一种含分布式电热泵的热电联合系统优化调度模型构建方法与流程

1.本发明涉及热电联产机组运行、电热泵制热、风电消纳的技术领域，更具体地，尤其是考虑热力系统热惯性以及电热泵辅助供热时热电联合系统的优化调度模型的建立。


背景技术：

2.我国的风电装机容量主要分布在北方地区，同时北方地区的弃风问题也最严重。在我国北方地区的电源系统中，大型燃煤热电联产机组占据主要地位，由于这些机组运行在“以热定电”的工作模式，无法灵活调节电出力，削弱了电力系统的整体调峰能力，导致弃风问题严重。根据现有的研究成果，构建热电联合系统被认为是打破电力系统调峰瓶颈的有效方法。一方面，热力系统具有较大的热惯性，可以将热力网络等效视为储热单元；另一方面，在热力系统中装设电热泵，可以辅助热电联产机组进行供热。这两方面都可以减轻热电联产机组的供热压力，使得热电联产机组可以更灵活地调节电出力，由此提高电力系统的整体调峰能力、促进风电消纳。
3.为了在热电联合系统的优化调度中切实利用热力系统的储能特性，关键在于建立合理的热力系统模型：既要保留热网和建筑的储能特性，还要尽量简化模型的复杂度，以便构建简洁清晰的热电联合系统优化调度模型。在传统的热力系统模型中，通常将一级热网、二级热网的每个管段及节点处的热媒流量和温度变量均包含在内，建模过程偏于复杂，中间变量众多，并不适合应用于热电联合系统的调度建模。此外，电热泵的加入也增加了建模的复杂性，需要重新构建热力网络源端和负荷端的供需平衡关系。
4.事实上，影响热力系统储能特性的关键因素表现为热力管网内热媒的传输延时、传输损耗、热媒的动态温度变化，以及采暖建筑的室内温度变化。因此，需要对热力管网建模的中间过程进行适当简化，建立一种热力系统的源荷直联模型，直接表达出热源端供热量与负荷端采暖需求量的动态数学关系。这种简洁的热力网络模型更便于嵌入电力系统的调度模型中，最终构建热电联合系统的优化调度模型。
5.发明的内容
6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明要解决的是现有技术中传统的热力系统模型中，建模过程偏于复杂，中间变量众多，并不适合应用于热电联合系统的调度建模。此外，电热泵的加入也增加了建模的复杂性，需要重新构建热力网络源端和负荷端的供需平衡关系的问题。
7.本发明的技术方案为：一种含分布式电热泵的热电联合系统优化调度模型构建方法，包括如下步骤：
8.步骤1：将每个一级热力站下的采暖区域均视为一个热力站节点处的热负荷，得到热力网络简化拓扑结构；建立考虑热媒传输延时、热媒动态温度和热力负荷的源荷直联模型；
9.步骤2：计算无电热泵时的热源端供水温温度及考虑到传输延时下的各负荷节点处的热媒温度变化程度与源端出口处的温度变化；假设各热力站处分散的电热泵能源转换
效率相同，将热力网络传输延时考虑在内，建立电热泵的运行功率控制模型；
10.步骤3：以使系统整体的运行成本最小为目标，并考虑电热耦合约束条件，建立热电联合系统的优化调度模型。
11.进一步的，所述步骤1中，得到热力网络简化拓扑结构的具体方法为：
12.在枝状拓扑结构的热力网络中，每个一级热力站下的采暖区域均视为一个热力站节点处的热负荷，以h
m
(m＝1,...,m)表示，m为节点总数；供水和回水管网均并列敷设在地下，将每一小段供水、回水管网记为 (n＝1,...,2m)，供水、回水管网中的节点分别由字母s和r表示(以上标形式区别)，得到热力网络简化拓扑结构。
13.进一步的，所述步骤1中考虑热媒传输延时的方法为：
14.由于一级管网内管道长度可达几千米，热媒从热源处换热之后再传输到各个负荷节点处需要花费一段时间，这一传输延时可达到电力系统调度时段的几倍长；传输延时由管道长度和截面积决定：
[0015][0016]
式中，ρ
w
为水的密度；和分别为对应管道的长度和截面；为传输延时；为管道内热媒的质量流量,m为正整数。
[0017]
并排成对敷设的供水管道和回水管道具有相同的设计参数，也即每对供、回水管道的长度、管径粗细、保温性能等参数相同，因此，成对的管道内质量流量及传输延时相等：
[0018][0019]
式中，和分别是回水管道中的质量流量和传输延时。
[0020]
进一步的，所述步骤1中考虑热媒动态温度的方法为：
[0021]
从热源输出的热量经过管网沿途传输损耗以及用户消耗后会逐渐减少，从而导致热媒温度随着管网延伸而不断降低；温度变化与热量损耗的表达式为：
[0022][0023]
式中，式中，分别是供水管、回水管、第m个热力站输入与输出口的热媒温度差；是与第m个热力站相连的供水管道内的热媒质量流量；c
w
是水的比热容；h
m
是热力站处的等效热负荷；分别为供水、回水管道内的热功率损耗；
[0024]
由于热力网络中节点、管道数目众多，若将每一截管道的温度变化都表示出来将产生许多中间变量，不利于建立简洁的热电联合优化调度模型；事实上，由于质调节模式下管道内损耗基本不变，管道内的温度变化最终是由热负荷水平决定；若能直接表达热负荷
与热源端供回水温度的关系，则可省去中间温度变量的计算过程，实现简化建模；
[0025]
根据基尔霍夫流量定律，从多个管道流入同一节点的热媒总流量等于流出该节点的总流量，流入、流出同一节点的热媒能量相同；对于任意一个混流节点r
2m
(m＝1,...,m)，满足能量守恒关系式：
[0026][0027]
式中，和分别为对应回水管道和中的热媒质量流量；分别为对应回水管道中的热媒损耗；是流出第m个热力站的热媒温度；和分别为第2m和2(m 1)混流节点处流出热媒的温度；因此可推导得到混流节点r
2m
处流出热媒的温度表达式为：
[0028][0029]
考虑到从热源到第m个热力站处的沿途传输损耗，从该热力站处流出的热媒温度表达式为：
[0030][0031]
式中，t
1s
、分别为供水管道中热媒温度、热媒损耗、热媒质量流量；分别为供水管道中热媒损耗、热媒质量流量，为供水管道l
s2m
中的热媒损耗；
[0032]
根据公式(5)
‑
(7)，推导得到：
[0033][0034]
最后得到热源端口回水温度可表示为：
[0035][0036]
再将传输延时代入到公式(9)，最终可得热源处供回水温度与热负荷的动态关系式：
[0037]
[0038]
式中，和分别为t时刻热源处供水、回水温度；α
m
是热媒从热源处传输到第m个热力站处所需的总时间，并对调度时间段δt取整数倍；和为t
‑
2α
m
时刻热源处供水温度、第m个热力站处的热负荷；为 t
‑
α
m
时刻第m个热力站处的热负荷，分别为对应供水管道中的传输延时；是热力管网承受的最大供热温度，round 代表取四舍五入函数。
[0039]
进一步的，所述传输热功率损耗由管道热阻、长度决定，功率损耗可表示为：
[0040][0041]
式中，式中，和分别为供水、回水以及地表土壤的平均温度；γ
s
、γ
r
、γ
soil
和γ
ad
分别为供水管道、回水管道、土壤的热阻和附加热阻；为对应管道的长度；除温度外的其他参数均为固定参数，因此根据平均温度即可预先估算得到每段管道的传输损耗。
[0042]
进一步的，所述步骤1中考虑热力负荷的方法为：将每个换热站节点处的负荷按具有相同热传导系数的建筑处理，同一供热区域室外温度变化相同；根据传热学定律，室内温度的暂态热平衡表达式为：
[0043][0044]
式中，表示t时刻第m个热力站处建筑的室内温度；t
tout
为t时刻室外温度；h
m,t
为t时刻第m个热力站处热负荷；k
m
、a
m
、v
m
分别为建筑热传导系数、建筑表面积、采暖体积；c
air
和ρ
air
分别为空气比热容和密度；
[0045]
由于建筑墙体的保温作用，建筑室内的温度变化十分缓慢，并且可以认为在一个调度时段间隔内室外温度也基本不变，则根据公式(11)的一阶微分方程，可以得到每个时间段内室内温度的稳态表达式：
[0046][0047]
式中，表示t
‑
1时刻第m个热力站处建筑的室内温度；表示t时刻第m个热力站处建筑的室内温度；χ
m
为热力系数；
[0048]
由此可化简得到采暖负荷功率关于室内外温度的关系式：
[0049][0050]
式中，和分别是室内供暖温度的上下限，表示t
‑
1时刻第m个热力站处建筑的室内温度；
[0051]
公式(10)和(13)构成了热力系统的“源荷直联模型”，既保留了热媒从热源端传输到回水末端的温度变化特点以及传输延时特性，又能省去大量的中间节点的温度变量；将热负荷需求大小与源端热水供应温度直接关联，形式上与电力系统中电力负荷与机组电出力直接关联相类似，便于生成简洁清晰的热电联合调度模型。
[0052]
进一步的，所述步骤2具体为：电热泵分散安装在一级换热站处，电热泵的运行并不改变管网流量，仅改变流入负荷侧热媒的温度；无电热泵时，热源端供水温度，满足式：
[0053][0054]
式中，为第i台热电联产机组chp在t时刻的热功率；n1为热电机组台数；
[0055]
在当前t时段的回水温度下，若热电厂减少供热，则热源端出水温度也将降低，各热负荷节点入口处热媒温度也随之降低，且由于管道流量不变，各负荷节点处的热媒温度变化程度与源端出口处的温度变化相同，考虑到传输延时，温度变化满足：
[0056][0057]
式中，分别为热源端、热负荷入口端热媒降低的温度；为热电厂降低的总热功率；
[0058]
为满足采暖需求，热电厂减少的供热量应由电热泵补充，假设各热力站处分散的电热泵能源转换效率相同，将热力网络传输延时考虑在内，应当由电热泵辅助提供的总热功率为：
[0059][0060]
式中，和β
hp
分别为电热泵总运行功率和转换效率；为t α
m
时刻第 m个热负荷处电热泵运行功率；
[0061]
热源端减少供热会使每个热力负荷处供水温度降低则该处的电热泵供热应满足条件：
[0062][0063]
结合公式(15)～(17)，可得每个热力站处电热泵的供热功率应满足下面的条件：
[0064][0065]
式中，是与第m个热力站相连的供水管道内的热媒质量流量，为第m个热负荷侧安装的电热泵功率容量。
[0066]
进一步的，所述以使系统整体的运行成本最小为目标，并考虑电热耦合约束条件，建立热电联合系统的优化调度模型的方法为：
[0067]
热电联合系统中供电机组为热电联产机组、纯凝火电机组、风电机组、以及其他调峰机组；电力系统和热力系统的交互通过热电联产机组实现，且热电联产机组以供热为优先，其次再为电力系统提供调峰服务；热电联合系统优化调度的目标是使系统整体的运行成本最小，由于风电机组、水电机组运行成本很低，因此这里的运行成本包括燃煤机组的煤耗成本，另外，为了尽可能多消纳风电，将弃风以罚函数形式加入到成本中；建立的目标函数如下：
[0068][0069]
式中，c
coal
为总煤耗；为热电机组、纯凝火电机组的煤耗；为弃风罚函数；分别为t时刻热电联产机组和纯凝机组输出的电功率；是热电机组煤耗系数；是热电机组煤耗系数；为纯凝机组煤耗系数；n2为纯凝机组台数；分别为生产的风电及消纳的风电；ε
w
为罚函数系数；nt是调度周期内最后一个调度时段，为第i台热电机组在t时刻的热功率。
[0070]
进一步的，所述步骤3中电热耦合约束条件包括：
[0071]
(1)电功率平衡约束
[0072][0073]
式中，上标chp、con、oth、wf分别表示热电联产机组、纯凝火电机组、其他类型机
组、风电机组；p
toth
为t时刻其他类型机组的总电出力；pe
t
为电负荷功率；
[0074]
(2)热功率平衡约束
[0075][0076]
式中，ph
t
为热负荷功率，和分别为t α
m
时刻第m个热力站处热负荷和电热泵运行功率；
[0077]
(3)机组出力上下限约束
[0078][0079]
式中，分别是热电机组在t时段输出的热功率、最大热功率；分别是热电机组在t时段输出的热功率、最大热功率；分别是第i台热电机组电出力的上下限；分别是第j台纯凝机组电出力的上下限；分别是其他类型机组电出力的上下限； a
i
、b
i
、c
i
、是热电机组的运行特性参数；
[0080]
(4)机组爬坡约束
[0081][0082]
式中，u
chp
、d
chp
分别为热电机组的爬坡功率上下限；u
con
、d
con
分别为纯凝机组的爬坡功率上下限；u
oth
、d
oth
分别为其他类型机组的爬坡功率上下限；分别为第i台热电机组、纯凝机组、其他类型机组在 t 1时刻的电功率；为第i台热电机组在t
‑
1时刻的热功率，β
hp
分别为电热泵转换效率；
[0083]
(5)供回水温度约束
[0084][0085]
为时刻t
‑
α
m
第m个热负荷处电热泵运行功率。
[0086]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0087]
1.本发明的分布式电热泵的热电联合系统优化调度模型构建方法，既保留了热媒从热源端传输到回水末端的温度变化特点以及传输延时特性，又能省去大量的中间节点的温度变量。将热负荷需求大小与源端热水供应温度直接关联，形式上与电力系统中电力负荷与机组电出力直接关联相类似，生成了简洁清晰的热电联合调度模型；
[0088]
2.本发明的分布式电热泵的热电联合系统优化调度模型构建方法，对热力管网建模的中间过程进行适当简化，重点考虑热力网络的热惯性、电热泵的运行特性，建立一种热力系统的源荷直联模型，直接表达出热源端供热量与负荷端采暖需求量的动态数学关系。这种简洁的热力网络模型更便于嵌入电力系统的调度模型中。
附图说明
[0089]
图1是本发明较佳实施例的简化的热力管网结构图；
[0090]
图2是本发明较佳实施例的简化的热电联合系统拓扑结构图；
[0091]
图3是本发明较佳实施例的加装电热泵前后风电消纳曲线对比图；
[0092]
图4是本发明较佳实施例的电热泵运行功率柱状图；
[0093]
图5是本发明较佳实施例加装电热泵前后热电机组热出力变化曲线图；
[0094]
图6是本发明较佳实施例加装电热泵前后供回水温度变化曲线图；
[0095]
图7是本发明较佳实施例加装电热泵前后热电机组以及纯凝火电机组电出力对比曲线图。
具体实施方式
[0096]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明的，并不用于限定本发明的。此外，下面所描述的本发明的各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0097]
本发明涉及一种含分布式电热泵的热电联合系统优化调度模型构建方法，具体包括如下步骤：
[0098]
步骤1：建立热力系统的源荷直联模型。
[0099]
枝状拓扑结构的集中供热管网是我国集中供热系统最普遍的网络形式，本发明中涉及的热力网络即为枝状拓扑结构。
[0100]
在枝状拓扑结构的热力网络中，每个一级热力站下的采暖区域均视为一个热力站节点处的热负荷，以h
m
(m＝1,...,m)表示，m为节点总数。供水和回水管网均并列敷设在地下，将每一小段供水、回水管网记为 (n＝1,...,2m)，供水、回水管网中的节点分别由字母s和r表示，得到热力网络简化拓扑结构。
[0101]
(1)传输延时
[0102]
由于一级管网内管道长度可达几千米，热媒从热源处换热之后再传输到各个负荷节点处需要花费一段时间，这一传输延时可达到电力系统调度时段的几倍长。传输延时主要由管道长度和截面积决定：
[0103][0104]
式中，ρ
w
为水的密度；和分别为对应管道的长度和截面；为传输延时；为管道内热媒的质量流量。
[0105]
并排成对敷设的供水管道和回水管道具有相同的设计参数，也即每对供、回水管道的长度、管径粗细、保温性能等参数相同，因此，成对的管道内质量流量及传输延时相等：
[0106][0107]
式中，和分别是回水管道中的质量流量和传输延时。
[0108]
(2)动态温度
[0109]
从热源输出的热量经过管网沿途传输损耗以及用户消耗后会逐渐减少，从而导致热媒温度随着管网延伸而不断降低。温度变化与热量损耗的表达式为：
[0110][0111]
式中，分别是供水管、回水管、第m个热力站输入与输出口的热媒温度差；是与第m个热力站相连的供水管道内的热媒质量流量；c
w
是水的比热容；h
m
是热力站处的等效热负荷；分别为供水、回水管道内的热功率损耗。根据传热学理论，传输损耗主要由管道热阻、长度决定，功率损耗可表示为：
[0112][0113]
式中，和分别为供水、回水以及地表土壤的平均温度；γ
s
、γ
r
、γ
soil
和
γ
ad
分
[0114]
别为供水管道、回水管道、土壤的热阻和附加热阻；为对应管道的长度。除温度外的其他参数均为固定参数，因此根据平均温度即可预先估算得到每段管道的传输损耗。
[0115]
由于热力网络中节点、管道数目众多，若将每一截管道的温度变化都表示出来将产生许多中间变量，不利于建立简洁的热电联合优化调度模型。事实上，由于质调节模式下管道内损耗基本不变，管道内的温度变化最终是由热负荷水平决定。若能直接表达热负荷与热源端供回水温度的关系，则可省去中间温度变量的计算过程，实现简化建模。
[0116]
根据基尔霍夫流量定律，从多个管道流入同一节点的热媒总流量等于流出该节点的总流量，流入、流出同一节点的热媒能量相同。对于任意一个混流节点r
2m
(m＝1,...,m
‑
1)，满足能量守恒关系式：
[0117][0118]
式中，和分别为对应回水管道和中的热媒质量流量；分别为对应回水管道中的热媒损耗；是流出第m个热力站的热媒温度；和分别为第2m和2(m 1)混流节点处流出热媒的温度。因此可推导得到混流节点r
2m
处流出热媒的温度表达式为：
[0119][0120]
考虑到从热源到第m个热力站处的沿途传输损耗，从该热力站处流出的热媒温度表达式为：
[0121][0122]
式中，t
1s
、分别为供水管道中热媒温度、热媒损耗、热媒质量流量；分别为供水管道中热媒损耗、热媒质量流量，为供水管道l
s2m
中的热媒损耗。
[0123]
根据公式(5)
‑
(7)，推导得到：
[0124][0125]
最后得到热源端口回水温度可表示为：
[0126][0127]
再将传输延时代入到公式(9)，最终可得热源处供回水温度与热负荷的动态关系式：
[0128][0129]
式中，和分别为t时刻热源处供水、回水温度；α
m
是热媒从热源处传输到第m个热力站处所需的总时间，并对调度时间段δt取整数倍；和为t
‑
2α
m
时刻热源处供水温度、第m个热力站处的热负荷；为 t
‑
α
m
时刻第m个热力站处的热负荷，分别为对应供水管道中的传输延时；是热力管网承受的最大供热温度，round 代表取四舍五入函数。
[0130]
(3)热力负荷
[0131]
将每个换热站节点处的负荷按具有相同热传导系数的建筑处理，同一供热区域室外温度变化相同。根据传热学定律，室内温度的暂态热平衡表达式为：
[0132][0133]
式中，表示t时刻第m个热力站处建筑的室内温度；t
tout
为t时刻室外温度；h
m,t
为t时刻第m个热力站处热负荷；k
m
、a
m
、v
m
分别为建筑热传导系数、建筑表面积、采暖体积；c
air
和ρ
air
分别为空气比热容和密度。
[0134]
由于建筑墙体的保温作用，建筑室内的温度变化十分缓慢，并且可以认为在一个调度时段间隔内室外温度也基本不变，则根据公式(11)的一阶微分方程，可以得到每个时间段内室内温度的稳态表达式：
[0135][0136]
式中，表示t
‑
1时刻第m个热力站处建筑的室内温度；χ
m
为热力系数。
[0137]
由此可化简得到采暖负荷功率关于室内外温度的关系式：
[0138][0139]
式中，和分别是室内供暖温度的上下限，表示t
‑
1时刻第m个热力站处建筑的室内温度；
[0140]
公式(10)和(13)构成了热力系统的“源荷直联模型”，既保留了热媒从热源端传输到回水末端的温度变化特点以及传输延时特性，又能省去大量的中间节点的温度变量。将热负荷需求大小与源端热水供应温度直接关联，形式上与电力系统中电力负荷与机组电出
力直接关联相类似，便于生成简洁清晰的热电联合调度模型。
[0141]
步骤2：建立电热泵的运行功率控制模型。
[0142]
电热泵分散安装在一级换热站处，电热泵的运行并不改变管网流量，
[0143][0144]
仅改变流入负荷侧热媒的温度。无电热泵时，热源端供水温度满足式：
[0145][0146]
式中，为第i台热电联产机组chp在t时刻的热功率；n1为热电机组台数。
[0147]
在当前t时段的回水温度下，若热电厂减少供热，则热源端出水温度也将降低，各热负荷节点入口处热媒温度也随之降低，且由于管道流量不变，各负荷节点处的热媒温度变化程度与源端出口处的温度变化相同，考虑到传输延时，温度变化满足：
[0148][0149]
式中，分别为热源端、热负荷入口端热媒降低的温度；为热电厂降低的总热功率。
[0150]
为满足采暖需求，热电厂减少的供热量应由电热泵补充，假设各热力站处分散的电热泵能源转换效率相同，将热力网络传输延时考虑在内，应当由电热泵辅助提供的总热功率为：
[0151][0152]
式中，和β
hp
分别为电热泵总运行功率和转换效率；为t α
m
时刻第 m个热负荷处电热泵运行功率。
[0153]
热源端减少供热会使每个热力负荷处供水温度降低则该处的电热泵供热应满足条件：
[0154][0155]
结合公式(15)～(17)，可得每个热力站处电热泵的供热功率应满足下面的条件：
[0156][0157]
式中，是与第m个热力站相连的供水管道内的热媒质量流量，为第m个热负荷侧安装的电热泵功率容量。
[0158]
步骤3：建立热电联合系统的优化调度模型。
[0159]
热电联合系统中供电机组为热电联产机组、纯凝火电机组、风电机组、以及其他调
峰机组。电力系统和热力系统的交互主要通过热电联产机组实现，且热电联产机组以供热为优先，其次再为电力系统提供调峰服务。热电联合系统优化调度的目标是使系统整体的运行成本最小，由于风电机组、水电机组运行成本很低，因此这里的运行成本主要包括燃煤机组的煤耗成本，另外，为了尽可能多消纳风电，将弃风以罚函数形式加入到成本中。建立的目标函数如下：
[0160][0161]
式中，c
coal
为总煤耗；为热电机组、纯凝火电机组的煤耗；为弃风罚函数；分别为t时刻热电联产机组和纯凝机组输出的电功率；是热电机组煤耗系数；为纯凝机组煤耗系数；n2为纯凝机组台数；分别为生产的风电及消纳的风电；ε
w
为罚函数系数；nt是调度周期内最后一个调度时段，为第i台热电机组在t时刻的热功率。
[0162]
电热耦合约束条件包括：
[0163]
(1)电功率平衡约束
[0164][0165]
式中，上标chp、con、oth、wf分别表示热电联产机组、纯凝火电机组、其他类型机组、风电机组；p
toth
为t时刻其他类型机组的总电出力；pe
t
为电负荷功率。
[0166]
(2)热功率平衡约束
[0167][0168]
式中，ph
t
为热负荷功率；和分别为t α
m
时刻第m个热力站处热负荷和电热泵运行功率。
[0169]
(3)机组出力上下限约束
[0170][0171]
式中，分别是热电机组在t时段输出的热功率、最大热功率；分别是热电机组在t时段输出的热功率、最大热功率；分别是第i台热电机组电出力的上下限；分别是第j台纯凝机组电出力的上下限；分别是其他类型机组电出力的上下限； a
i
、b
i
、c
i
、是热电机组的运行特性参数。
[0172]
(4)机组爬坡约束
[0173][0174]
式中，u
chp
、d
chp
分别为热电机组的爬坡功率上下限；u
con
、d
con
分别为纯凝机组的爬坡功率上下限；u
oth
、d
oth
分别为其他类型机组的爬坡功率上下限；分别为第i台热电机组、纯凝机组、其他类型机组在 t 1时刻的电功率；为第i台热电机组在t
‑
1时刻的热功率，β
hp
分别为电热泵转换效率。
[0175]
(5)供回水温度约束
[0176][0177]
为时刻t
‑
α
m
第m个热负荷处电热泵运行功率。
[0178]
需要说明的是，本材料中所有不同公式中相同符号或参数代表的含义均相同。
[0179]
下面结合热电联合系统拓扑结构算例，详细说明本发明的实施方法。本实施算例中的机组组成为：两台热电联产机组，分别为300mw以及 200mw，纯凝火电机组300mw，风电190mw，其他类型机组总容量为260mw。热力系统含四个一级换热站，电力系统为六节点系统。调度周期为一天，每个调度时段为15分钟，一天共计96个调度时段。电热泵总功率容量为66mw，1至4号热力站处的电热泵容量分别为14.64mw、 17.76mw、13.14mw、20.46mw，电热
泵的热电比均为3。机组及热力系统参数如表1～5所示。
[0180]
图3显示了加装电热泵前后的风电消纳对比曲线。弃风时段分布在 1～20以及87～96时段，对应凌晨0：00至5：45以及夜间22：30至次日凌晨0：00，从图中可以看出在安装电热泵的情况下风电消纳量有明显提升。
[0181]
将分散在各热力站处的电热泵分别标记为hp1、hp2、hp3和hp4，图4 是电热泵运行功率柱状图。与弃风发生时段相比，电热泵的启动时段存在时间延时，且离热源处越远的电热泵启动延时越长。这是因为，在风电富余时段发出开启电热泵的需求指令，并且热电机组同时降低热出力、电出力运行，降低电出力对当前时段提高弃风消纳量即时生效，而由于热力管网的传输延时，降低的热出力需要一段时间后才会对热力站入口处的供水温度产生影响，为了保持热力站处的供热量，电热泵只以热媒到达热力站处的时间为基准，响应启停需求。图5、图6是加装电热泵前后热电机组热出力及供回水温度变化曲线图。安装电热泵后，在风电富余时段，热电机组热出力明显下降，而无电热泵时，热电机组热出力始终需要跟随热负荷变化。供水温度与热出力呈相同变化趋势，但因为有电热泵制热补充供热，热力站处实际提供给热用户的热量不变，回水温度并未随热出力降低而改变。
[0182]
图7是加装电热泵前后热电机组以及纯凝火电机组电出力对比曲线图。有电热泵的情况下，热电机组电出力在风电富余时段明显降低，但纯凝机组电出力在风电富余的部分时段有所上升，如图中红色线圈部分所示。因为在这些时段，富余风电相对较少，借助电热泵耗电及热电机组降出力即可全部消纳，而无电热泵时，纯凝机组仍需保持最小电出力来多消纳风电。
[0183]
借助电热泵，热电厂可更大程度的降低电出力，达到了提升电力系统整体调峰能力，消纳更多风电的目的。
[0184]
本发明首先分别推导出热力网络传输延时、动态温度、热力负荷的数学表达式，经过合理的化简得到热力系统的源荷直联模型；其次，建立电热泵的运行功率控制模型；最后，列出电热耦合约束条件，建立热电联合系统的优化调度模型。
[0185]
本说明书中所描述的具体实施算例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施算例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0186]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。