一种新能源消纳方法及系统与流程

1.本发明涉及新能源发电技术中的新能源并网技术领域，具体涉及一种新能源消纳方法及系统。


背景技术：

2.图3给出了从功率平衡的角度来看新能源并网对系统的影响。从图中可以看出，用电负荷规律性强，传统的火电机组能够很好地控制其功率输出，以达到调峰目的。而以随机性和间歇性为特点的新能源发电引入，将使得常规能源必须通过其调峰能力频繁调节来满足负荷。新能源装机大部分集中在风能资源丰富的高纬度地区，这些地区存在一定程度的电源过剩问题，且现有火电机组中chp机组比重较大，缺少灵活的传统机组，无法快速跟踪新能源大幅度、高频率的随机波动。尤其在冬季供暖期，热负荷需求量大，由于以热定电，热电机组基本不参与调峰，导致系统调峰能力下降。根据严寒地区电网公布数据显示，电网chp机组占火电机组比重非常高，尤其在纬度较高的严寒地区，chp机组在火电机组中的占比极高。因此在新能源消纳分析过程中，需要考虑chp机组的“热电耦合”。不同类型的热电联产机组这种耦合关系也不尽相同。


技术实现要素：

3.针对chp机组比重较大，系统调峰能力较差，新能源消纳过程中，需要考虑chp机组的“热电耦合”的问题，本发明提供了一种新能源消纳方法及系统，具体包括：
4.将统计周期内每个时段的电力系统总电负荷、总热负荷和新能源机组出力预测数据输入预先构建的新能源消纳模型，得到每个时段各种机组的出力；
5.汇总新能源机组在所述周期内各个时段的出力，结合所述周期的总电负荷，确定新能源的消纳能力；
6.其中，所述新能源消纳模型，在考虑发电机组运行约束与供电系统平衡约束情况下，以系统运行总成本最小为目标，调整各种机组的出力；
7.所述发电机组运行约束，包括常规机组电出力约束和chp机组的热电耦合约束。
8.优选的，所述新能源消纳模型的构建，包括：
9.以系统运行总成本最小为目标，建立目标函数；
10.根据各种机组的特性，为所述目标函数构建发电机组运行约束条件；
11.根据电力系统的特性，为所述目标函数构建供电系统平衡约束条件；
12.其中，发电机组运行约束条件包括：常规机组的电出力约束、chp机组的电出力约束和热出力约束、常规机组与chp机组功率变化的约束和新能源机组的电出力约束；供电系统平衡约束条件包括：电力平衡约束和热力平衡约束。
13.优选的，所述目标函数的计算式如下所示：
[0014][0015]
其中，z为系统运行总成本，包括机组的燃料消耗费用和启停费用，g1为常规机组的台数，g2为chp机组的台数，g为常规机组与chp机组的总台数，为常规机组在第t个时段的燃料消耗费用，为chp发电机组在第t个时段的燃料消耗费用，uc
g,t
为机组在第t个时段启动的费用，dc
g,t
为机组在第t个时段停运的费用。
[0016]
优选的，所述常规机组在第t个时段的燃料消耗费用的计算式如下：
[0017][0018]
其中，为常规机组在第t个时段的运行状态，为开机的基础费用，为常规机组在第t个时段的电出力，为常规机组的燃料消耗费用系数。
[0019]
优选的，所述chp机组在第t个时段的燃料消耗费用的计算式如下：
[0020][0021]
其中，u
g2,t
为chp机组在第t个时段的运行状态，a
g2
为开机的基础费用，为chp机组在第t个时段的电出力，为chp机组在第t个时段的热出力，为由于chp机组的电热耦合关系，受电出力和热出力共同影响的费用，为chp机组的燃料消耗费用系数。
[0022]
优选的，所述常规机组的电出力约束如下式所示：
[0023][0024]
其中，为常规机组在第t个时段的电出力，为常规机组电出力下限，为常规机组电出力上限。
[0025]
优选的，所述chp机组的电出力约束和热出力约束如下式所示：
[0026][0027][0028]
其中，为chp机组在第t个时段的电出力，为chp机组电出力下限，为chp机组电出力上限，为chp机组在第t个时段的热出力，为chp机组热出力下限，为chp机组热出力上限。
[0029]
优选的，所述常规机组与chp机组功率变化的约束如下式所示：
[0030]
δp
g,t
≤λpg[0031]
其中，δp
g,t
为常规机组和chp机组在第t个时段的功率变化，λ为常规机组和chp机组的爬坡率，pg为常规机组和chp机组的装机容量。
[0032]
优选的，所述新能源机组的电出力约束如下式所示：
[0033]
pw
t
≤pw
[0034]
其中，pw
t
为新能源机组在第t个时段的电出力，pw为新能源机组的装机容量。
[0035]
优选的，所述电力平衡约束如下式所示：
[0036][0037]
其中，p
g,t
为常规机组和chp机组在第t个时段的电出力，de
t
为电力系统总电负荷。
[0038]
优选的，所述热力平衡约束如下式所示：
[0039][0040]
其中，为chp机组在第t个时段的热出力，dh
t
为电力系统总热负荷。
[0041]
基于同一发明构思，本发明提供了一种新能源消纳系统，包括：机组出力计算模块和分析模块；
[0042]
所述机组出力计算模块，用于将统计周期内每个时段的电力系统总电负荷、总热负荷和新能源机组出力预测数据输入预先构建的新能源消纳模型，得到每个时段各种机组的出力；
[0043]
所述分析模块，用于汇总新能源机组在所述周期内各个时段的出力，结合所述周期的总电负荷，确定新能源的消纳能力；
[0044]
其中，所述新能源消纳模型，在考虑发电机组运行约束与供电系统平衡约束情况下，以系统运行总成本最小为目标，调整各种机组的出力；
[0045]
所述发电机组运行约束，包括常规机组电出力约束和chp机组的热电耦合约束。
[0046]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0047]
1、本发明提供的一种新能源消纳方法包括：将预先获取的周期内每个时段的系统总电负荷、总热负荷和新能源机组出力预测数据输入预先构建的新能源消纳模型，得到每个时段各种机组的出力情况；基于一定周期，汇总新能源机组在所述周期内各个时段的出力，结合所述周期的系统总电负荷，确定新能源在周期内的消纳能力；其中，所述新能源消纳模型，在考虑发电机组运行约束与供电系统平衡约束情况下，以系统运行总成本最小为目标，调整各种机组的出力情况；其中，所述发电机组运行约束，在考虑常规机组电出力约束的基础上，计及了chp机组的热电耦合约束；本发明通过所述新能源消纳方法，提高了发电机组运行的合理性，以及对新能源的消纳能力。
[0048]
2、本发明提供的一种新能源消纳方法，不仅考虑了电力系统中电力平衡、机组特性及备用需求等约束，还充分考虑了包括热力平衡和chp机组“热电耦合”等在内的供暖系统相关约束，所述新能源消纳模型能够更加真实准确地反映出供暖需求对于chp机组以及整个电力系统调峰能力的影响，同时可以提供更加准确可靠的新能源消纳情况的分析结果。
附图说明
[0049]
图1为本发明提供的方法流程图；
[0050]
图2为本发明提供的新能源消纳模型的结构示意图；
[0051]
图3为从功率平衡角度来看新能源并网对系统的影响示意图；
[0052]
图4为背压式chp机组热电耦合关系图；
[0053]
图5为抽气式chp机组热电耦合关系图。
具体实施方式
[0054]
实施例1：
[0055]
本发明公开了一种新能源消纳方法，结合图1的方法流程图进行介绍，具体包括：
[0056]
步骤1：将统计周期内每个时段的电力系统总电负荷、总热负荷和新能源机组出力预测数据输入预先构建的新能源消纳模型，得到每个时段各种机组的出力；
[0057]
步骤2：汇总新能源机组在所述周期内各个时段的出力，结合所述周期的总电负荷，确定新能源的消纳能力。
[0058]
其中，步骤1：将统计周期内每个时段的电力系统总电负荷、总热负荷和新能源机组出力预测数据输入预先构建的新能源消纳模型，得到每个时段各种机组的出力，具体包括：
[0059]
1.新能源消纳模型的构建，其结构如图2所示，具体包括：
[0060]
(1)以一天为周期，一小时为时段时长，对每个时段的开机方式、机组电出力、供热机组热出力和新能源机组出力等变量进行优化，以系统运行总成本最小为目标，建立目标函数，目标函数的计算式如下所示：
[0061][0062]
其中，z为系统运行总成本，包括机组的燃料消耗费用和启停费用，g1为常规机组的台数，g2为chp机组的台数，g为常规机组与chp机组的总台数，g＝g1 g2，为常规机组在第t个时段的燃料消耗费用，为chp发电机组在第t个时段的燃料消耗费用，uc
g,t
为机组在第t个时段启动的费用，dc
g,t
为机组在第t个时段停运的费用。
[0063]
常规机组在第t个时段的燃料消耗费用的计算式如下：
[0064][0065]
其中，公式中的燃料费用由两部分组成，第一部分是式中的常数项，为常规机组在第t个时段的运行状态，1是开机，0是停机，为开机的基础费用，表示只要机组开机发电，即便会产生燃料费用；第二部分由一次项和二次项组成，为常规机组在第t个时段的电出力，为常规机组的燃料消耗费用的比例系数，表示为随着机组出力p
g1,t
变换的二次函数，该部分成本随机组出力的变化而改变。
[0066]
chp机组在第t个时段的燃料消耗费用的计算式如下：
[0067][0068]
其中，公式中的燃料费用由发电燃料费用和供热燃料费用两部分组成，发电燃料费用与常规火电机组相同，公式中第一部分是常数项，u
g2,t
为chp机组在第t个时段的运行状态，1是开机，0是停机，a
g2
为开机的基础费用，表示只要机组开机发电，即u
g2,t
＝1便会产生燃料费用；第二部分由一次项和二次项组成，为chp机组在第t个时段的电出力，为chp机组的燃料消耗费用的比例系数，表示随着机组出力变换的二次函数，该部分成本随机组出力的变化而改变。供暖费用与发电费用类似，但由于chp机组的热电耦合关系，还存在一部分受电出力和热出力共同影响的费用，为chp机组在第t个时段的热出力，为chp机组的燃料消耗费用的比例系数，为chp机组的燃料消耗费用的比例系数，表示为随着供暖出力变换的二次函数，该部分成本随机组供暖量的变化而改变。为由于chp机组的电热耦合关系，受电出力和热出力共同影响的费用。
[0069]
从式(1)中可以看出，目标函数中由于新能源没有成本，因此在目标函数中没有体现。
[0070]
(2)根据各种机组的特性，为所述目标函数构建发电机组运行约束条件，具体包括：
[0071]
①
常规机组的电出力约束：
[0072][0073]
常规发电机组只发出电功率，电出力与供热无关。其中，为常规机组在第t个时段的电出力，为常规机组电出力下限，为常规机组电出力上限。
[0074]
②
chp机组的电出力约束和热出力约束：
[0075][0076]
chp热电联产机组与常规机组不同，chp机组的电出力和热出力存在耦合关系，即在发出一定热出力时也必须同时发出一定范围内的电出力。其中，为chp机组在第t个时段的电出力，为chp机组电出力下限，为chp机组电出力上限，为chp机组在第t个时段的热出力，为chp机组热出力下限，为chp机组热出力上限。由上述两式可以看出，chp机组的电出力上下限是相应时段热出力的函数，热出力的上下限是相应时段电出力的函数。
[0077]
另外，不同的chp机组有不同的热电耦合关系，其供电和供暖出力的相关性受下式约束，具体包括：
[0078]
背压式机组的出力特性如图4所示：
[0079][0080]
其中，cb为比例系数。
[0081]
抽气式机组的出力特性如图5所示：
[0082][0083]
其中，为chp机组的装机容量，cv为比例系数。
[0084]
③
常规机组与chp机组功率变化的约束：
[0085]
δp
g,t
≤λpgꢀꢀꢀ
(8)
[0086]
其中，δp
g,t
为常规机组和chp机组在第t个时段的功率变化，λ为常规机组和chp机组的爬坡率，pg为常规机组和chp机组的装机容量。
[0087]
④
新能源机组的电出力约束：
[0088]
pw
t
≤pw
ꢀꢀꢀ
(9)
[0089]
其中，pw
t
为新能源机组在第t个时段的电出力，pw为新能源机组的装机容量。
[0090]
(3)根据电力系统的特性，为所述目标函数建立供电系统平衡约束条件，具体包括：
[0091]
①
电力平衡约束：
[0092][0093]
其中，p
g,t
为常规机组和chp机组在第t个时段的电出力，de
t
为系统内的总电负荷。
[0094]
②
热力平衡约束：
[0095][0096]
其中，为chp机组在第t个时段的热出力，dh
t
为系统内的总热负荷。
[0097]
2.输入统计周期内每个时段的电力系统总电负荷、总热负荷和新能源机组出力预测数据，得到每个时段各种机组的出力，具体包括：
[0098]
(1)将统计周期内每个时段的电力系统总电负荷、总热负荷和新能源机组出力预测数据输入建立好的新能源消纳模型，确定常规机组与chp机组的开停机方式，具体包括：
[0099]
①
根据式(11)和式(3)确定chp机组的开停机方式，即在满足系统总热负荷最大需求以及经济最优的前提下先开哪些chp机组；
[0100]
②
根据新能源电站的出力预测数据以及式(4)确定常规机组的开停机方式，即在满足电力系统总电负荷最大需求以及经济最优的前提下先开哪些常规机组。
[0101]
(2)基于所述常规机组与chp机组的开停机方式，调整每个时段各种机组的出力，具体包括：
[0102]
①
在某一时段，根据式(11)确定供暖需求，结合式(6)、(7)，在满足式(5)的情况下，使得chp机组电出力尽可能最小；
[0103]
②
基于新能源电站的出力预测数据，结合式(10)，在满足式(4)下确定传统机组的出力，此时如果不满足式(4)则需要调低新能源机组的出力；
[0104]
③
当系统出现将新能源出力降为0，但是仍不能满足式(4)-(11)中任一约束时，则需要结合式(1)后半部分引入启停费用，当不满足最大负荷需求时为缺口发电功率，则需要
启动在满足最小缺口的前提下启动和停止费用最小的机组；当超出最小负荷需求时为富余发电功率，则需要关闭在满足减小富余发电功率的前提下启动和停止费用最小的机组；
[0105]
④
在下一时段，在满足上述公式约束的基础上，还需要引入式(8)、(9)的约束。
[0106]
步骤2：汇总新能源机组在所述周期内各个时段的出力，结合所述周期的总电负荷，确定新能源的消纳能力，具体包括：
[0107]
汇总在一天周期内，从0时开始到24时，每一时段新能源机组的出力，结合当天的电力系统总电负荷，确定新能源在当天的消纳能力。
[0108]
实施例2：
[0109]
基于同一发明构思本发明还提供了一种新能源消纳系统，包括：机组出力计算模块和分析模块；
[0110]
所述机组出力计算模块，用于将统计周期内每个时段的电力系统总电负荷、总热负荷和新能源机组出力预测数据输入预先构建的新能源消纳模型，得到每个时段各种机组的出力；
[0111]
所述分析模块，用于汇总新能源机组在所述周期内各个时段的出力，结合所述周期的总电负荷，确定新能源的消纳能力；
[0112]
其中，所述新能源消纳模型，在考虑发电机组运行约束与供电系统平衡约束情况下，以系统运行总成本最小为目标，调整各种机组的出力；
[0113]
所述发电机组运行约束，包括常规机组电出力约束和chp机组的热电耦合约束。
[0114]
所述机组出力计算模块，包括：模型目标子模块和模型约束子模块；
[0115]
所述模型目标子模块，用于以系统运行总成本最小为目标，建立目标函数；
[0116]
所述模型约束子模块，用于为所述目标函数构建约束条件。
[0117]
所述模型约束子模块，包括：发电机组运行约束单元和供电系统平衡约束单元；
[0118]
所述发电机组运行约束单元，用于根据不同发电机组的特性，为所述目标函数构建发电机组运行约束条件；
[0119]
其中，所述发电机组运行约束条件，包括：常规机组的电出力约束、chp机组的电出力约束和热出力约束、常规机组与chp机组功率变化的约束和新能源机组的电出力约束；
[0120]
供电系统平衡约束单元，用于根据电力系统中的约束条件，为所述目标函数构建供电系统平衡约束条件；
[0121]
其中，所述供电系统平衡约束条件，包括：电力平衡约束和热力平衡约束。
[0122]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0123]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0124]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0125]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0126]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。