CN112488525B - 碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法及系统 - Google Patents

碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法及系统。该方法包括:由热网模型和引入热感觉系数的热网模型约束条件确定热负荷需求;由用电需求响应模型和引入用电满意因子的需求响应约束条件确定电负荷需求;建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件;基于热负荷需求、电负荷需求、碳排放配额模型和碳交易机制下电力系统约束条件,以运行费用最小为目标建立碳交易奖惩阶梯下的目标函数;采用电热滚动调度方法,利用优化算法对目标函数进行求解,得到各机组的最优出力。本发明能在提高用户满意度的同时,减少二氧化碳排放量、提高风电消纳。

Description

碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法及系统
技术领域
本发明涉及能源领域,特别是涉及一种碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法及系统。
背景技术
在全球持续变暖,大气中二氧化碳浓度持续增加的背景下,减少二氧化碳排放至关重要。且随着我国大力发展风电等可再生能源,风力发电在我国总发电量中的占比逐步增加,但每年依然存在弃风问题。
目前在调度中,因为电力系统、热力系统和风电预测系统的误差是始终存在的,所以采用电热滚动调度的方法可以有效减少预测误差的影响。目前对于电热系统进行滚动调度主要是通过电热转换装置例如电锅炉或者热电联产(Combined Heat andPower,CHP)机组,进而将电力系统和热力网相结合而实现的。针对电力系统主要包含的调度对象为电力网及其设备;针对热力网主要的调度对象则是二级热网和系统中的锅炉。但是现有的电热滚动调度在实际操作中并没有考虑用户在进行用电或者用电行为时的满意度,导致在调度时有时会对用户的用电和用热行为造成较大影响。
发明内容
基于此,有必要提供一种碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法及系统,以在提高用户满意度的同时,减少二氧化碳排放量、提高风电消纳。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法,包括:
确定用户的热负荷需求和电负荷需求;所述热负荷需求是由热网模型和引入热感觉系数的热网模型约束条件计算得到的,所述热网模型包括热延迟模型、热损耗模型和供热模型;所述电负荷需求是由用电需求响应模型和引入用电满意因子的需求响应约束条件计算得到的;
建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件;所述综合能源碳排放配额模型包括火电机组配额碳排放量、CHP机组配额碳排放量和电锅炉配额碳排放量;
基于所述热负荷需求、所述电负荷需求、所述碳排放配额模型和所述碳交易机制下电力系统约束条件,以运行费用最小为目标建立碳交易奖惩阶梯下的目标函数;
采用电热滚动调度方法,利用优化算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力;所述最优出力包括火电机组的最优电出力、CHP机组的最优电出力、CHP机组的最优热出力、风电机组的最优电出力和电锅炉的最优热出力。
可选的,所述确定用户的热负荷需求和电负荷需求,具体包括:
构建一级热网管道的热延迟模型;
基于所述热延迟模型建立一级热网管道的热损耗模型;
建立供热模型;
建立热网模型约束条件;所述热网模型约束条件包括热源热量交换以及换热站供回水温度约束、CHP机组的热出力约束和引入热感觉系数的室内温度变化范围约束;
基于所述热损耗模型、所述供热模型和所述热网模型约束条件计算热负荷需求;
建立用电需求响应模型及需求响应约束条件;所述需求响应约束条件包括需求响应满意度约束、需求响应电负荷约束、需求响应电价约束和需求响应电价支付约束;
基于所述用电需求响应模型和所述需求响应约束条件计算电负荷需求。
可选的,所述热延迟模型为
Figure BDA0002809866150000021
其中,tde为热延迟的时间,Kde为延迟系数,v为管道中热媒流速,L为管道长度;
所述热损耗模型为
Tend(t)=Tstart(t-tde)-ΔTloss
其中,Tend(t)为t时刻的管道末端温度,Tstart(t-tde)为t-tde时刻的管道始端温度,ΔTloss为热损耗,ΔTloss=kloss·(Tstart(t)-Tout(t)),Tstart(t)为t时刻的管道始端温度,Tout(t)为t时刻的外界温度;kloss为热损耗系数,
Figure BDA0002809866150000031
λ为管道单位长度上的热传输效率,C为流体的热容,m为管道的流量;
所述供热模型为
Figure BDA0002809866150000032
其中,
Figure BDA0002809866150000033
为t时刻的室内温度,
Figure BDA0002809866150000034
为t-1时刻的室内温度,
Figure BDA0002809866150000035
为t时刻的室外温度;Δt为调度时间间隔;Cs为单位供热面积下的热容,S为供热面积;μ是单位供热面积单位温差下室内热量损失;Qqr,t为t时刻的室内的第qr台散热器散热量,Qqr,t=εrWs(Ts-Tn),εr为散热器的有效系数,Ts为散热器进水口温度,Tn为室内平均温度,Ws为用户侧的热媒流量热当量,Ws=GCz,G为热媒循环流量;Cz为供热系统总热容,x1为散热量的常数系数,x2为室外温度的常数系数,x3为室内温度的常数系数;
所述热负荷需求为
Hc=QQR,t+Qloss,t
其中,QQR,t为t时刻的室内散热器总散热量,
Figure BDA0002809866150000036
QR为散热器数量;Qloss,t为t时刻的系统热损耗,Qloss,t=εgWsΔTloss,εg为管道传热的有效系数。
可选的,所述用电需求响应模型为
Figure BDA0002809866150000037
其中eij表示i时段对j时段的需求弹性;ΔPli表示引入需求响应进行优化后i时段的电负荷变化量;Pli表示优化前i时段的电负荷需求;ΔPj表示优化后j时段的电价变化量;Pj表示优化前j时段的电价;
所述电负荷需求为
Figure BDA0002809866150000041
其中,其中PL,t为需求响应后t时刻的电负荷需求,Plt为优化前t时刻的电负荷需求;ΔPlt为需求响应后t时刻的电负荷需求变化量;Pt为优化前t时刻的电价;ΔPt为需求响应后t时刻的电价变化量;E为需求弹性矩阵,
Figure BDA0002809866150000042
f为调度时段的个数,eff表示第f时段对第f时段的需求弹性。
可选的,所述建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件,具体包括:
建立综合能源碳排放配额模型;所述综合能源碳排放配额模型为
Ec=Eg+Echp+Eeb
其中,Ec为综合能源系统的配额碳排放量;Eg为火电机组配额碳排放量,
Figure BDA0002809866150000043
Ωg为火电机组集合,δe为单位发电量碳排放额配,Pgn为第n个火电机组的电出力;Echp为CHP机组配额碳排放量,
Figure BDA0002809866150000044
Ωchp为CHP机组集合,δh为单位供热量碳排放配额,Phr为第r台CHP机组的热出力,Per为第r台CHP机组的电出力,ζ为发电量折算成供热量的折算系数;Eeb为电锅炉配额碳排放量,
Figure BDA0002809866150000045
Ωeb为电锅炉集合,Hebk为第k台电锅炉的热出力;
建立碳交易机制下电力系统约束条件;所述碳交易机制下电力系统约束条件包括负荷平衡约束、机组出力约束、机组爬坡约束、机组启动及其停止时的约束和正负旋转备用约束。
可选的,所述碳交易奖惩阶梯下的目标函数为
min C=Cbuy+Cco+Caw
其中,Cbuy为系统运行费用,Cco为综合能源系统中碳交易成本,Caw为弃风惩罚费用;
Figure BDA0002809866150000051
c为碳交易价格;α为碳交易价格与碳交易量之间的关系坐标的正坐标轴上的碳交易价格增长幅度;λ为碳交易价格与碳交易量之间的关系坐标的负坐标轴上的碳交易价格增长幅度,Ep为火电机组、CHP机组、电锅炉的实际总碳排放量;Ec为综合能源系统的配额碳排放量,ν为碳排放量区间长度;
Cbuy=Cg+Cchp+Cw+Ceb,Cg为火电机组成本,Cchp为CHP机组成本,Cw为风电发电成本,Ceb为电锅炉发热成本;
Cg=Cg1(Pgn)+Cg2(ugn),Cg1表示火电机组运行成本,Cg2表示火电机组启停计划和启停调峰的启停成本,Pgn表示第n个火电机组的电出力,ugn表示第n个火电机组的的运行状态;
Figure BDA0002809866150000052
agi为火电机组二次拟合中的二次项系数,bgi为火电机组二次拟合中的一次项系数,cgi为火电机组二次拟合中的常数项系数,Pgn,t为第n个火电机组在t时刻的电出力,ugn,t为第n个火电机组在t时刻的启停状态,ugn,t-1为第n个火电机组在t-1时刻的启停状态,Sn为第n个火电机组的启动成本,T为时刻总数,N为火电机组总数;
Figure BDA0002809866150000061
其中aci为CHP机组运行成本的二次项系数,bci为CHP机组运行成本的一次项系数,cci为CHP机组运行成本的常数项系数;
Figure BDA0002809866150000062
为t时刻第r台CHP机组的电出力,
Figure BDA0002809866150000063
为t时刻第r台CHP机组的热出力;σ为固定进汽量下抽取单位蒸汽量时电功率的减少量,R为CHP机组总数;
Figure BDA0002809866150000064
Figure BDA0002809866150000065
为第k台电锅炉在t时刻消耗的电能,Pt'为当前时段的电价,K为电锅炉总数;
Figure BDA0002809866150000066
其中αw为风电机组运行维护成本系数,
Figure BDA0002809866150000067
为第m台风电机组的预测功率,M为风电机组总数;
Figure BDA0002809866150000068
其中γ为弃风成本系数,
Figure BDA0002809866150000069
为第m台风电机组的弃风功率;
Figure BDA00028098661500000610
其中
Figure BDA00028098661500000611
为需求响应后t时刻的电负荷需求;
Hc=Heb,t+Hchp,t,Hc为热负荷需求,Hchp,t为t时刻CHP机组提供的总热能,
Figure BDA00028098661500000612
Heb,t为t时刻电锅炉的制热功率,Heb,t=Peb,tηah,Peb,t为所有电锅炉在t时刻消耗的电能,ηah为电锅炉将电能转换为热能的效率。
可选的,所述采用电热滚动调度方法,利用优化算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力,具体包括:
以第一设定时段为电调度间隔,以第二设定时间段为热调度间隔进行电热滚动调度,采用粒子群算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力。
本发明还提供了一种碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度系统,包括:
负荷需求确定模块,用于确定用户的热负荷需求和电负荷需求;所述热负荷需求是由热网模型和引入热感觉系数的热网模型约束条件计算得到的,所述热网模型包括热延迟模型、热损耗模型和供热模型;所述电负荷需求是由用电需求响应模型和引入用电满意因子的需求响应约束条件计算得到的;
碳排放配额模型构建模块,用于建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件;所述综合能源碳排放配额模型包括火电机组配额碳排放量、CHP机组配额碳排放量和电锅炉配额碳排放量;
目标函数构建模块,用于基于所述热负荷需求、所述电负荷需求、所述碳排放配额模型和所述碳交易机制下电力系统约束条件,以运行费用最小为目标建立碳交易奖惩阶梯下的目标函数;
求解模块,用于采用电热滚动调度方法,利用优化算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力;所述最优出力包括火电机组的最优电出力、CHP机组的最优电出力、CHP机组的最优热出力、风电机组的最优电出力和电锅炉的最优热出力。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提出了碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法及系统,由热网模型和引入热感觉系数的热网模型约束条件确定热负荷需求,热网模型包括热延迟模型、热损耗模型和供热模型,由用电需求响应模型和引入用电满意因子的需求响应约束条件确定电负荷需求,这样在电热综合系统中,在源侧考虑了包括热损耗、热延迟等烦人热网热效应,考虑了用户用热满意度,在荷侧考虑利用电价需求响应模型和用户用电满意度,可以提高用户满意度,并有效帮助消纳风电;并且还引入了碳排放交易机制能,能够减少二氧化碳排放。
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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的电热系统结构示意图;
图3为本发明实施例提供的热感觉投票值与室内温度对应图;
图4为本发明实施例提供的碳交易价格与碳交易量之间的关系坐标示意图;
图5为本发明实施例提供的粒子群算法求解流程图;
图6为本发明实施例提供的碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度系统的结构图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法的流程图;图2为本发明实施例提供的电热系统结构示意图。本实施例的碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法用于图2所示的电热系统。
参见图1-图2,本实施例的碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法,包括:
步骤101:确定用户的热负荷需求和电负荷需求;所述热负荷需求是由热网模型和引入热感觉系数的热网模型约束条件计算得到的,所述热网模型包括热延迟模型、热损耗模型和供热模型;所述电负荷需求是由用电需求响应模型和引入用电满意因子的需求响应约束条件计算得到的。具体为:
1)构建一级热网管道的热延迟模型;所述热延迟模型为
Figure BDA0002809866150000091
其中,tde为热延迟的时间,Kde为延迟系数,v为管道中热媒流速,L为管道长度。
2)基于所述热延迟模型建立一级热网管道的热损耗模型;所述热损耗模型为
Tend(t)=Tstart(t-tde)-ΔTloss
其中,Tend(t)为t时刻的管道末端温度,Tstart(t-tde)为t-tde时刻的管道始端温度,ΔTloss为热损耗,ΔTloss=kloss·(Tstart(t)-Tout(t)),Tstart(t)为t时刻的管道始端温度,Tout(t)为t时刻的外界温度;kloss为热损耗系数,
Figure BDA0002809866150000092
λ为管道单位长度上的热传输效率,C为流体的热容,m为管道的流量。
3)建立供热模型;所述供热模型为
Figure BDA0002809866150000093
其中,
Figure BDA0002809866150000094
为t时刻的室内温度,
Figure BDA0002809866150000095
为t-1时刻的室内温度,
Figure BDA0002809866150000096
为t时刻的室外温度;Δt为调度时间间隔;Cs为单位供热面积下的热容,S为供热面积;μ是单位供热面积单位温差下室内热量损失;Qqr,t为t时刻的室内的第qr台散热器散热量,Qqr,t=εrWs(Ts-Tn),εr为散热器的有效系数,Ts为散热器进水口温度,Tn为室内平均温度,Ws为用户侧的热媒流量热当量,Ws=GCz,G为热媒循环流量;Cz为供热系统总热容,x1为散热量的常数系数,x2为室外温度的常数系数,x3为室内温度的常数系数。
4)建立热网模型约束条件;所述热网模型约束条件包括热源热量交换以及换热站供回水温度约束、CHP机组的热出力约束和引入热感觉系数的室内温度变化范围约束。具体为:
热源热量交换以及换热站供回水温度约束:
Figure BDA0002809866150000097
其中Hc为热负荷需求,
Figure BDA0002809866150000098
为热源处供水管道热媒温度;
Figure BDA0002809866150000099
为热源处回水管道热媒温度。
CHP机组的热出力约束:
Figure BDA0002809866150000101
其中
Figure BDA0002809866150000102
为第r台CHP机组的热出力,
Figure BDA0002809866150000103
为第r台CHP机组热出力下限,
Figure BDA0002809866150000104
为第r台CHP机组热出力上限。
引入热感觉系数的室内温度变化范围约束:考虑用户的用热满意度,如图3所示,在热感觉投票值下引入热感觉系数λhl来说明用户在室内温度变化时的舒适情况,
Figure BDA0002809866150000105
其中Tin为室内温度,Tlo为人体较舒适的温度范围下限;Tup为人体较舒适的温度范围上限;Tmin为温度变化极限范围的下限;Tmax为温度变化极限范围的上限;TSVT为当前温度值对应的热感觉投票值;
Figure BDA0002809866150000106
为Tup时的温度对应的热感觉投票值;
Figure BDA0002809866150000107
为Tlo时的温度对应的热感觉投票值;为了维持住户的用热体验,Tin变化时,能使λhl在0.33≤λhl≤1之间的温度Tin为室内温度变化范围约束。
5)基于所述热损耗模型、所述供热模型和所述热网模型约束条件计算热负荷需求;所述热负荷需求为
Hc=QQR,t+Qloss,t
其中,QQR,t为t时刻的室内散热器总散热量,
Figure BDA0002809866150000108
QR为散热器数量;Qloss,t为t时刻的系统热损耗,Qloss,t=εgWsΔTloss,εg为管道传热的有效系数。
6)建立用电需求响应模型及需求响应约束条件;所述需求响应约束条件包括需求响应满意度约束、需求响应电负荷约束、需求响应电价约束和需求响应电价支付约束。
所述用电需求响应模型为
Figure BDA0002809866150000111
其中eij表示i时段对j时段的需求弹性;ΔPli表示引入需求响应进行优化后i时段的电负荷变化量;Pli表示优化前i时段的电负荷需求;ΔPj表示优化后j时段的电价变化量;Pj表示优化前j时段的电价;i、j相同时表示用户用电需求对当前时段电价变化产生响应,此时eij非正;i、j不同时表示用户用电需求对其他时段电价变化产生响应,此时eij非负。
需求响应满意度约束:
Figure BDA0002809866150000112
λel∈{λel-sel-mel-l},其中Plt为优化前t时刻的电负荷需求;ΔPlt为需求响应后t时刻的电负荷需求变化量;λel为1个调度周期内用户用电量变化的满意度;λel-s为低用电区间满意度值,
Figure BDA0002809866150000113
Plt∈Kps;λel-m为中用电区间满意度值,
Figure BDA0002809866150000114
Plt∈Kpm;λel-l为高用电区间满意度值,
Figure BDA0002809866150000115
Plt∈Kpl;其中,Kps为低用电区间、Kpm为中用电区间、Kpl为高用电区间,其中各个区间的质心记为{zes、zem、zel}。
需求响应电负荷约束:|ΔPlt|≤ΔPlmax,其中ΔPlmax为用户侧电负荷响应量的最大值。
需求响应电价约束:ΔPmin≤ΔPt≤ΔPmax,其中ΔPmin、ΔPmax分别为电价响应量的最小、最大值;ΔPt为优化前后t时刻的电价变化量。
需求响应电价支付约束:
Figure BDA0002809866150000116
其中Plt为优化前t时刻的电负荷需求;Pt为优化前t时刻的电价;PL,t为需求响应后t时刻的用户电负荷需求;Pt'为优化后t时刻的电价。
7)基于所述用电需求响应模型和所述需求响应约束条件计算电负荷需求。
所述电负荷需求为
Figure BDA0002809866150000121
其中,其中PL,t为需求响应后t时刻的电负荷需求,Plt为优化前t时刻的电负荷需求;ΔPlt为需求响应后t时刻的电负荷需求变化量;Pt为优化前t时刻的电价;ΔPt为需求响应后t时刻的电价变化量;E为需求弹性矩阵,
Figure BDA0002809866150000122
f为调度时段的个数,eff表示第f时段对第f时段的需求弹性。
步骤102:建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件;所述综合能源碳排放配额模型包括火电机组配额碳排放量、CHP机组配额碳排放量和电锅炉配额碳排放量。具体包括:
1)建立综合能源碳排放配额模型;所述综合能源碳排放配额模型为
Ec=Eg+Echp+Eeb
其中,Ec为综合能源系统的配额碳排放量;Eg为火电机组配额碳排放量,
Figure BDA0002809866150000123
Ωg为火电机组集合,δe为单位发电量碳排放额配,Pgn为第n个火电机组的电出力(发电量);Echp为CHP机组配额碳排放量,
Figure BDA0002809866150000124
Ωchp为CHP机组集合,δh为单位供热量碳排放配额,Phr为第r台CHP机组的热出力(提供的热量),Per为第r台CHP机组的电出力(发电量),ζ为发电量折算成供热量的折算系数;Eeb为电锅炉配额碳排放量,
Figure BDA0002809866150000125
Ωeb为电锅炉集合,Hebk为第k台电锅炉的热出力(提供的热量)。
2)建立碳交易机制下电力系统约束条件;所述碳交易机制下电力系统约束条件包括负荷平衡约束、机组出力约束、机组爬坡约束、机组启动及其停止时的约束和正负旋转备用约束。
负荷平衡约束:
Figure BDA0002809866150000131
其中
Figure BDA0002809866150000132
为第n台火电机组在t时刻的电出力;
Figure BDA0002809866150000133
为第r台CHP机组在t时刻的电出力;
Figure BDA0002809866150000134
为第m台风电机组在t时刻的预测电出力;
Figure BDA0002809866150000135
为第k台电锅炉在t时刻消耗的电能;PL,t为t时刻的负荷;
Figure BDA0002809866150000136
为t时刻的弃风电量。
机组出力约束:
Figure BDA0002809866150000137
其中
Figure BDA0002809866150000138
为第n台火电机组t时刻的最小出力值,
Figure BDA0002809866150000139
为第r台CHP机组t时刻的最小出力值,
Figure BDA00028098661500001310
为第n台火电机组t时刻的最大出力值,
Figure BDA00028098661500001311
为第r台CHP机组t时刻的最大出力值。
机组爬坡约束:
Figure BDA00028098661500001312
其中
Figure BDA00028098661500001313
为第n台火电机组t时刻向下爬坡速率,
Figure BDA00028098661500001314
为第n台火电机组t时刻向上爬坡速率;
Figure BDA00028098661500001315
为第r台CHP机组t时刻向下爬坡速率,
Figure BDA00028098661500001316
为第r台CHP机组t时刻向上爬坡速率。
Figure BDA00028098661500001317
代表CHP机组将电、热出力统一折算为纯凝工况下的电功率大小。
机组启动及其停止时的约束:
Figure BDA00028098661500001318
其中
Figure BDA00028098661500001319
为t-1时刻的机组启停状态,
Figure BDA00028098661500001320
为t时刻的机组启停状态,
Figure BDA00028098661500001321
为t+1时刻的机组启停状态,0代表关闭机组,1代表开启机组;
Figure BDA00028098661500001322
为第n台火电机组在t时刻启动时的最小值出力;
Figure BDA00028098661500001323
为第r台CHP机组在t时刻启动时的最小值出力。
正负旋转备用约束:
Figure BDA00028098661500001324
其中
Figure BDA00028098661500001325
为火电机组t时刻的最大出力值;
Figure BDA00028098661500001326
为第n台火电机组在t时刻的出力值;
Figure BDA0002809866150000141
为CHP机组在t时刻的最大电出力值;
Figure BDA0002809866150000142
为第r台CHP机组在t时刻的电出力值;
Figure BDA0002809866150000143
为火电机组t时刻的最小出力值;
Figure BDA0002809866150000144
为CHP机组在t时刻的最大电出力值;
Figure BDA0002809866150000145
为第n台火电机组在t时刻向上爬坡功率;
Figure BDA0002809866150000146
为第n台火电机组在t时刻向下爬坡功率;
Figure BDA0002809866150000147
为第r台CHP机组在t时刻向上爬坡功率;
Figure BDA0002809866150000148
为第r台CHP机组在t时刻向下爬坡功率;Psr为系统的旋转备用额度。
步骤103:基于所述热负荷需求、所述电负荷需求、所述碳排放配额模型和所述碳交易机制下电力系统约束条件,以运行费用最小为目标建立碳交易奖惩阶梯下的目标函数。所述碳交易奖惩阶梯下的目标函数为
min C=Cbuy+Cco+Caw
其中,Cbuy为系统运行费用,Cco为综合能源系统中碳交易成本,Caw为弃风惩罚费用;
Figure BDA0002809866150000149
c为碳交易价格;α为碳交易价格与碳交易量之间的关系坐标的正坐标轴上的碳交易价格增长幅度;λ为碳交易价格与碳交易量之间的关系坐标的负坐标轴上的碳交易价格增长幅度,Ep为火电机组、CHP机组、电锅炉的实际总碳排放量;Ec为综合能源系统的配额碳排放量,ν为碳排放量区间长度,碳交易价格与碳交易量之间的关系坐标如图4所示;
Cbuy=Cg+Cchp+Cw+Ceb,Cg为火电机组成本,Cchp为CHP机组成本,Cw为风电发电成本,Ceb为电锅炉发热成本;
Cg=Cg1(Pgn)+Cg2(ugn),Cg1表示火电机组运行成本,Cg2表示火电机组启停计划和启停调峰的启停成本,Pgn表示第n个火电机组的电出力,ugn表示第n个火电机组的的运行状态;
Figure BDA0002809866150000151
agi为火电机组二次拟合中的二次项系数,单位为$/(MW2·h);bgi为火电机组二次拟合中的一次项系数,单位为$/(MW·h);cgi为火电机组二次拟合中的常数项系数,单位为$/h;Pgn,t为第n个火电机组在t时刻的电出力,ugn,t为第n个火电机组在t时刻的启停状态,ugn,t-1为第n个火电机组在t-1时刻的启停状态,Sn为第n个火电机组的启动成本,T为时刻总数,N为火电机组总数;
Figure BDA0002809866150000152
其中aci为CHP机组运行成本的二次项系数,单位为$/(MW2·h);bci为CHP机组运行成本的一次项系数,单位为$/(MW·h);cci为CHP机组运行成本的常数项系数,单位为$/h;
Figure BDA0002809866150000153
为t时刻第r台CHP机组的电出力,
Figure BDA0002809866150000154
为t时刻第r台CHP机组的热出力;σ为固定进汽量下抽取单位蒸汽量时电功率的减少量,R为CHP机组总数;
Figure BDA0002809866150000155
Figure BDA0002809866150000156
为第k台电锅炉在t时刻消耗的电能,Pt'为当前时段的电价,K为电锅炉总数;
Figure BDA0002809866150000157
其中αw为风电机组运行维护成本系数,
Figure BDA0002809866150000158
为第m台风电机组的预测功率,M为风电机组总数;
Figure BDA0002809866150000159
其中γ为弃风成本系数,
Figure BDA00028098661500001510
为第m台风电机组的弃风功率;
Figure BDA00028098661500001511
其中
Figure BDA00028098661500001512
为需求响应后t时刻的电负荷需求;
Hc=Heb,t+Hchp,t,Hc为热负荷需求,Hchp,t为t时刻CHP机组提供的总热能,
Figure BDA0002809866150000161
Heb,t为t时刻电锅炉的制热功率,Heb,t=Peb,tηah,Peb,t为所有电锅炉在t时刻消耗的电能,ηah为电锅炉将电能转换为热能的效率。
步骤104:采用电热滚动调度方法,利用优化算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力;所述最优出力包括火电机组的最优电出力、CHP机组的最优电出力、CHP机组的最优热出力、风电机组的最优电出力和电锅炉的最优热出力。最优出力用于实现对电热系统的调度。
所述步骤104,具体包括:以第一设定时段为电调度间隔,以第二设定时间段为热调度间隔进行电热滚动调度,采用粒子群算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力。
在实际应用中,电热滚动调度具体步骤如下:
步骤1、设定热调度时间间隔为1h,电调度时间间隔为15min,转步骤2;
步骤2、从零点开始,判断运行时间是否到达15min,若是,则进行电需求响应调度,并判断是否符合系统相应约束条件,接着转步骤3;若未到15min则转步骤1;
步骤3、判断时间是否到达1h,若是,则进行热响应调度,并判断是否符合系统相应的约束条件,接着转步骤2;若未到1h也同样转步骤2。
粒子群算法的求解过程如图5所示,具体步骤如下:
(1)初始化每个粒子速度和位置;(2)计算每个例子适应度;(3)调整每个粒子的速度和位置;(4)判断粒子位置是否在可行域,若是,则转步骤(5),若否,则转步骤(3);(5)判断粒子位置是否满足结束条件,若是,则结束运行,得出可行解。
本实施例中的碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法,首先在源测构建包含热延迟和热损耗的热网模型及其约束条件,约束条件中引入热感觉因子,其次在荷侧构建用电需求响应模型及其约束条件,约束条件中引入用电满意度因子,同时建立电力系统其他设备的模型及其约束条件最后在碳交易奖惩阶梯下以整个系统运行费用最小为目标建立目标函数,并以15min为电调度间隔,1h为热调度间隔进行电热滚动调度,利用粒子群算法对该调度模型进行求解,确定设备出力值后对系统进行调度。本发明以运行费用最小为目标,建立了电热滚动调度模型,可以在提高用户满意度的同时,减少二氧化碳排放量,有效提高系统风电消纳的能力,并保证系统运行的经济性。
本发明还提供了一种碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度系统,图5为本发明实施例提供的碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度系统的结构图。参见图6,所述系统包括:
负荷需求确定模块201,用于确定用户的热负荷需求和电负荷需求;所述热负荷需求是由热网模型和引入热感觉系数的热网模型约束条件计算得到的,所述热网模型包括热延迟模型、热损耗模型和供热模型;所述电负荷需求是由用电需求响应模型和引入用电满意因子的需求响应约束条件计算得到的。
碳排放配额模型构建模块202,用于建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件;所述综合能源碳排放配额模型包括火电机组配额碳排放量、CHP机组配额碳排放量和电锅炉配额碳排放量。
目标函数构建模块203,用于基于所述热负荷需求、所述电负荷需求、所述碳排放配额模型和所述碳交易机制下电力系统约束条件,以运行费用最小为目标建立碳交易奖惩阶梯下的目标函数。
求解模块204,用于采用电热滚动调度方法,利用优化算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力;所述最优出力包括火电机组的最优电出力、CHP机组的最优电出力、CHP机组的最优热出力、风电机组的最优电出力和电锅炉的最优热出力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法,其特征在于,包括:
确定用户的热负荷需求和电负荷需求;所述热负荷需求是由热网模型和引入热感觉系数的热网模型约束条件计算得到的,所述热网模型包括热延迟模型、热损耗模型和供热模型;所述电负荷需求是由用电需求响应模型和引入用电满意因子的需求响应约束条件计算得到的;
建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件;所述综合能源碳排放配额模型包括火电机组配额碳排放量、CHP机组配额碳排放量和电锅炉配额碳排放量;
基于所述热负荷需求、所述电负荷需求、所述碳排放配额模型和所述碳交易机制下电力系统约束条件,以运行费用最小为目标建立碳交易奖惩阶梯下的目标函数;
采用电热滚动调度方法,利用优化算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力;所述最优出力包括火电机组的最优电出力、CHP机组的最优电出力、CHP机组的最优热出力、风电机组的最优电出力和电锅炉的最优热出力;
所述确定用户的热负荷需求和电负荷需求,具体包括:
构建一级热网管道的热延迟模型;所述热延迟模型为
Figure FDA0003670858910000011
其中,tde为热延迟的时间,Kde为延迟系数,v为管道中热媒流速,L为管道长度;
基于所述热延迟模型建立一级热网管道的热损耗模型;
建立供热模型;
建立热网模型约束条件;所述热网模型约束条件包括热源热量交换以及换热站供回水温度约束、CHP机组的热出力约束和引入热感觉系数的室内温度变化范围约束;热感觉系数
Figure FDA0003670858910000021
其中Tin为室内温度,Tlo为人体较舒适的温度范围下限;Tup为人体较舒适的温度范围上限;Tmin为温度变化极限范围的下限;Tmax为温度变化极限范围的上限;TSVT为当前温度值对应的热感觉投票值;
Figure FDA0003670858910000022
为Tup时的温度对应的热感觉投票值;
Figure FDA0003670858910000023
为Tlo时的温度对应的热感觉投票值;Tin变化时,λhl在0.33≤λhl≤1之间的温度Tin为室内温度变化范围约束;
基于所述热损耗模型、所述供热模型和所述热网模型约束条件计算热负荷需求;所述热损耗模型为
Tend(t)=Tstart(t-tde)-ΔTloss
其中,Tend(t)为t时刻的管道末端温度,Tstart(t-tde)为t-tde时刻的管道始端温度,ΔTloss为热损耗,ΔTloss=kloss·(Tstart(t)-Tout(t)),Tstart(t)为t时刻的管道始端温度,Tout(t)为t时刻的外界温度;kloss为热损耗系数,
Figure FDA0003670858910000024
λ为管道单位长度上的热传输效率,C为流体的热容,m为管道的流量;
所述供热模型为
Figure FDA0003670858910000025
其中,Tt in为t时刻的室内温度,
Figure FDA0003670858910000026
为t-1时刻的室内温度,Tt out为t时刻的室外温度;Δt为调度时间间隔;Cs为单位供热面积下的热容,S为供热面积;μ是单位供热面积单位温差下室内热量损失;Qqr,t为t时刻的室内的第qr台散热器散热量,Qqr,t=εrWs(Ts-Tn),εr为散热器的有效系数,Ts为散热器进水口温度,Tn为室内平均温度,Ws为用户侧的热媒流量热当量,Ws=GCz,G为热媒循环流量;Cz为供热系统总热容,x1为散热量的常数系数,x2为室外温度的常数系数,x3为室内温度的常数系数;
所述热负荷需求为
Hc=QQR,t+Qloss,t
其中,QQR,t为t时刻的室内散热器总散热量,
Figure FDA0003670858910000031
QR为散热器数量;Qloss,t为t时刻的系统热损耗,Qloss,t=εgWsΔTloss,εg为管道传热的有效系数;
建立用电需求响应模型及需求响应约束条件;所述需求响应约束条件包括需求响应满意度约束、需求响应电负荷约束、需求响应电价约束和需求响应电价支付约束;所述用电需求响应模型为
Figure FDA0003670858910000032
其中eij表示i时段对j时段的需求弹性;ΔPli表示引入需求响应进行优化后i时段的电负荷变化量;Pli表示优化前i时段的电负荷需求;ΔPj表示优化后j时段的电价变化量;Pj表示优化前j时段的电价;
基于所述用电需求响应模型和所述需求响应约束条件计算电负荷需求;所述电负荷需求为
Figure FDA0003670858910000041
其中,其中PL,t为需求响应后t时刻的电负荷需求,Plt为优化前t时刻的电负荷需求;ΔPlt为需求响应后t时刻的电负荷需求变化量;Pt为优化前t时刻的电价;ΔPt为需求响应后t时刻的电价变化量;E为需求弹性矩阵,
Figure FDA0003670858910000042
f为调度时段的个数,eff表示第f时段对第f时段的需求弹性;
所述建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件,具体包括:
建立综合能源碳排放配额模型;所述综合能源碳排放配额模型为
Ec=Eg+Echp+Eeb
其中,Ec为综合能源系统的配额碳排放量;Eg为火电机组配额碳排放量,
Figure FDA0003670858910000043
Ωg为火电机组集合,δe为单位发电量碳排放额配,Pgn为第n个火电机组的电出力;Echp为CHP机组配额碳排放量,
Figure FDA0003670858910000044
为CHP机组集合,δh为单位供热量碳排放配额,Phr为第r台CHP机组的热出力,Per为第r台CHP机组的电出力,ζ为发电量折算成供热量的折算系数;Eeb为电锅炉配额碳排放量,
Figure FDA0003670858910000045
Ωeb为电锅炉集合,Hebk为第k台电锅炉的热出力;
建立碳交易机制下电力系统约束条件;所述碳交易机制下电力系统约束条件包括负荷平衡约束、机组出力约束、机组爬坡约束、机组启动及其停止时的约束和正负旋转备用约束。
2.根据权利要求1所述的碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法,其特征在于,所述碳交易奖惩阶梯下的目标函数为
min C=Cbuy+Cco+Caw
其中,Cbuy为系统运行费用,Cco为综合能源系统中碳交易成本,Caw为弃风惩罚费用;
Figure FDA0003670858910000051
c为碳交易价格;α为碳交易价格与碳交易量之间的关系坐标的正坐标轴上的碳交易价格增长幅度;λ为碳交易价格与碳交易量之间的关系坐标的负坐标轴上的碳交易价格增长幅度,Ep为火电机组、CHP机组、电锅炉的实际总碳排放量;Ec为综合能源系统的配额碳排放量,ν为碳排放量区间长度;
Cbuy=Cg+Cchp+Cw+Ceb,Cg为火电机组成本,Cchp为CHP机组成本,Cw为风电发电成本,Ceb为电锅炉发热成本;
Cg=Cg1(Pgn)+Cg2(ugn),Cg1表示火电机组运行成本,Cg2表示火电机组启停计划和启停调峰的启停成本,Pgn表示第n个火电机组的电出力,ugn表示第n个火电机组的的运行状态;
Figure FDA0003670858910000061
agi为火电机组二次拟合中的二次项系数,bgi为火电机组二次拟合中的一次项系数,cgi为火电机组二次拟合中的常数项系数,Pgn,t为第n个火电机组在t时刻的电出力,ugn,t为第n个火电机组在t时刻的启停状态,ugn,t-1为第n个火电机组在t-1时刻的启停状态,Sn为第n个火电机组的启动成本,T为时刻总数,N为火电机组总数;
Figure FDA0003670858910000062
其中aci为CHP机组运行成本的二次项系数,bci为CHP机组运行成本的一次项系数,cci为CHP机组运行成本的常数项系数;
Figure FDA0003670858910000063
为t时刻第r台CHP机组的电出力,
Figure FDA0003670858910000064
为t时刻第r台CHP机组的热出力;σ为固定进汽量下抽取单位蒸汽量时电功率的减少量,R为CHP机组总数;
Figure FDA0003670858910000065
Figure FDA0003670858910000066
为第k台电锅炉在t时刻消耗的电能,Pt'为当前时段的电价,K为电锅炉总数;
Figure FDA0003670858910000067
其中αw为风电机组运行维护成本系数,
Figure FDA0003670858910000068
为第m台风电机组的预测功率,M为风电机组总数;
Figure FDA0003670858910000069
其中γ为弃风成本系数,
Figure FDA00036708589100000610
为第m台风电机组的弃风功率;
Figure FDA00036708589100000611
其中
Figure FDA00036708589100000612
为需求响应后t时刻的电负荷需求;
Hc=Heb,t+Hchp,t,Hc为热负荷需求,Hchp,t为t时刻CHP机组提供的总热能,
Figure FDA0003670858910000071
Heb,t为t时刻电锅炉的制热功率,Heb,t=Peb,tηah,Peb,t为所有电锅炉在t时刻消耗的电能,ηah为电锅炉将电能转换为热能的效率。
3.根据权利要求1所述的碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度方法,其特征在于,所述采用电热滚动调度方法,利用优化算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力,具体包括:
以第一设定时段为电调度间隔,以第二设定时间段为热调度间隔进行电热滚动调度,采用粒子群算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力。
4.碳交易机制下考虑源荷侧响应的电热滚动调度系统,其特征在于,包括:
负荷需求确定模块,用于确定用户的热负荷需求和电负荷需求;所述热负荷需求是由热网模型和引入热感觉系数的热网模型约束条件计算得到的,所述热网模型包括热延迟模型、热损耗模型和供热模型;所述电负荷需求是由用电需求响应模型和引入用电满意因子的需求响应约束条件计算得到的;
碳排放配额模型构建模块,用于建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件;所述综合能源碳排放配额模型包括火电机组配额碳排放量、CHP机组配额碳排放量和电锅炉配额碳排放量;
目标函数构建模块,用于基于所述热负荷需求、所述电负荷需求、所述碳排放配额模型和所述碳交易机制下电力系统约束条件,以运行费用最小为目标建立碳交易奖惩阶梯下的目标函数;
求解模块,用于采用电热滚动调度方法,利用优化算法对所述目标函数进行求解,得到最优出力;所述最优出力包括火电机组的最优电出力、CHP机组的最优电出力、CHP机组的最优热出力、风电机组的最优电出力和电锅炉的最优热出力;
所述确定用户的热负荷需求和电负荷需求,具体包括:
构建一级热网管道的热延迟模型;所述热延迟模型为
Figure FDA0003670858910000081
其中,tde为热延迟的时间,Kde为延迟系数,v为管道中热媒流速,L为管道长度;
基于所述热延迟模型建立一级热网管道的热损耗模型;
建立供热模型;
建立热网模型约束条件;所述热网模型约束条件包括热源热量交换以及换热站供回水温度约束、CHP机组的热出力约束和引入热感觉系数的室内温度变化范围约束;热感觉系数
Figure FDA0003670858910000082
其中Tin为室内温度,Tlo为人体较舒适的温度范围下限;Tup为人体较舒适的温度范围上限;Tmin为温度变化极限范围的下限;Tmax为温度变化极限范围的上限;TSVT为当前温度值对应的热感觉投票值;
Figure FDA0003670858910000083
为Tup时的温度对应的热感觉投票值;
Figure FDA0003670858910000084
为Tlo时的温度对应的热感觉投票值;Tin变化时,λhl在0.33≤λhl≤1之间的温度Tin为室内温度变化范围约束;
基于所述热损耗模型、所述供热模型和所述热网模型约束条件计算热负荷需求;所述热损耗模型为
Tend(t)=Tstart(t-tde)-ΔTloss
其中,Tend(t)为t时刻的管道末端温度,Tstart(t-tde)为t-tde时刻的管道始端温度,ΔTloss为热损耗,ΔTloss=kloss·(Tstart(t)-Tout(t)),Tstart(t)为t时刻的管道始端温度,Tout(t)为t时刻的外界温度;kloss为热损耗系数,
Figure FDA0003670858910000091
λ为管道单位长度上的热传输效率,C为流体的热容,m为管道的流量;
所述供热模型为
Figure FDA0003670858910000092
其中,Tt in为t时刻的室内温度,
Figure FDA0003670858910000093
为t-1时刻的室内温度,Tt out为t时刻的室外温度;Δt为调度时间间隔;Cs为单位供热面积下的热容,S为供热面积;μ是单位供热面积单位温差下室内热量损失;Qqr,t为t时刻的室内的第qr台散热器散热量,Qqr,t=εrWs(Ts-Tn),εr为散热器的有效系数,Ts为散热器进水口温度,Tn为室内平均温度,Ws为用户侧的热媒流量热当量,Ws=GCz,G为热媒循环流量;Cz为供热系统总热容,x1为散热量的常数系数,x2为室外温度的常数系数,x3为室内温度的常数系数;
所述热负荷需求为
Hc=QQR,t+Qloss,t
其中,QQR,t为t时刻的室内散热器总散热量,
Figure FDA0003670858910000094
QR为散热器数量;Qloss,t为t时刻的系统热损耗,Qloss,t=εgWsΔTloss,εg为管道传热的有效系数;
建立用电需求响应模型及需求响应约束条件;所述需求响应约束条件包括需求响应满意度约束、需求响应电负荷约束、需求响应电价约束和需求响应电价支付约束;所述用电需求响应模型为
Figure FDA0003670858910000101
其中eij表示i时段对j时段的需求弹性;ΔPli表示引入需求响应进行优化后i时段的电负荷变化量;Pli表示优化前i时段的电负荷需求;ΔPj表示优化后j时段的电价变化量;Pj表示优化前j时段的电价;
基于所述用电需求响应模型和所述需求响应约束条件计算电负荷需求;所述电负荷需求为
Figure FDA0003670858910000102
其中,其中PL,t为需求响应后t时刻的电负荷需求,Plt为优化前t时刻的电负荷需求;ΔPlt为需求响应后t时刻的电负荷需求变化量;Pt为优化前t时刻的电价;ΔPt为需求响应后t时刻的电价变化量;E为需求弹性矩阵,
Figure FDA0003670858910000103
f为调度时段的个数,eff表示第f时段对第f时段的需求弹性;
所述建立碳交易机制下电网系统中各机组设备的综合能源碳排放配额模型及碳交易机制下电力系统约束条件,具体包括:
建立综合能源碳排放配额模型;所述综合能源碳排放配额模型为
Ec=Eg+Echp+Eeb
其中,Ec为综合能源系统的配额碳排放量;Eg为火电机组配额碳排放量,
Figure FDA0003670858910000111
Ωg为火电机组集合,δe为单位发电量碳排放额配,Pgn为第n个火电机组的电出力;Echp为CHP机组配额碳排放量,
Figure FDA0003670858910000112
为CHP机组集合,δh为单位供热量碳排放配额,Phr为第r台CHP机组的热出力,Per为第r台CHP机组的电出力,ζ为发电量折算成供热量的折算系数;Eeb为电锅炉配额碳排放量,
Figure FDA0003670858910000113
Ωeb为电锅炉集合,Hebk为第k台电锅炉的热出力;
建立碳交易机制下电力系统约束条件;所述碳交易机制下电力系统约束条件包括负荷平衡约束、机组出力约束、机组爬坡约束、机组启动及其停止时的约束和正负旋转备用约束。
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