一种考虑机组启停的电热联合调度方法与流程

1.本发明涉及电力系统与热力系统联合调度技术领域，具体为一种提升区域电网风电消纳能力的电
‑
热联合调度方法。


背景技术：

2.随着国民经济的快速发展，我国用电需求量逐年攀升，以煤炭为主的化石燃料的过度消耗使得其面临枯竭的问题。在此背景下，我国大力发展新型清洁能源，风能等新能源发电的并网规模及装机容量逐年增大。然而随着风电产业的迅猛发展，弃风问题也变得愈发严峻。为了满足冬季供暖需求，热电联产机组“以热定电”的运行方式进一步降低火电的调节能力，使得弃风问题更加严重。因此解决“三北地区”大量弃风问题已经刻不容缓。
3.同时，在机组运行过程中，火电机组或热电机组可能因辅机损坏等原因停机检修。并且火电机组的故障退出会影响电网潮流分布、热电机组的故障退出更是会改变电网潮流分布与热网节点温度，进而引起系统弃风的变化。因此考虑热电机组与火电机组启停的电热联合系统优化调度模型是一个值得研究的课题，本专利在此背景下建立一种考虑机组启停的调度模型，模型中充分考虑电热负荷损失罚没成本、风电罚没成本与火电机组及热电机组的启停成本，通过模型的调度可在保证系统经济性的同时最大限度的消纳弃风。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有考虑机组启停状态的电热联合调度，不能保证系统的经济性，也不能充分消纳电热联合系统的弃风问题，提出了一种考虑机组启停的电热联合调度方法。
5.一种考虑机组启停的电热联合调度方法，所述方法包括以下步骤：
6.步骤1、设定热网运行参数、电网运行参数、机组参数、电热负荷参数、电热负荷损失罚没成本、风电罚没成本和火电机组及热电机组的启停成本；
7.步骤2、根据步骤1设定的热网运行参数、电网运行参数、机组参数、电热负荷参数、电热负荷损失罚没成本、风电罚没成本和火电机组及热电机组的启停成本，建立考虑热电机组与火电机组启停的电热联合系统优化调度模型；
8.步骤3、采用非线性规划求解器，求解考虑热电机组与火电机组启停的电热联合系统优化调度模型，得到火电机组、热电机组以及风电机组在各调度时段内的出力，实现考虑机组启停的电热联合调度。
9.优选地，热网运行参数包括热网管道水流量参数和热网拓扑结构；
10.电网运行参数包括线路传输功率上下限和电网拓扑结构；
11.机组参数包括风电预测功率、热电机组电热出力上下限、火电机组电出力上下限、热电机组与火电机组耗量特性拟合参数、爬坡功率、滑坡功率、启停状态；
12.电热负荷参数包括电负荷数据与热负荷数据。
13.优选地，步骤2中，考虑热电机组与火电机组启停的电热联合系统优化调度模型包
括目标函数和约束条件，
14.目标函数，表示为：
[0015][0016]
式中，各变量下标的第一个字符t表示第t个调度时段，t为时段总数；c为系统总成本；r、h、v、n分别为热电厂数、火电厂数、风电机组数量、电负荷节点数；n
r
、n
h
、l
r
分别为第r座热电厂热电机组数量、第h座火电厂火电机组数量、第r座热电厂所带换热站数量；分别为第r座热电厂第i台热电机组的煤耗量、第h座火电厂第i台火电机组的煤耗量；分别为第r座热电厂第l个换热站所带热负荷的热损失功率、第n个电负荷节点的电损失功率；u
t,r,i
、u
t,h,i
分别表示第r座热电厂第i台热电机组的启停状态、第h座热电厂第i台纯凝火电机组的启停状态；为第i座风电厂的电功率；为第i座风电厂的风电预测功率；c1、c2、c3、c4、c5分别为煤价、热负荷损失惩罚价格、电负荷损失惩罚价格、风电罚没成本、机组启停成本；
[0017]
第r座热电厂第i台热电机组的煤耗量表示为：
[0018][0019]
式中，e0～e5为热电机组耗量特性拟合参数；为第r座热电厂第i台热电机组的电功率；为第r座热电厂第i台热电机组的热功率；
[0020]
第h座火电厂第i台火电机组的煤耗量表示为：
[0021][0022]
式中，a0、a1、a2均为火电机组耗量特性拟合参数；为第h座火电厂第i台火电机组电功率；
[0023]
机组启停成本表示为：
[0024][0025]
式中，se、sh分别为一个调度时段内启机机组数量和停机机组数量，分别为第i台启机机组的启机成本、第j台停机机组的停机成本。
[0026]
本发明的有益效果是：
[0027]
本技术为了在机组启停状态变化的情况下更好的消纳电热联合系统的弃风，建立考虑热电机组与火电机组启停的电热联合系统优化调度模型，该模型将系统总成本控制在
最小，保证系统经济性；另外，通过该模型能够得到火电机组、热电机组以及风电机组在各调度时段内的出力，提高了机组启停情况下的系统调峰能力，所以促进了电热联合系统的风电消纳能力(消纳了弃风)。
[0028]
本技术相比于现有的电热联合系统调度模型，可进一步的提高风电消纳能力。
附图说明
[0029]
图1为一种考虑机组启停的电热联合调度方法的流程图。
具体实施方式
[0030]
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种考虑机组启停的电热联合调度方法，所述方法包括以下步骤：
[0031]
步骤1、设定热网运行参数、电网运行参数、机组参数、电热负荷参数、电热负荷损失罚没成本、风电罚没成本和火电机组及热电机组的启停成本；
[0032]
步骤2、根据步骤1设定的获取热网运行参数、电网运行参数、机组参数、电热负荷参数、电热负荷损失罚没成本、风电罚没成本和火电机组及热电机组的启停成本，建立考虑热电机组与火电机组启停的电热联合系统优化调度模型；
[0033]
步骤3、采用非线性规划求解器，求解考虑热电机组与火电机组启停的电热联合系统优化调度模型，得到火电机组、热电机组以及风电机组在各调度时段内的出力，确定机组启停的电热联合调度。
[0034]
本实施方式中，调度模型中的机组包括运行机组与备用机组，停机机组为运行机组中因故障检修需要停机的机组，启机机组均为备用机组(故障机组停机检修后起动备用机组)。
[0035]
本技术通过调度模型的求解，获得目标函数中的出力和从而实现考虑机组启停状态下的电热联合调度。
[0036]
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种考虑机组启停的电热联合调度方法进一步限定，在本实施方式中，热网运行参数包括热网管道水流量参数和热网拓扑结构；
[0037]
电网运行参数包括线路传输功率上下限和电网拓扑结构；
[0038]
机组参数包括风电预测功率、热电机组电热出力上下限、火电机组电出力上下限、热电机组与火电机组耗量特性拟合参数、爬坡功率、滑坡功率、启停状态；
[0039]
电热负荷参数包括电负荷数据与热负荷数据。
[0040]
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种考虑机组启停的电热联合调度方法进一步限定，在本实施方式中，步骤2中，考虑热电机组与火电机组启停的电热联合系统优化调度模型包括目标函数和约束条件，
[0041]
目标函数，表示为：
[0042][0043]
式中，各变量下标的第一个字符t表示第t个调度时段，t为时段总数；c为系统总成本；r、h、v、n分别为热电厂数、火电厂数、风电机组数量、电负荷节点数；n
r
、n
h
、l
r
分别为第r座热电厂热电机组数量、第h座火电厂火电机组数量、第r座热电厂所带换热站数量；分别为第r座热电厂第i台热电机组的煤耗量、第h座火电厂第i台火电机组的煤耗量；分别为第r座热电厂第l个换热站所带热负荷的热损失功率、第n个电负荷节点的电损失功率；u
t,r,i
、u
t,h,i
分别表示第r座热电厂第i台热电机组的启停状态、第h座热电厂第i台纯凝火电机组的启停状态；为第i座风电厂的电功率；为第i座风电厂的风电预测功率；c1、c2、c3、c4、c5分别为煤价、热负荷损失惩罚价格、电负荷损失惩罚价格、风电罚没成本、机组启停成本；
[0044]
第r座热电厂第i台热电机组的煤耗量表示为：
[0045][0046]
式中，e0～e5为热电机组耗量特性拟合参数；为第r座热电厂第i台热电机组的电功率；为第r座热电厂第i台热电机组的热功率；
[0047]
第h座火电厂第i台火电机组的煤耗量表示为：
[0048][0049]
式中，a0、a1、a2均为火电机组耗量特性拟合参数；为第h座火电厂第i台火电机组电功率；
[0050]
机组启停成本表示为：
[0051][0052]
式中，se、sh分别为一个调度时段内启机机组数量和停机机组数量，分别为第i台启机机组的启机成本、第j台停机机组的停机成本。
[0053]
本实施方式中，本技术建立的模型中考虑了电热负荷损失罚没成本、风电罚没成本与火电机组及热电机组的启停成本，并以电热联合系统总煤耗量最小为优化目标函数，综合考虑电力系统常规约束、热力系统常规约束及机组启停约束。
[0054]
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种考虑机组启停的电热联合调度方法进一步限定，在本实施方式中，约束条件包括一级热网运行约束、热网特性
约束、电力系统常规约束和机组启停约束。
[0055]
本实施方式中，本技术忽略二级热网的热网特性，将换热站节点视为模型中的热负荷节点，并将每个换热站下每位热用户的热负荷功率直接求和得到每个热负荷节点的热功率。
[0056]
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种考虑机组启停的电热联合调度方法进一步限定，在本实施方式中，一级热网运行约束包括热源约束和热功率平衡约束；
[0057]
热源约束表示为：
[0058][0059]
式中，为第r座热电厂第i台热电机组的热功率；n
r
为第r座热电厂热电机组数量；m
p
为第r座热电厂所带一级热网管道数；c
p
为水的比热容；m
t,r,p
为第r座热电厂所带热网中第p条供热管道的流量；分别为第r座热电厂所带热网中第p条供热管道首端节点处供水温度、回水温度；u
t,r,i
表示第r座热电厂第i台热电机组的启停状态；
[0060]
热功率平衡约束表示为：
[0061][0062]
式中，为t τ
r,l
时刻第r座热电厂所带第l个换热站的热负荷功率；δq
t,r,p
为第r座热电厂所带热网中第p条热网管道的热量损耗；l
r
为第r座热电厂所带换热站数量；τ
r,l
为第r座热电厂的热量到达第l个换热站的传输延迟时间；l
r
为第r座热电厂所带换热站数量。
[0063]
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种考虑机组启停的电热联合调度方法进一步限定，在本实施方式中，热网特性约束包括热网衰减热性、热网延时特性和热网管道水温约束，
[0064]
热网衰减热性表示为：
[0065][0066]
式中，δq
k
为管道k的热量损耗；λ为管道保温层的导热系数；t
k
为管道k中热水的平均温度；t0为土壤温度；d
k
为管道k外径；d
k
为管道k内径；l
k
为管道k长度；
[0067][0068]
式中，为t时刻管道首端节点温度；为经管道延时后的t t
k
′
时刻管道末端节点温度；t
k
′
为实际延时t
k
对调度间隔进行四舍五入得到的传输延迟时间；t
a
为管道外的环境温度；λ为管道单位长度的热转换系数；m
k
为管道k流量，c
p
为水的比热容。
[0069]
热网延时特性表示为：
[0070][0071]
式中，ρ为水的密度；
[0072]
热网管道水温约束表示为：
[0073][0074]
式中，t
t,k
为t时刻管道k热水的平均温度；分别为管道k热水温度上、下限。
[0075]
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种考虑机组启停的电热联合调度方法进一步限定，在本实施方式中，电力系统常规约束包括有功功率平衡约束、火电机组出力约束、热电机组出力约束、风电机组出力约束、线路传输功率约束和机组爬、滑坡约束；
[0076]
有功功率平衡约束表示为：
[0077][0078]
式中，为第r座热电厂第i台热电机组的电功率；为第h座火电厂第i台火电机组的电功率；为第n个负荷节点的电负荷功率；n为电负荷节点数，r、h、v、n分别为热电厂数、火电厂数、风电机组数量、电负荷节点数；n
r
、n
h
分别为第r座热电厂热电机组数量、第h座火电厂火电机组数量，u
t,r,i
、u
t,h,i
分别表示第r座热电厂第i台热电机组的启停状态、第h座热电厂第i台纯凝火电机组的启停状态；为第i座风电厂的电功率；
[0079]
火电机组出力约束表示为：
[0080][0081]
式中，为第h座火电厂第i台火电机组电功率上、下限；
[0082]
热电机组出力约束表示为：
[0083][0084][0085][0086][0087]
式中，d
t,r,i
为第r座热电厂第i台热电机组的供热抽汽速率；为第r座热电厂第i台热电机组供热抽汽速率上、下限；为第r座热电厂第i台热电机组电功率上、下限；b
l
、b
h
为背压工况与最大凝气工况下热电机组的电热比；δh为蒸汽焓降，为第r座热电厂第i台热电机组的热功率；
[0088]
风电机组出力约束表示为：
[0089][0090]
线路传输功率约束表示为：
[0091][0092]
式中，为第i条输电线路的传输功率；p
il,max
、p
il,min
分别为第i条输电线路的传输功率上、下限；
[0093]
机组爬、滑坡约束表示为：
[0094][0095][0096][0097][0098]
式中，r
up
、r
down
分别表示机组的爬坡、滑坡功率，s
up
、s
down
分别表示机组的启机爬坡、停机滑坡功率，为t
‑
1时刻第r座热电厂第i台热电机组的电功率，为t 1时刻第r座热电厂第i台热电机组的电功率，u
t
‑
1,r,i
为t
‑
1时刻第r座热电厂第i台热电机组的启停状态，u
t 1,r,i
为t 1时刻第r座热电厂第i台热电机组的启停状态；u
t 1,h,i
为t 1时刻第h座热电厂第i台纯凝火电机组的启停状态，u
t
‑
1,h,i
为t
‑
1时刻第h座热电厂第i台纯凝火电机组的启停状态，为t
‑
1时刻第h座火电厂第i台火电机组电功率。
[0099]
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种考虑机组启停的电热联合调度方法进一步限定，在本实施方式中，机组启停约束表示为：
[0100][0101]
式中，分别为第r座热电厂备用机组数量、第h座火电厂备用机组数量，r、h、分别为热电厂数、火电厂数；n
r
、n
h
分别为第r座热电厂热电机组数量、第h座火电厂火电机组数量，u
t,r,i
、u
t,h,i
分别表示第r座热电厂第i台热电机组的启停状态、第h座热电厂第i台纯凝火电机组的启停状态。
[0102]
本实施方式中，由于故障机组停机后备用机组才能启机，且故障机组停机后通常只启动一台备用机组，因此任一调度时段运行机组的数量不超过故障前运行机组的数量。