp(P^nomin-P^dpmin-δP^(d)＝c_dpg(P^nomin-P)

故C_dnom反映了此时消耗能量之成本，而C_dcyc则表征了深度调峰的成本。

s5：通过按式(9-5)至(9-8)的变量定义及约束设置方式，深度调峰的机组的运行成本可统一表达成式(9-9)的形式；

而式(9-2)深度调峰机组的成本C_d可写为：

其中Ω_dps为深度调峰机组的集合。

s6：旋转备用需要系统提供上调或下调容量，其由非深度调峰机组承担，其成本可按下式求取：

其中

——t时刻的上调备用；

——t时刻的下调备用；

——单位上调容量成本；

——单位下调容量成本。

s7：弃风、弃光成本的计算：

其中：c_wn——单位容量的弃风/弃光成本；

W_forn，t——预测的风电/光伏发电量容量；

W_schen，t——计划的风电/光伏发出力。

s8：总体优化的目标函数可写为：

步骤s1至s8中，针对优化周期内的每个调度时段的步骤为

a1：其功率平衡约束可表示为：

其中Ω_ws为新能源的发电的集合。

a2：系统同时需满足对新能源消纳的要求，因此弃风、弃光量应该小于某一阈值：

a3：新能源发电和非深度调峰的机组的功率约束可表示为：

W_schen，t≤W_forn，t n∈Ω_ws (17)

a4：对于深度调峰机组，其引入的变量的约束重写如下：

a5：火电机组的爬坡速率约束为：

-r_i，dnΔT≤P_i，t-P_i，t-1≤r_i，upΔT i∈Ω_gs (21)

a6：线路潮流约束为：

a7：系统的备用容量要求需满足：

本发明的工作原理为：首先定义日内火电运行的成本函数为C_com，再给出典型机组的最小负荷率，优化火电运行的成本函数为C_com，接着深度调峰机组运行成本需要根据其运行所处的状态不同而计算方式不同，然由于处在深度调峰区间的运行的机组对其整体的运行寿命影响较大，一般地ρ的值较大，因此处在深度调峰区的机组的单位调节成本c_dp远大于正常区的单位发电成本，故对处在深度的调峰区间的机组，应包含两部分，一部分为正常区域内的发电成本，另一部分则通过式(4)计算深度调峰成本，通过按式(9-5)至(9-8)的变量定义及约束设置方式，深度调峰的机组的运行成本可统一表达成式(9- 9)的形式，再根据旋转备用需要系统提供上调或下调容量，其由非深度调峰机组承担，其成本可按求取计式，并弃风、弃光成本的计算，最后总体优化的目标函数可写为：

综上所述，本发明根据在外送功率给定情况，建立区域电网多种电源协调优化调度的模型，模型以最小化运营成本为目标，同时考虑系统的运行备用约束和新能源消纳量以及火电深度调峰的约束，通过求解所建立的模型，可得合理的日内火电调度的运行方式，有效可靠。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1:定义日内火电运行的成本函数为C_com为；

C_com＝C_g+C_res+C_cur (1)

其中

C_g——火电机组运行成本；

C_res——旋转备用成本函数；

C_cur——弃风弃光成本；

s2:给出典型机组的最小负荷率，优化火电运行的成本函数为C_com为；

C_g＝C_gnom+C_d (2)

其中

C_d为深度调峰机组运行成本；

其中C_gnom为非深度调峰机组的成本函数，可表示为：

其中f_gnom,i(P_i,t)为功率；

为P_i,t时机组的发电成本；

Ω_gs为非深度调峰机组的集合；

s3：深度调峰机组运行成本需要根据其运行所处的状态不同而计算方式不同，其计算方式将在如下；

对于处在深度调峰中的机组的单位调节成本为：

其中b_om——深度调峰机组单位容量的年运行与维护成本；

S_dp——深度调峰机组的容量；

ρ——深度调峰机组的寿命折损系数；

——深度调峰机组的日均能量消耗；

D_dp——深度调峰机组年均参与深度调峰天数；

s4：由于处在深度调峰区间的运行的机组对其整体的运行寿命影响较大，一般地ρ的值较大，因此处在深度调峰区的机组的单位调节成本c_dp远大于正常区的单位发电成本，故对处在深度的调峰区间的机组，应包含两部分，一部分为正常区域内的发电成本，另一部分则通过式(4)计算深度调峰成本。

为统一处在不同运行状态的调峰机组的运行成本计算的方式，定义变量δP^(d)及δP⁽ⁿ⁾如下：

δP⁽ⁿ⁾＝max{0,P-P^nomin} (5)

δP^(d)＝min{P-P^dpmin,P^nomin-P^dpmin} (6)

显然，δP^(d)及δP⁽ⁿ⁾满足如下不等式：

且机组的输出功率可总表示为：

P＝P^dpmin+δP^(d)+δP⁽ⁿ⁾ (8)

此时单个调峰机组的运行的总成本可表示为：

C_ds＝C_dnorm+C_dcyc

显然当机组处在正常运行状态，此时P-P^dpmin＞P^nomin-P^dpmin，此时δP^(d)取到最大值δP^(d)＝P^nomin-P^dpmin，同时P-P^nomin＞0，δP⁽ⁿ⁾＝P-P^nomin，故

P＝P^dpmin+δP^(d)+δP⁽ⁿ⁾＝P^dpmin+P^nomin-P^dpmin+P-P^nomin＝P (10)

C_dnom＝f_dnom(P^nomin+δP⁽ⁿ⁾)＝f_dnom(P)

C_dcyc＝c_dp(P^nomin-P^dpmin-δP^(d))＝c_dp 0＝0，故运行成本的计算方式与式(3)相同。

当机组处在深度调峰状态时候，此时P-P^nomin＜0，此时取到最小值δP⁽ⁿ⁾＝0，而

P-P^dpmin＜P^nomin-P^dpmin，则δP^(d)＝P-P^dpmin故

P＝P^dpmin+δP^(d)+δP⁽ⁿ⁾＝P^dpmin+P-P^dpmin+0＝P (11)

而此时

C_dnom＝f_dnom(P^nomin+δP⁽ⁿ⁾)＝f_dnom(P^nomin)

C_dcyc＝c_dp(P^nomin-P^dpmin-δP^(d))＝c_dp(P^nomin-P)

故C_dnom反映了此时消耗能量之成本，而C_dcyc则表征了深度调峰的成本。

s5：通过按式至的变量定义及约束设置方式，深度调峰的机组的运行成本可统一表达成式的形式；

而式深度调峰机组的成本C_d可写为：

其中Ω_dps为深度调峰机组的集合。

s6：旋转备用需要系统提供上调或下调容量，其由非深度调峰机组承担，其成本可按下式求取：

其中

——t时刻的上调备用；

——t时刻的下调备用；

——单位上调容量成本；

——单位下调容量成本。

s7：弃风、弃光成本的计算：

其中：c_wn——单位容量的弃风/弃光成本；

W_forn,t——预测的风电/光伏发电量容量；

W_schen,t——计划的风电/光伏发出力。

s8：总体优化的目标函数可写为：

2.根据权利要求1所述的一种给定外送功率曲线下联合调峰系统协调优化方法，其特征在于：所述步骤s1至s8中，针对优化周期内的每个调度时段的步骤为

a1:其功率平衡约束可表示为：

其中Ω_ws为新能源的发电的集合。

a2:系统同时需满足对新能源消纳的要求，因此弃风、弃光量应该小于某一阈值：

a3:新能源发电和非深度调峰的机组的功率约束可表示为：

W_schen,t≤W_forn,t n∈Ω_ws (17)

P_i ^min≤P_i,t≤P_i ^max i∈Ω_gs (11-18)

a4:对于深度调峰机组，其引入的变量的约束重写如下：

a5:火电机组的爬坡速率约束为：

-r_i,dnΔT≤P_i,t-P_i,t-1≤r_i,upΔT i∈Ω_gs (21)

a6:线路潮流约束为：

a7:系统的备用容量要求需满足：

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