[发明专利]一种考虑换热延时特性的电热联合系统及其调度方法

说明书

本发明公开了一种考虑换热延时特性的电热联合系统及其调度方法，方法包括：建立换热延时模型；根据换热延时模型建立考虑换热延时特性的电热联合系统优化调度模型；对电热联合系统优化调度模型进行拟合处理，降低调度模型中热传递约束的非线性程度；根据拟合后的热传递约束求解电热联合系统优化调度模型并获得调度结果。调度模型中目标函数以系统煤耗量最小为目标，目标函数的约束条件包括换热过程约束和系统运行约束；换热过程约束包括热传递过程约束和换热延时约束。本发明考虑了热传递过程和换热延时，对热量储存、释放、传递过程的分析更加精确。对影响换热延时的不同因素进行了敏感度分析，为运行人员在调度中选择合适参数提供了参考。

技术领域

本发明属于电热联合系统优化调度领域，更具体地，涉及一种考虑换热延时特性的电热联合系统及其调度方法。

背景技术

综合能源系统是增强电力系统灵活性的最有效措施之一。热电联产机组是综合能源系统中最常见的电热耦合元件。然而，其电出力和热出力的强耦合关系导致缺乏运行灵活性。因此，提升热电联产机组的调节能力和灵活性已成为当前研究的热点。

为了减少弃风、促进风电消纳，已有研究在提升电热联产机组的调节能力方面开展了不少工作。解耦热电机组“以热定电”的耦合约束、扩展机组的调度空间是打破热电牵制的突破口。目前常用的解耦方式有两种。一种是通过加装热电锅炉、热泵等热源共同承担热负荷需求，为风电上网提供消纳空间。另一种是配置储热装置等能量存储设备，本质上实现热负荷热量需求的迁移，不改变机组供给的总热量大小。

在现有的电热联合系统优化调度技术中，中国专利文献CN 110401217A中公开了一种考虑风电-储热机组-电锅炉联合运行的优化调度方法。以系统综合成本最小为目标，构建风电-储热机组-电锅炉联合运行优化模型，并配置储热机组和电锅炉的容量；以系统运行的总成本最低为目标，进行系统各装置的出力配置。该方法在有弃风时，增强储热和电锅炉的出力；在谷风时，减弱储热和电锅炉的出力以提升对风电的消纳能力。并且该发明将环境惩罚成本加入模型中，改进了火电，热电机组运行成本的描述方法，使调度模型更加接近实际情况。但是，该研究未考虑热力系统中的热传递过程。在实际应用中，热传递约束是热力系统分析中最重要的约束之一，会根据实际系统运行影响热量存储、释放、传递速率。

安装储热装置的措施已被广泛接受，含储热装置的热电联产综合调度问题成为了不少研究者的研究课题。文献“热特性对含储热电热联供系统的综合调度影响”构建了兼顾储热、传热、漏热过程在内的含储热电热联供系统的整体能量流模型，分析了储热装置热特性对运行成本和风电消纳的影响，可为制定含储热电热联供系统的综合调度方案提供依据。文献“A General Model for Thermal Energy Storage in Combined Heat and PowerDispatch Considering Heat Transfer Constraints”基于火积耗散热阻在考虑热传递过程的基础上对电热联产机组、潜热储热和显热储热进行了精细化建模，提出了一种迭代的方法求解非线性规划问题，仿真结果表明考虑详细热特性有利于充分利用储热装置提供的灵活性，进而论证了考虑详细热传递过程的必要性。然而，上述的两篇文献在电热联合系统优化调度的问题中考虑了热传递过程但并未对换热延时进行研究。

综上，目前电热联合系统调度的研究多集中于调度策略的改进、加装热源或储热装置消纳可再生能源、如何考虑热网约束等。较少有文献对电热系统的元件进行精细化建模，忽略了不同元件的响应速度及热传递过程延时对系统调度的影响。对换热器中存在的换热延迟进行研究是十分有必要的。换热的实现需要经过对应的流体流经管道的时间，特别是对于换热过程较为频繁的热源。这种传输延迟在一定程度上导致了电力系统与热力系统的时间尺度不一致，与电力元件相比，热力元件响应调度指令需要一定的时间。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种考虑换热延时特性的电热联合系统调度方法，旨在解决现有技术中未考虑元件自身特性、换热延时特性且调度模型不够精确导致计算结果不准确且与实际情况之间存在很大差距的问题。