CN116961127A - 一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法 - Google Patents

一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法，包括以下几个步骤：S1构建需求响应模型；S2构建火电机组深度调峰成本模型；S3建立计及需求响应的火蓄联合调峰两阶段优化模型；S4构建约束条件；S5模型的求解，其中第1阶段优化模型以考虑需求响应模型构建的负荷与风电差值的平方和最小为目标优化负荷曲线；第2阶段优化模型计及火电深度调峰电量损失成本、抽蓄调峰成本、弃风成本和系统网损成本，以系统的总运行成本最小为目标优化各机组出力。利用本发明的算例结果表明，利用所提模型求解电力系统最优出力分配方案，可以降低火电深度调峰程度，促进风电消纳以及降低系统总运行成本。

Description

一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调 度方法
技术领域
本发明涉及电网调峰领域，具体涉及一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法。
背景技术
截止2022年全国可再生能源发电装机规模达到12.13亿千瓦，占全国发电机总装机的47.3％，风电装机达到3.65亿千瓦，全国抽水蓄能电站累计装机规模达到0.45亿千瓦。由于风能存在着出力波动性、间歇性、反调峰等特性，大幅度提高了系统调峰难度，导致火电机组深度调峰越发频繁，使得系统总调峰成本大幅度增加、火电运行经济性下降。而抽水蓄能电站(pumped storage station,PSS)具有启动快速、工作方式灵活的优点，可以有效辅助系统调峰。另外，随着电力负荷的快速增长，电力系统传输的电能越来越大，系统的网络损耗也将随之增大，减小电能输送过程中的网络损耗对提搞电网的经济运行能力具有重要作用。
在现有研究中，主要集中在抽蓄、火电等多源联合调峰或价格型需求响应优化负荷曲线调峰，仅从电源侧或负荷侧单一角度出发，对系统调峰难度的改善有限。因此，存在进一步挖掘抽蓄机组、火电机组与需求响应协同调峰潜力的空间。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法，采用需求响应降低负荷峰谷差以及抽水蓄能的削峰填谷作用，缓解系统调峰压力，降低火电机组进入深度调峰的程度，提高系统风电消纳水平。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法，包括以下步骤：
S1构建需求响应模型
电价的相对变动会引起电能需求的相应变动，此变动可用电力需求价格弹性系数e表示，其公式为：
式中：ΔD和ΔC分别表示电量D、电价C在单位时间内的变化量；
相比于单时段价格响应，用户对电价的响应采用更合理的多时段响应更能反映实际情况，在多时段价格响应的模型中，电力需求价格弹性系数e分为电力需求价格自弹性系数exx和电力需求交叉弹性系数exy，其公式分别为：
式中：ΔDx和ΔCx分别表示电量D、电价C在第x时段的变化量；ΔDy和ΔCy分别表示电量D、电价C在第y时段的变化量；
对于T时段的电力需求电价弹性矩阵E，其公式为：
综上所述，用户对电价的需求响应模型为：
S2构建火电机组深度调峰成本模型
深度调峰阶段的煤耗成本与常规调峰阶段相同，在t时段第m台火电机组运行的煤耗成本公式为：
式中：am、bm、cm为火电机组的煤耗系数；表示火电机组m在t时段的出力；
火电机组处于不投油深度调峰阶段，转子会受到交变应力的作用，产生低周疲劳损耗和蠕变损耗，则在t时段第m台火电机组的损耗成本公式为：
式中：λ为火电机组损耗系数；Cunit为火电机组购置成本；为转子致裂循环周次；/>表示火电机组m在t时段的出力；
其中公式为：
式中：表示火电机组m在t时段的出力；
火电机组处于投油深度调峰阶段，通常采用投油措施来维持机组稳定运行，在t时段第m台火电机组的投油成本公式为：
C3＝OoilPoil (9)
式中：OoilPoil为深度调峰投油成本；Ooil为机组投油稳燃时的油耗量；Poil为单位油价；
综上，火电机组在不同的调峰阶段，其运行成本的组成不同，具体在t时段第m台火电机组的运行成本公式为：
式中：表示火电机组m在t时段的出力；C1、C2、C3分别表示火电机组m在t时段的煤耗成本、损耗成本、投油成本；/>和/>分别表示火电机组m的最小技术出力、最大技术出力；/>表示火电机组m在不投油深度调峰阶段的出力下限、/>火电机组m在投油深度调峰阶段的出力下限；
S3建立计及需求响应的火蓄联合调峰两阶段优化模型
S31构建第1阶段优化模型
第1阶段模型以考虑需求响应模型构建的负荷与风电差值的平方和最小为目标，其公式为：
式中：T表示总时段；D2,t表示t时段的采用需求响应后的系统总负荷；Pt w表示t时段的风电消纳的功率；
S32构建第2阶段优化模型
第二阶段模型以系统的总运行成本最小为目标，其公式为：
式中：Ng表示火电机组总数；表示火电机组的启停成本；/>表示抽蓄机组的启动成本；/>表示火电深度调峰电量损失成本；/>表示抽蓄调峰成本；/>表示弃风成本；/>表示系统的总网损成本；其中，
火电机组启停成本公式为：
式中：cm,t表示火电机组m在t时段的启停状态的0-1变量，cm,t＝1为开机，cm,t＝0为关机；Cm,on、Cm,off分别表示其开机、停机成本；
火电深度调峰电量损失成本公式为：
式中：表示火电机组上网电价；/>表示火电机组的最小技术出力；
抽蓄机组启动成本公式为：
式中：Ch、Cp分别表示抽水蓄能机组处于发电工况和抽水工况下的单次启动成本；表示抽水蓄能机组在t时段，1表示发电，否则为0；/>表示抽水蓄能机组在t时段，1表示抽水，否则为0；两者之和小于等于1，表示在同一时刻抽水蓄能机组只能处于发电或抽水某一种状态；
抽蓄调峰成本公式为：
式中：表示蓄机组在t时段的抽水功率(为负值)；/>为抽蓄抽水电价；/>为政府激励抽蓄机组参与调峰的单位补贴电量电价；；
弃风成本公式为：
式中：表示风电预测功率；/>表示风电消纳的功率；Cqf表示风电弃风惩罚价格；
系统的总网损成本公式为：
式中：Nl表示输电网系统中支路总数；Pt,l,loss表示在t时段支路l的网损；Pl,loss表示系统在t时段的网损Closs表示网损分时电价；Rl表示支路l的电阻值；Pl表示支路l的有功功率；Ql表示支路l的无功功率；Ul表示支路l的末端电压的幅值；
S4构建约束条件
构建第1阶段约束条件
在调度周期内，需求响应前后负荷的总量不变，其等式为：
式中：D1,t、Dzr,t、Dzc,t分别表示t时段需求响应前的原始负荷、需求响应后转入及转出的负荷；
为保证用户在可接受范围内改变用电行为参与需求响应，对用户用电满意度和用电费用满意度分别进行如下约束，其公式分别为：
式中：Dt表示t时段的电量；D1,t、D2,t分别表示t时段采用需求响应前、后的系统总负荷；C1,t、C2,t分别表示t时段的采用需求响应前、后的电价；Sb,min、Sc,min分别表示用户用电满意度、用电费用满意度最小值；
采用需求响应后的负荷值应介于原始负荷最小值与最大值之间，其公式为：
式中：D1,t表示t时段的采用需求响应前的原始负荷；ΔDt分别表示电量D在第t时段的变化量；D1,min、D1,max分别表示需求响应前的原始负荷的最小、最大值；
S5通过MATLAB采用改进线性递减策略—粒子群优化算法(LDW-PSO)对考虑需求响应的火蓄联合调峰两阶段优化模型进行求解，得出各机组最优出力分配方案。
优选的，步骤S4中还包括第2阶段约束条件，所述第2阶段约束条件包括：
将第1阶段优化模型求解后的用电负荷代入第2阶段模型用电平衡约束；
功率平衡约束公式为：
式中：表示火电机组m在t时段的出力；Pt w表示风电消纳的功率；Pt h、Pt p分别表示抽水蓄能机组在t时段的发电功率和抽水功率；D2,t表示t时段采用需求响应后的系统总负荷；Pt,l,loss表示在t时段支路l的网损；
火电机组常规出力约束条件，公式为：
式中：cm,t表示火电机组m在t时段的启停状态的0-1变量，cm,t＝1为开机，cm,t＝0为关机；表示火电机组m在t时段的出力；/>和/>分别表示火电机组m的最小技术出力、最大技术出力；
火电机组深度调峰出力约束条件，公式为：
式中：cm,t表示火电机组m在t时段的启停状态的0-1变量，cm,t＝1为开机，cm,t＝0为关机；表示火电机组m在t时段的出力；/>表示火电机组m的最大技术出力；/>表示火电机组m在投油深度调峰阶段的出力下限；
火电机组爬坡约束条件，公式为：
式中：和/>分别表示火电机组m在t、t-1时段的出力；Ru,m、Rd,m分别表示火电机组m最大向上、向下爬坡速率；火电机组最小连续开停机时间约束公式为：
式中：cm,t和cm,t-1分别表示火电机组m在t、t-1时段的启停状态的0-1变量；分别表示火电机组m最小连续开机时间和最小连续停机时间；/>分别表示火电机组m在t时段已经连续开机时间和连续停机时间；
火电机组最大启停次数约束条件，公式为：
式中：αm,t、βm,t分别表示火电机组m在t时段是否切换到启动状态和停机状态；αm,max、βm,max分别表示火电机组m最大启停次数。
3、优选的，所述第2阶段约束条件还包括：抽蓄机组抽发出力约束条件，公式分别为：
式中：Pt h、Pt p分别表示抽蓄机组在t时段的发电功率和抽水功率；分别表示抽蓄机组抽水、发电功率上限；/>分别表示抽蓄机组在t时段(发电、抽水状态)启停状态的0-1变量；/>表示抽蓄机组在t时段，1表示发电，否则为0；/>表示抽蓄机组在t时段，1表示抽水，否则为0；两者之和小于等于1，表示在同一时刻抽蓄机组只能处于发电或抽水某一种状态；
抽蓄机组抽发状态约束条件，公式为：
式中：分别表示抽水蓄能机组在t时段(发电、抽水状态)启停状态的0-1变量；
抽蓄机组在实际运行中需要满足的日电量平衡约束条件，公式为：
式中：Pt h、Pt p分别表示抽蓄机组在t时段的发电功率和抽水功率；η表示抽水蓄能机组的转换效率；
抽蓄电站库容约束条件，公式为：
式中：Vt ph表示抽蓄电站上水库在t时段的容量；分别表示抽蓄电站上水库最小容量、最大容量；
抽蓄电站水库水量平衡约束条件，公式为：
式中：Vt ph和表示抽蓄电站在t、t+1时段上水库库容；Qt ph表示电站在t时段的平均流量，可以是正值也可以是负值，正值是抽水流量Qp，负值是发电流量Qh；
抽蓄机组最大启停次数约束条件，公式为：
式中：分别表示抽蓄机组在t-1时段启停状态的0-1变量；/>分别表示抽蓄机组在t时段(发电、抽水状态)启停状态的0-1变量；Μph表示总时间段抽蓄机组最大启停次数。
优选的，所述第2阶段约束条件还包括：风电出力约束条件，公式为：
式中：Pt w表示风电消纳的功率；表示风电机组的最大出力；
节点电压约束条件，公式为：
Umin(i)≤U(i,t)≤Umax(i) (41)
式中：U(i,t)表示t时段节点i的电压幅值；Umin(i)、Umax(i)分别表示节点i允许的电压幅值最小、最大值；
支路电流约束条件，公式为：
Imin(i,j)≤I(i,j,t)≤Imax(i,j) (42)
式中：I(i,j,t)表示t时段节点i流向节点j的电流；Imin(i,j)、Imax(i,j)分别表示t时段支路ij上允许流过的最小、最大电流。
本发明提出一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法，其特点是，构建需求响应模型后，通过采用需求响应和抽水蓄能的削峰填谷作用，通过构建火电机组深度调峰成本模型、建立计及需求响应的火蓄联合调峰两阶段优化模型，并构建约束条件后通过MATLAB采用改进线性递减策略—粒子群优化算法(LDW-PSO)对考虑需求响应的火蓄联合调峰两阶段优化模型进行求解，得出各机组最优出力分配方案，缓解火电机组的调峰压力，使得系统的风电消纳大幅度提高，可有效减少系统的网络损耗从而提高电网经济运行的能力。
附图说明
图1是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的两阶段优化调度模型结构图。
图2是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的火电机组调峰示意图。
图3是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的系统调度模型求解流程图。
图4是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的需求响应前后负荷曲线。
图5是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的场景1各类型机组出力图。
图6是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的场景2各类型机组出力图。
图7是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的场景3各类型机组出力图。
图8是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的场景4各类型机组出力图。
图9是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的场景5各类型机组出力图。
图10是本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法的风电各时刻弃风功率对比。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法作进一步说明。
参照图1和图2，本发明提出的一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法，其具体包括以下步骤：
(1)考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度模型的结构分析
采用需求响应降低负荷峰谷差以及抽水蓄能的削峰填谷来缓解系统调峰压力，减少火电机组进入深度调峰的程度，提出了两阶段优化调度方案，其具体模型结构见图1。
第1阶段主要是通过需求响应优化负荷曲线，减轻系统的深度调峰压力，第1阶段模型求解后的用电负荷传递至第2阶段模型；第2阶段计及火电深度调峰电量损失成本、抽蓄调峰成本、弃风成本和系统网损成本，以系统总运行成本最小为目标优化各机组出力。
(2)需求响应模型分析
价格型需求响应——可通过电价信号引导用户改变用电行为，从而优化负荷曲线，达到减小负荷峰谷差的目的。
从经济学角度看，电价的相对变动会引起电能需求的相应变动[16]，此变动可用电力需求价格弹性系数e表示，其公式为：
式中：ΔQ和ΔC分别表示电量Q、电价C在单位时间内的变化量。
相比于单时段价格响应，用户对电价的响应采用更合理的多时段响应更能反映实际情况，在多时段价格响应的模型中，电力需求价格弹性系数e分为电力需求价格自弹性系数exx和电力需求交叉弹性系数exy，其公式分别为：
式中：ΔQx和ΔCx分别表示电量Q、电价C在第x时段的变化量；ΔQy和ΔCy分别表示电量Q、电价C在第y时段的变化量。
对于T时段的电力需求电价弹性矩阵E，其公式为：
综上所述，用户对电价的需求响应模型为：
(3)含有抽水蓄能参与的火电深度调峰原理分析
①火电机组调峰机制
火电机组的调峰能力是指追踪负荷变化的能力。根据火电机组出力大小，火电调峰分为常规调峰、不投油调峰和投油调峰。当火电机组运行在最小技术出力和最大技术出力/>之间时，为系统提供常规调峰辅助服务。在需要火电机组降低更多出力，为风电上网让出空间的场景下，火电机组出力降至/>和不投油深度调峰阶段的出力下限/>之间时，处于不投油深度调峰状态。如需进一步降低出力，降至/>与投油深度调峰阶段的出力下限/>之间时，为了维持机组能稳定运行，则需投油助燃，此时火电机组于投油深度调峰状态。
②构建火电机组深度调峰成本模型
深度调峰阶段的煤耗成本与常规调峰阶段相同，则在t时段第m台火电机组运行的煤耗成本公式为：
式中：am、bm、cm为火电机组的煤耗系数；表示火电机组m在t时段的出力。
火电机组处于不投油深度调峰阶段，转子会受到交变应力的作用，产生低周疲劳损耗和蠕变损耗，则在t时段第m台火电机组的损耗成本公式为：
其中公式为：
式中：λ为火电机组损耗系数；Cunit为火电机组购置成本；为转子致裂循环周次(产生宏观初始裂纹至断裂之间的循环周次(即断裂寿命与致裂寿命之差，残余寿命))，其值与/>有关。
火电机组处于投油深度调峰阶段，通常需要采用投油措施来维持机组稳定运行，则在t时段第m台火电机组的投油成本公式为：
C3＝OoilPoil (9)
式中：OoilPoil为深度调峰投油成本；Ooil为机组投油稳燃时的油耗量；Poil为单位油价。
综上，火电机组在不同的调峰阶段，其运行成本的组成是不同的，则在t时段第m台火电机组的运行成本公式为：
③抽蓄调峰机制
抽水蓄能电站具有反应灵活、启停迅速的特点，因此考虑抽水蓄能联合火电参与深度调峰，增加系统调峰灵活性，减少火电深度调峰次数，从而改善火电的调峰经济性。
当风电出现反调峰现象时，净负荷曲线的峰谷差变大，使得系统深度调峰需求量升高，常规调峰机组灵活性难以满足系统调峰需求，从而可能导致弃严重的弃风现象。抽水蓄能电站启动快速且工作方式灵活，可有效辅助系统调峰，进而降低低谷负荷时火电机组的参与深度调峰的成本及促进风电消纳。
(4)建立计及需求响应的火蓄联合调峰两阶段优化模型
①构建第1阶段优化模型
第1阶段优化模型以考虑需求响应模型构建的负荷与风电差值的平方和最小为目标，其公式为：
式中：T表示总时段，本专利中将1h表示1个时段，则一天包括24个时段；D2,t表示t时段的采用需求响应后的系统总负荷；Pt w表示t时段的风电消纳的功率。
②构建第1阶段约束条件
在调度周期内，需求响应前后负荷的总量不变，其等式为：
式中：D1,t、Dzr,t、Dzc,t分别表示t时段需求响应前的原始负荷、需求响应后转入及转出的负荷。
为保证用户在可接受范围内改变用电行为参与需求响应，对用户用电满意度和用电费用满意度分别进行如下约束，其公式分别为：
式中：Sb,min、Sc,min分别表示用户用电满意度、用电费用满意度最小值。
采用需求响应后的负荷值应介于原始负荷最小与最大值之间，其公式为：
式中：D1,min、D1,max分别表示需求响应前的原始负荷的最小、最大值。
③构建第2阶段优化模型
根据电力系统的运行要求，第二阶段优化模型以系统的总运行成本最小为目标，其公式为：
式中：Ng表示火电机组总数；表示火电机组的启停成本；/>表示抽蓄机组的启动成本；/>表示火电深度调峰电量损失成本；/>表示抽蓄调峰成本；/>表示弃风成本；/>表示系统的总网损成本。
火电机组启停成本公式为：
式中：cm,t表示火电机组m在t时段的启停状态的0-1变量，cm,t＝1为开机，cm,t＝0为关机；Cm,on、Cm,off分别表示其开机、停机成本。
火电深度调峰电量损失成本公式为：
式中：表示火电机组上网电价。
抽蓄机组启动成本公式为：
式中：Ch、Cp分别表示抽水蓄能机组处于发电工况和抽水工况下的单次启动成本；表示抽水蓄能机组在t时段，1表示发电，否则为0；/>表示抽水蓄能机组在t时段，1表示抽水，否则为0；两者之和小于等于1，表示在同一时刻抽水蓄能机组只能处于发电或抽水某一种状态。
抽蓄调峰成本公式为：
式中：Pt p表示蓄机组在t时段的抽水功率(为负值)；为抽蓄抽水电价；/>为政府激励抽蓄机组参与调峰的单位补贴电量电价。。
弃风成本公式为：
式中：表示风电预测功率；Pt w表示风电消纳的功率；/>表示风电弃风惩罚价格。
系统的总网损成本公式为：
式中：Nl表示输电网系统中支路总数；Pt,l,loss表示在t时段支路l的网损；Pl,loss表示系统在t时段的网损Closs表示网损分时电价；Rl表示支路l的电阻值；Pl表示支路l的有功功率；Ql表示支路l的无功功率；Ul表示支路l的末端电压的幅值。
④构建第2阶段约束条件
将第1阶段模型求解后的用电负荷代入第2阶段模型用电平衡约束。
功率平衡约束公式为：
式中：Pt h、Pt p分别表示抽水蓄能机组在t时段的发电功率和抽水功率(为负值)。
火电机组常规出力约束公式为：
火电机组深度调峰出力约束公式为：
火电机组爬坡约束公式为：
式中：Ru,m、Rd,m分别表示火电机组m最大向上、向下爬坡速率。
火电机组最小连续开停机时间约束公式为：
式中：分别表示火电机组m最小连续开机时间和最小连续停机时间；分别表示火电机组m在时段t已经连续开机时间和连续停机时间。
火电机组最大启停次数约束公式为：
式中：αm,t、βm,t分别表示火电机组m在时段t是否切换到启动状态和停机状态；αm,max、βm,max分别表示火电机组m最大启停次数。
抽蓄机组抽发出力约束公式分别为：
式中：分别表示抽水蓄能机组抽水、发电功率上限；/>分别表示抽水蓄能机组(发电、抽水状态)启停状态的0-1变量。/>表示抽水蓄能机组在t时段，1表示发电，否则为0；/>表示抽水蓄能机组在t时段，1表示抽水，否则为0；两者之和小于等于1，表示在同一时刻抽水蓄能机组只能处于发电或抽水某一种状态。
抽蓄机组抽发状态约束公式为：
抽蓄机组在实际运行中需要满足的日电量平衡约束公式为：
Pt h+ηPt p＝0 (36)
式中：η为抽水蓄能机组的转换效率，通常取75％。
抽蓄电站库容约束公式为：
式中：分别是抽水蓄能电站上水库最小容量、最大容量。
抽蓄电站水库水量平衡约束公式为：
Vph,t+1＝Vph,t+Qph,tΔt (38)
式中：Vph,t+1为t+1时段上水库库容；Qph,t为电站在时段t的平均流量，可以是正值也可以是负值，正值是抽水流量Qp，负值是发电流量Qh。
抽蓄机组最大启停次数约束公式为：
式中：Μph为总时间段抽水蓄能机组最大启停次数。
风电出力约束公式为：
式中：表示风电机组的最大出力。
节点电压约束公式为：
Umin(i)≤U(i,t)≤Umax(i) (41)
式中：U(i,t)表示t时段节点i的电压幅值；Umin(i)、Umax(i)分别表示节点i允许的电压幅值最小、最大值。
支路电流约束公式为：
Imin(i,j)≤I(i,j,t)≤Imax(i,j) (42)
式中：I(i,j,t)表示t时段节点i流向节点j的电流；Imin(i,j)、Imax(i,j)分别表示t时段支路ij上允许流过的最小、最大电流。
(5)模型的求解
通过MATLAB采用改进线性递减策略—粒子群优化算法(LDW-PSO)对考虑需求响应的火蓄联合调峰两阶段优化模型进行求解进行求解，得出各机组最优出力分配方案，其求解流程图见图3。
下面介绍本采用本方法实施的具体仿真实施例。
(1)参数介绍
本实施例是在改进的IEEE30节点系统进行算例分析，该系统包含8台发电机组，机组总装机容量为595MW，其中6台火电机组总装机容量为435MW，火电机组基本参数如表1所示；风电装机容量为100MW；抽蓄机组最大发电功率为60MW，抽水功率为40MW，抽蓄机组基本参数如表2所示。火电机组常规调峰、不投油调峰、投油调峰阶段的最低负荷率分别为50％、40％、30％，不投油深度调峰和投油深度调峰阶段损耗系数分别为1.2、1.5；价格需求响应自弹性系数exx为-0.2，互弹性系数exy为0.03，用户用电方式满意度下限Sb,min为0.9，用户用电费用满意度下限Sc,min为0.9。
表1火电机组相关参数
表2抽水蓄能电站相关参数
(2)五种场景
表3五种不同场景
(3)结果分析
五种场景下的系统调峰优化结果如表4所示。对比场景2、3的系统调峰优化结果可知，考虑需求响应后，较之场景2，系统总运行成本降低了24.53％，损耗成本降低了18.58％，投油成本降为了0，火电调峰电量损失成本降低了35.21％，系统弃风率降低了13.91％。由此可以看出，通过采用需求响应引导负荷由高峰转移至低谷，可以有效地降低火电机组进入深度调峰的程度，还可以降低风电弃风率。
表4各场景的系统调峰优化结果
对比场景2、4的系统调峰优化结果可知，加入抽水蓄能后，较之场景2，虽增加了抽蓄调峰成本，但是火电机组的损耗及投油成本和火电调峰电量损失成本大幅度降低，煤耗成本降低了2.89％，系统总网损成本降低了16.27％，系统弃风率降低了18.19％，综合各种因素，系统总运行成本降低了21.04％。由此可以看出，通过抽水蓄能的削峰填谷，减轻了系统深度调峰压力，降低了火电机组进入深度调峰的程度，从而减少了火电机组的深度调峰成本，也使得系统的风电消纳量显著提升。
对比场景3、5的系统调峰优化结果可知，同时考虑需求响应和抽水蓄能后，较之场景3，虽然增加了抽蓄调峰成本，但其他成本都有所降低，综合各种因素，系统总运行成本降低了4.82％。
对比图4、图9中场景5与其他4个场景，通过采用需求响应降低负荷峰谷差以及抽水蓄能的削峰填谷功能，使得系统调峰能力得到提高，提高了风电的上网空间，减少了火电机组进行深度调峰的次数，并提高了风电的消纳量。
由图10中3种场景下各时刻弃风功率对比可知，在8:00-19:00时间段，五个场景的弃风量都是0；在1:00-8:00和20:00-24:00两个时间段，相比于前两个场景，场景5的风电消纳情况是最优的。由此可见，通过需求响应引导负荷转移以及抽水蓄能的削峰填谷，在风电高发时段，即负荷低谷时段，风电消纳率得到明显改善，即验证了本文所构建的模型可有效提高系统的风电消纳水平。
本发明中所描述的实施例、图例仅仅是对本发明作进一步的说明。本发明所述技术领域的技术人员可以对所描述的实施例进行修改或补充或变形(即采用类似的替代方式)，但是不会背离本发明的原理和实质或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1构建需求响应模型
电价的相对变动会引起电能需求的相应变动，此变动可用电力需求价格弹性系数e表示，其公式为：
式中：ΔD和ΔC分别表示电量D、电价C在单位时间内的变化量；
相比于单时段价格响应，用户对电价的响应采用更合理的多时段响应更能反映实际情况，在多时段价格响应的模型中，电力需求价格弹性系数e分为电力需求价格自弹性系数exx和电力需求交叉弹性系数exy，其公式分别为：
式中：ΔDx和ΔCx分别表示电量D、电价C在第x时段的变化量；ΔDy和ΔCy分别表示电量D、电价C在第y时段的变化量；
对于T时段的电力需求电价弹性矩阵E，其公式为：
综上所述，用户对电价的需求响应模型为：
S2构建火电机组深度调峰成本模型
深度调峰阶段的煤耗成本与常规调峰阶段相同，在t时段第m台火电机组运行的煤耗成本公式为：
式中：am、bm、cm为火电机组的煤耗系数；表示火电机组m在t时段的出力；
火电机组处于不投油深度调峰阶段，转子会受到交变应力的作用，产生低周疲劳损耗和蠕变损耗，则在t时段第m台火电机组的损耗成本公式为：
式中：λ为火电机组损耗系数；Cunit为火电机组购置成本；为转子致裂循环周次；/>表示火电机组m在t时段的出力；
其中公式为：
式中：表示火电机组m在t时段的出力；
火电机组处于投油深度调峰阶段，通常采用投油措施来维持机组稳定运行，在t时段第m台火电机组的投油成本公式为：
C3＝OoilPoil (9)
式中：OoilPoil为深度调峰投油成本；Ooil为机组投油稳燃时的油耗量；Poil为单位油价；
综上，火电机组在不同的调峰阶段，其运行成本的组成不同，具体在t时段第m台火电机组的运行成本公式为：
式中：表示火电机组m在t时段的出力；C1、C2、C3分别表示火电机组m在t时段的煤耗成本、损耗成本、投油成本；/>和/>分别表示火电机组m的最小技术出力、最大技术出力；/>表示火电机组m在不投油深度调峰阶段的出力下限、/>火电机组m在投油深度调峰阶段的出力下限；
S3建立计及需求响应的火蓄联合调峰两阶段优化模型
S31构建第1阶段优化模型
第1阶段模型以考虑需求响应模型构建的负荷与风电差值的平方和最小为目标，其公式为：
式中：T表示总时段；D2,t表示t时段的采用需求响应后的系统总负荷；Pt w表示t时段的风电消纳的功率；
S32构建第2阶段优化模型
第二阶段模型以系统的总运行成本最小为目标，其公式为：
式中：Ng表示火电机组总数；表示火电机组的启停成本；/>表示抽蓄机组的启动成本；/>表示火电深度调峰电量损失成本；/>表示抽蓄调峰成本；/>表示弃风成本；/>表示系统的总网损成本；其中，
火电机组启停成本公式为：
式中：cm,t表示火电机组m在t时段的启停状态的0-1变量，cm,t＝1为开机，cm,t＝0为关机；Cm,on、Cm,off分别表示其开机、停机成本；
火电深度调峰电量损失成本公式为：
式中：表示火电机组上网电价；/>表示火电机组的最小技术出力；
抽蓄机组启动成本公式为：
式中：Ch、Cp分别表示抽水蓄能机组处于发电工况和抽水工况下的单次启动成本；表示抽水蓄能机组在t时段，1表示发电，否则为0；/>表示抽水蓄能机组在t时段，1表示抽水，否则为0；两者之和小于等于1，表示在同一时刻抽水蓄能机组只能处于发电或抽水某一种状态；
抽蓄调峰成本公式为：
式中：Pt p表示蓄机组在t时段的抽水功率(为负值)；为抽蓄抽水电价；/>为政府激励抽蓄机组参与调峰的单位补贴电量电价；；
弃风成本公式为：
式中：表示风电预测功率；Pt w表示风电消纳的功率；Cqf表示风电弃风惩罚价格；
系统的总网损成本公式为：
式中：Nl表示输电网系统中支路总数；Pt,l,loss表示在t时段支路l的网损；Pl,loss表示系统在t时段的网损Closs表示网损分时电价；Rl表示支路l的电阻值；Pl表示支路l的有功功率；Ql表示支路l的无功功率；Ul表示支路l的末端电压的幅值；
S4构建约束条件
构建第1阶段约束条件
在调度周期内，需求响应前后负荷的总量不变，其等式为：
式中：D1,t、Dzr,t、Dzc,t分别表示t时段需求响应前的原始负荷、需求响应后转入及转出的负荷；
为保证用户在可接受范围内改变用电行为参与需求响应，对用户用电满意度和用电费用满意度分别进行如下约束，其公式分别为：
式中：Dt表示t时段的电量；D1,t、D2,t分别表示t时段采用需求响应前、后的系统总负荷；C1,t、C2,t分别表示t时段的采用需求响应前、后的电价；Sb,min、Sc,min分别表示用户用电满意度、用电费用满意度最小值；
采用需求响应后的负荷值应介于原始负荷最小值与最大值之间，其公式为：
式中：D1,t表示t时段的采用需求响应前的原始负荷；ΔDt分别表示电量D在第t时段的变化量；D1,min、D1,max分别表示需求响应前的原始负荷的最小、最大值；
S5通过MATLAB采用改进线性递减策略—粒子群优化算法(LDW-PSO)对考虑需求响应的火蓄联合调峰两阶段优化模型进行求解，得出各机组最优出力分配方案。
2.根据权利要求1所述的一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法，其特征在于，步骤S4中还包括第2阶段约束条件，所述第2阶段约束条件包括：
将第1阶段优化模型求解后的用电负荷代入第2阶段模型用电平衡约束；
功率平衡约束公式为：
式中：表示火电机组m在t时段的出力；Pt w表示风电消纳的功率；Pt h、Pt p分别表示抽水蓄能机组在t时段的发电功率和抽水功率；D2,t表示t时段采用需求响应后的系统总负荷；Pt,l,loss表示在t时段支路l的网损；
火电机组常规出力约束条件，公式为：
式中：cm,t表示火电机组m在t时段的启停状态的0-1变量，cm,t＝1为开机，cm,t＝0为关机；表示火电机组m在t时段的出力；/>和/>分别表示火电机组m的最小技术出力、最大技术出力；
火电机组深度调峰出力约束条件，公式为：
式中：cm,t表示火电机组m在t时段的启停状态的0-1变量，cm,t＝1为开机，cm,t＝0为关机；表示火电机组m在t时段的出力；/>表示火电机组m的最大技术出力；/>表示火电机组m在投油深度调峰阶段的出力下限；
火电机组爬坡约束条件，公式为：
式中：和/>分别表示火电机组m在t、t-1时段的出力；Ru,m、Rd,m分别表示火电机组m最大向上、向下爬坡速率；火电机组最小连续开停机时间约束公式为：
式中：cm,t和cm,t-1分别表示火电机组m在t、t-1时段的启停状态的0-1变量；分别表示火电机组m最小连续开机时间和最小连续停机时间；/>分别表示火电机组m在t时段已经连续开机时间和连续停机时间；
火电机组最大启停次数约束条件，公式为：
式中：αm,t、βm,t分别表示火电机组m在t时段是否切换到启动状态和停机状态；αm,max、βm,max分别表示火电机组m最大启停次数。
3.根据权利要求2所述的一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法，其特征在于，所述第2阶段约束条件还包括：抽蓄机组抽发出力约束条件，公式分别为：
式中：Pt h、Pt p分别表示抽蓄机组在t时段的发电功率和抽水功率；分别表示抽蓄机组抽水、发电功率上限；/>分别表示抽蓄机组在t时段(发电、抽水状态)启停状态的0-1变量；/>表示抽蓄机组在t时段，1表示发电，否则为0；/>表示抽蓄机组在t时段，1表示抽水，否则为0；两者之和小于等于1，表示在同一时刻抽蓄机组只能处于发电或抽水某一种状态；
抽蓄机组抽发状态约束条件，公式为：
式中：分别表示抽水蓄能机组在t时段(发电、抽水状态)启停状态的0-1变量；
抽蓄机组在实际运行中需要满足的日电量平衡约束条件，公式为：
Pt h+ηPt p＝0 (36)
式中：Pt h、Pt p分别表示抽蓄机组在t时段的发电功率和抽水功率；η表示抽水蓄能机组的转换效率；
抽蓄电站库容约束条件，公式为：
式中：Vt ph表示抽蓄电站上水库在t时段的容量；分别表示抽蓄电站上水库最小容量、最大容量；
抽蓄电站水库水量平衡约束条件，公式为：
式中：Vt ph和表示抽蓄电站在t、t+1时段上水库库容；/>表示电站在t时段的平均流量，可以是正值也可以是负值，正值是抽水流量Qp，负值是发电流量Qh；
抽蓄机组最大启停次数约束条件，公式为：
式中：分别表示抽蓄机组在t-1时段启停状态的0-1变量；/>分别表示抽蓄机组在t时段(发电、抽水状态)启停状态的0-1变量；Μph表示总时间段抽蓄机组最大启停次数。
4.根据权利要求2所述的一种考虑需求响应及火电深度调峰的含抽蓄电力系统优化调度方法，其特征在于，所述第2阶段约束条件还包括：风电出力约束条件，公式为：
式中：Pt w表示风电消纳的功率；表示风电机组的最大出力；
节点电压约束条件，公式为：
Umin(i)≤U(i,t)≤Umax(i) (41)
式中：U(i,t)表示t时段节点i的电压幅值；Umin(i)、Umax(i)分别表示节点i允许的电压幅值最小、最大值；
支路电流约束条件，公式为：
Imin(i,j)≤I(i,j,t)≤Imax(i,j) (42)
式中：I(i,j,t)表示t时段节点i流向节点j的电流；Imin(i,j)、Imax(i,j)分别表示t时段支路ij上允许流过的最小、最大电流。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118523424A (zh) * 2024-07-25 2024-08-20 河海大学 考虑新能源外送出力的优化调度方法、装置、设备及介质

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