[发明专利]一种热电联产系统中的电热解耦系统及其控制方法

摘要

一种热电联产系统中的电热解耦系统，包括燃气发电机、热电机组、风力发电装置、储热装置、电热转换装置、电负荷和热负荷。燃气发电机与电负荷连接；风力发电装置和热电机组均经电热转换装置与储热装置连接；热电机组分别连接至电负荷、热负荷和储热装置；储热装置与热负荷连接。方法包括确定热电负荷的需求量、购入的风电单价、燃料单价、售电价和售热价；确定单位燃料产生的电量和热量及单位电量通过电热转换产生的热量；求解出热电机组、储热装置、燃气发电机的功率，风力发电装置与储热装置、热电机组与储热装置的交互功率；若热电负荷出现波动，由储热装置和燃气发电机做调节。本发明解耦了以热定电运行方式，并解决风电消纳的问题。

主权项

1.一种热电联产系统中的电热解耦系统的控制方法，所述热电联产系统中的电热解耦系统，包括燃气发电机、热电机组、风力发电装置、储热装置、电热转换装置、电负荷和热负荷；所述的电负荷，包括照明设施、家用电器及工业用电设备；所述的热负荷，包括工业用热设备和民用取暖设备；所述的燃气发电机，经供电网络与电负荷直接相连接；所述的风力发电装置，通过电热转换装置经热管与储热装置相连接；所述的热电机组，经供电网络连接至电负荷，经热网连接至热负荷，经热管连接至储热装置；所述的热电机组，经供电网络与电热转换装置相连接，电热转换装置经热管与储热装置相连接；所述的储热装置，经热网与热负荷直接相连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：确定热负荷的需求量、电负荷的需求量、购入的风电单价、热电机组的燃料单价和燃气发电机的燃料单价、售热价和售电价；步骤2：确定热电机组单位燃料产生的电量和热量、燃气发电机单位燃气产生的电量及单位电量通过电热转换产生的热量；步骤3：依据热负荷的需求量和电负荷的需求量，通过粒子群算法求解出热电机组的发电功率和供热功率，储热装置的供热功率，燃气发电机的发电功率，以及风力发电装置与储热装置的交互功率和热电机组与储热装置的交互功率，使热电联产系统在满足供需平衡的同时，实现了热电解耦；步骤4：经步骤3后热电联产系统达到平衡，若热负荷和电负荷出现波动，由储热装置和燃气发电机做调节，调节成本不超过热电厂设定的范围；所述的步骤3中的粒子群算法中的适应度值，是指以热电联产系统运行成本为目标函数的函数值；在建立目标函数时，热电联产系统运行成本C_S在单位时间t内所用成本表达式如下式所示：C_S＝∑C_b+∑C_q+C_r+C_c.r‑C_sell.d‑C_sell.h其中，C_b为单台背压式机组在单位时间t内的运行成本，C_q为单台凝汽式机组在单位时间t内的运行成本，C_r为燃气发电机在单位时间t内发出电功率的成本，C_c.r为单位时间t内储热装置向热负荷供热的供热成本，单位时间t内储热装置向热负荷供热的供热成本，C_sell.d、C_sell.h分别为单位时间t内出售电能和热能的收益；单台背压式机组在单位时间t内的运行成本C_b由燃料成本C_fuel.b和单台背压式机组启停成本C_qt.b构成，其表达式为：C_b＝C_fuel.b+C_qt.b单位时间t内燃料成本表示为热电机组的发出功率的二次形式，其表达式为：C_fuel.b＝[a_m(P_b)²+b_mP_b+c_m]C_fuel.d上式中，a_m、b_m、c_m为背压式机组m的燃煤系数，P_b为背压式机组在单位时间t内的发电功率，C_fuel.d为单位燃煤量的成本；背压式机组的发电功率与供热功率呈现线性耦合关系，其表达式为：h_b＝k₁P_b+k₂上式中，k₁、k₂为耦合系数，h_b为单位时间t内背压式机组的供热功率，P_b为背压式机组在单位时间t内的发电功率；凝汽式机组运行成本表达式为：C_q＝C_fuel.q+C_qt.q式中，C_fuel.q为单凝汽式机组的燃料成本，C_qt.q为单凝汽式机组启停成本；单凝汽式机组的新汽量_D可由单凝汽式机组的发电功率P_q和单凝汽式机组的抽汽量D₁表示为：D＝d₁D₁+d₂P_q式中，d₁、d₂为拟合系数；C_fuel.q＝[q₁D²+q₂PD+q₃P²+q₄D+q₅P+q₆]C_fuel.d式中，q₁、q₂、q₃、q₄、q₅、q₆为燃煤系数；将凝汽式机组热电关系和背压式机组的热电关系视为相同，其表达式为：h_q＝k₁P_q+k₂式中，h_q为单位时间_t内凝汽式机组的发热功率，k₁、k₂为耦合系数，P_q为凝汽式机组的发电功率；燃气发电机在单位时间t内发出电功率的成本：C_r＝C_fuel.r+C_qt.r上式中，C_fuel.r为单位时间_t内燃气发电机的燃料成本；C_qt.r为燃气发电机启停成本；C_ng为天然气的单位价格；V_r为单位时间t内燃气发电机消耗的天然气量；P_r为单位时间t内燃气发电机输出的电功率；η_r为燃气发电机的发电效率；_L为天然气低位热值；单位时间t内储热装置向热负荷供热的供热成本：C_c.r＝η_cP_fC_f.d上式中，η_c为储热装置的热电转换的效率；P_f为单位时间_t内储热装置从风力发电装置获取的电功率；C_f.d为风电并网后从电网获取风电的单价成本。