[发明专利]一种基于场景划分的电热综合系统弃风消纳协调调度模型

摘要

本发明涉及一种基于场景划分的电热综合系统弃风消纳协调调度模型，是针对中国北方地区冬季供暖期热电联产机组热电耦合约束导致的弃风问题而提出来的，其特点是利用场景划分的方法处理热电联产机组的电热关联约束，采用含精英策略遗传算法(EGA)与内点法(IPM)相结合的方法对调度模型进行求解，分析电锅炉供热比例与包含弃风成本和运行费用在内的系统总调度成本的关系，对比储热装置不同工作方式以及含储热热电联产与电锅炉系统调供热时的经济性，具有最大程度消纳弃风同时取得最佳经济性等优点，为电网调度部门制定日前调度计划提供依据。

主权项

一种基于场景划分的电热综合系统弃风消纳协调调度模型，其特征是，利用场景划分的方法处理热电联产机组的电热关联约束，采用分场景EGA‑IPM法进行电热联合经济调度，外层采用EGA确定储热装置最佳工作计划，设置各个时段的储、放热功率，内层采用分场景Hessian矩阵内点法得到最佳电热联合调度计划，具体包括以下步骤：1)电热综合系统结构确立电热综合系统由风电场群、常规火电机组、含储热热电联产机组和电锅炉组成，储热装置设置在热电联产机组侧以解耦电热耦合约束，增加其出力的灵活性；电锅炉设置在电负荷侧，在弃风时接入供热以消纳弃风；2)弃风消纳协调调度模型优化目标的建立电热联合经济调度通常以系统发电成本最小为调度目标，为检验储热装置及电锅炉消纳弃风功率的效果，在成本中加入弃风成本，故模型的目标函数包含机组运行成本和弃风成本两部分如式(1)‑式(3)所示：Cost＝Costopr+Costwcur   (1)Costopr=Σi=1m+n(aiPi2+biPi+ci)+Σi=n+1m+n[di(PiH)2+eiPiH+fi·Pi·PiH]---(2)]]>Costwcur=ϵ·(Σi=1m+nPi+Σw=1kPw-PL)---(3)]]>其中：m为热电联产机组总台数；n为常规火电机组总台数；ai,bi,ci,di,ei,fi为热电联产机组运行成本系数；Pi为第i台机组的电出力；为第i台热电联产机组的热出力；ε为弃风成本系数；k为风电场个数；Pw为第w个风电场的出力；PL为系统总负荷；当使用内点法对上述目标进行优化时，参照内点法求解非线性规划的一般形式，按照弃风发生与否，不包含常数项的内点法优化目标分别为：无弃风时的优化目标：minCost=12xTH0x+g0Tx---(4)]]>x=[x1,x2,...xm+n,xm+n+1,...x2m+n]T=[P1,P2,...Pm+n,Pn+1H,Pm+nH]T---(5)]]>g0＝[b1,b2,bn,bn+1,…bm+n,en+1,…em+n]T     (7)有弃风时的优化目标：minCost=12xTH0x+g1Tx---(8)]]>g1＝[b1+ε,…bn+ε,bn+1+ε,…,bm+n+ε,en+1,…em+n]T   (9)由于电锅炉仅在弃风时刻接入系统消纳弃风，故不单独设置变量，但须在弃风时刻找到电锅炉接入供热比例与总调度成本之间的关系，以确定电锅炉在弃风时刻的最佳供热量；3)弃风消纳协调调度模型运行约束条件分析及求解含储热与电锅炉电热综合系统的弃风消纳调度模型的约束条件包含不依赖场景的约束和依赖场景的约束两大部分；不依赖场景的约束：电负荷平衡约束：Σi=1n+mPi,t+Σw=1kPw,t-LE,t-PEB,t-Pwcur,t=0---(10)]]>其中：Pi,t表示第i台常规火电或热电联产机组t时刻的发电功率；Pw,t表示第w台风电机组t时刻的预测出力；PEB,t表示t时刻接入电锅炉供热所消耗的电功率；Pwcur,t表示t时刻的弃风功率；LE,t表示系统t时刻的电负荷；机组出力约束：Pi,min≤Pi,t≤Pi,max  (11)其中：Pi,min表示常规火电或热电联产机组t时刻的最小发电功率；Pi,max表示常规火电或热电联产机组t时刻的最大发电功率；常规火电机组爬坡约束：‑Pd,i≤Pi,t‑Pi,t‑1≤Pu,i  (12)其中：Pd,i表示第i台常规火电机组向上的爬坡率，Pu,i表示第i台常规火电机组向下的爬坡率；Pi,t表示第i台常规火电机组t时刻的发电功率；供热平衡约束：Σi=1mPi,tH+PEB,tH+Σi=1qPi,tTS=LH,t---(13)]]>其中：PH i,t为第i台热电联产机组t时刻的供热功率；PEB,t为t时刻电锅炉供热功率；η为电锅炉电热转换效率，取0.99；PTS i,t为第i台储热装置t时刻的热出力，该热出力正值为供热，负值为储热；LH,t为系统t时刻的热负荷；出于可持续运行的考虑，储热装置运行时需满足调度周期蓄热容量不变的约束，即一个调度周期后储热装置的蓄热量需保持给定初值，因此其需要满足的所有运行约束包括储、放热功率约束、容量上限约束和周期容量不变约束：Sit-Sit-1=Pcr.it≤Ph.cmaxi;Sit-1-Sit=Pcr.it≤Ph.fmaxi;Sit≤Si.max;Σt=1TPj,tTS=0,(j=1,2,...q);---(14)]]>其中：St i为第i台储热装置在t时刻的储热量；Pi h.cmax为第i台储热装置的最大储热功率，Pi h.fmax为第i台储热装置的最大放热功率；Si.max为第i台储热装置的蓄热容量；Pt cr.i为第i台储热装置在t时刻的储、放热功率；q为储热装置的总数量；依赖场景的约束：由于根据热电联产机组的电热特性划分了若干场景，而热电联产机组的爬坡约束为归算到纯凝工况下的爬坡约束，故不同场景下的爬坡约束公式将不同，以下分别给出两台热电联产机组的分场景爬坡约束公式：对于场景1和场景2下的爬坡约束如式(15)所示：Pgxx≤Pg≤PgsxPg=PePgxx=Pg,t-1-Pd,chpPgsx=Pg,t-1+Pu,chp---(15)]]>其中：Pg为出力归算值；Pe为任意电出力；Pgxx为热电联产机组出力归算值的下限；Pgsx为热电联产机组出力归算值的上限；Pu,chp、Pd,chp分别为热电联产机组的向上和向下爬坡速率；Pg,t‑1为前一个时段热电联产机组出力的归算值；对于场景3下的爬坡约束如式(16)所示：Pgxx≤Pg≤PgsxPg=(Pe-Pg1)·(Pg0-Pmin0)(Pg0-Pg1)+Pmin0Pgxx=Pg,t-1-Pd,chpPgsx=Pg,t-1+Pu,chpPg1=-Cv2PH+δ2Pg0=Cv3PH+δ3---(16)]]>对于场景4和场景5下爬坡约束如式(17)所示：Pgxx≤Pg≤PgsxPg=Pe(δ1-δ2)+PH(δ1Cv2-δ2Cv1)(Cv2-Cv1)·PH+δ1-δ2Pgxx=Pg,t-1-Pd,chpPgsx=Pg,t-1+Pu,chp---(17)]]>其中：Pg1、Pg0为典型运行点的出力归算值；Pmin0为热电联产机组不供热时的最小电出力；PH为任意热出力；Cv1、Cv2、Cv3为热电联产机组的固定参数，值分别为0.151、0.068及4.958；δ1、δ2、δ3为热电联产机组固定参数，值分别为130.698、45.076及‑34.825；爬坡约束自求解第2个时刻起加入模型求解，每个时刻基于前一个时刻求得的最优结果以及不同场景下的爬坡约束公式，确定该时刻特定场景下的热电联产机组爬坡范围；采用分场景内点法进行电热联合经济调度的特点是具有时序性，而在每个单独时段，储热装置放热将引起热电联产机组等效总供热负荷的减少从而导致其耦合电出力下限的降低，进而引起弃风时段风电上网增加，而非弃风时段系统中经济性更好的机组承担更多负荷，均有利于减少总调度负荷，然而，这与储热装置周期性蓄热量不变约束相矛盾，储热时段将无法确定，为解决该问题，外层采用EGA确定储热装置最佳工作计划，进而得到热电联产机组的等效总供热负荷，随后在内层采用分场景Hessian矩阵内点法得到最佳电热联合调度计划及外层种群的适应度，最后按照EGA的惯用流程迭代寻优。