一种计及电加热锅炉的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，具体涉及一种计及电加热锅炉的新能源消纳方法及系统。


背景技术：

2.近年来，新能源产业快速发展，高纬度地区新能源投产装机容量不断上升。随着新能源并网装机规模不断扩大，加上供暖期间优先要保证热电联产机组运行，高纬度地区大部分新能源场在冬季供暖期夜间频繁参与电网调峰，对新能源机组运行效率影响较为明显。由此，需要考虑从电网侧寻找途径，释放系统的调峰能力，解决新能源上网消纳困难的问题。
3.针对电力系统调度问题，基于时序的生产模拟被国内外广泛的用于电力电量平衡和发电生产计划安排。基于时序的生产模拟是指在给定的负荷条件下，模拟各发电机组的运行状况，并计算发电系统生产费用的一种时序仿真方法。将系统负荷、新能源发电出力看作随时间变化的时间序列，能够计及时序变化特性。成产模拟的模型包括目标函数和约束函数。


技术实现要素：

4.针对chp机组比重较大，系统调峰能力较差，需要考虑从电网侧寻找途径，释放系统的调峰能力，解决新能源上网消纳困难的问题，本发明提供了一种计及电加热锅炉的新能源消纳方法，具体包括：
5.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；
6.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；
7.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与电加热锅炉的使用。
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：电加热锅炉关闭时的电力平衡约束和热力平衡约束、电加热锅炉开启时的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，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，所述电加热锅炉关闭时的电力平衡约束和热力平衡约束如下式所示：
[0036][0037][0038]
其中，p
g,t
为常规机组和chp机组在第t个时段的电出力，pw
t
为新能源机组在第t个时段的电出力，de
t
为电力系统总电负荷；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。
[0039]
优选的，所述电加热锅炉开启时的电力平衡约束和热力平衡约束如下式所示：
[0040][0041][0042]
其中，b
t
为电加热锅炉在第t个时段的电能消耗；β为电加热锅炉的电-热转换效率。
[0043]
基于同一发明构思，本发明提供了一种计及电加热锅炉的新能源消纳系统，包括：机组出力计算模块和分析模块；
[0044]
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；
[0045]
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；
[0046]
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与电加热锅炉的使用。
[0047]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0048]
1、本发明提供的一种计及电加热锅炉的新能源消纳方法包括：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；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；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与电加热锅炉的使用；本发明通过所述新能源消纳方法，将电热锅炉放到chp机组侧在弃风时段通过增加负荷来减少弃风，同时提高了系统的供暖水平，释放了chp机组的调峰能力反过来提高了消纳新能源的空间。
[0049]
2、本发明提供的一种计及电加热锅炉的新能源消纳方法，通过在系统中加入电加热锅炉的方式，考虑在弃风时段利用电热锅炉加热替代chp机组的供暖要求，改变了以燃煤
供热的模式并增加了电力需求，使chp机组摆脱供热的约束，从而释放chp机组的调峰能力来增加系统新能源的消纳，提高了chp机组的灵活性和可控性，调峰能力得到充分利用；通过所述新能源消纳方法，使新能源在电网低谷时段的电力得到有效的利用，并把多余的电力用热能的方式参与到系统的供暖中，释放了chp机组的调峰能力，缓解其“以热定电”引起的调峰能力无法得到充分利用的问题，从电网侧入手，降低了电网对新能源调峰和消纳的难度，对新能源持续发展具有重要的意义。
附图说明
[0050]
图1为本发明提供的方法流程图；
[0051]
图2为本发明提供的新能源消纳模型的结构示意图；
[0052]
图3为本发明提供的电热锅炉与chp机组联合供暖方案示意图；
[0053]
图4为背压式chp机组热电耦合关系图；
[0054]
图5为抽气式chp机组热电耦合关系图。
具体实施方式
[0055]
实施例1：
[0056]
本发明公开了一种计及电加热锅炉的新能源消纳方法，结合图1的方法流程图进行介绍，具体包括：
[0057]
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；
[0058]
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；
[0059]
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：
[0060]
1.新能源消纳模型的构建，其结构如图2所示，具体包括：
[0061]
(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：
[0062][0063]
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。
[0064]
常规机组在第t个时段的燃料消耗费用的计算式如下：
[0065][0066]
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变换的二次函数，该部分成本随机组出力的变化而改变。
[0067]
chp机组在第t个时段的燃料消耗费用的计算式如下：
[0068][0069]
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。
[0070]
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。
[0071]
(2)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，具体包括：
[0072]
①
常规机组的电出力约束：
[0073][0074]
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。
[0075]
②
chp机组的电出力约束和热出力约束：
[0076][0077]
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。
[0078]
另外，不同的chp机组有不同的热电耦合关系，具体包括：
[0079]
背压式机组的出力特性如图4所示：
[0080][0081]
其中，cb为比例系数。
[0082]
抽气式机组的出力特性如图5所示：
[0083][0084]
其中，为chp机组的装机容量，cv为比例系数。
[0085]
③
常规机组与chp机组功率变化的约束：
[0086]
δp
g,t
≤λpgꢀꢀꢀ
(8)
[0087]
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。
[0088]
④
新能源机组的电出力约束：
[0089]
pw
t
≤pw
ꢀꢀꢀ
(9)
[0090]
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。
[0091]
(3)根据电力系统中的约束条件，为所述目标函数建立供电系统平衡约束条件，具体包括：
[0092]
①
电加热锅炉关闭时的电力平衡约束和热力平衡约束：
[0093][0094][0095]
其中，p
g,t
为常规机组和chp机组在第t个时段的电出力，pw
t
为新能源机组在第t个时段的电出力，de
t
为电力系统总电负荷；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。
[0096]
②
电加热锅炉开启时的电力平衡约束和热力平衡约束：
[0097][0098][0099]
由于电加热锅炉需要用电，因此需要调整电力平衡约束，热力平衡约束中除了chp机组的热出力总和外，增加了电热锅炉的热出力。其中，b
t
为电加热锅炉在第t个时段的电能消耗；β为电加热锅炉的电-热转换效率。
[0100]
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：
[0101]
(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：
[0102]
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；
[0103]
②
根据新能源电站的出力预测数据以及式(2)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。
[0104]
(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与电加热锅炉的使用，具体包括：
[0105]
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；
[0106]
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；
[0107]
③
当系统出现调低新能源机组出力的情况时，启动电加热锅炉，此时供暖方案如图3所示，将调低的出力引入到式(12)中，通过式(12)增加新能源的消纳，同时通过式(13)减少chp机组的热出力，减少的热出力通过式(6)和式(7)减少电出力，给新能源机组出力腾出空间，增加新能源的消纳，重复直至电加热锅炉容量用尽或者新能源完全消纳；
[0108]
④
当系统出现将新能源出力降为0，但是仍不能满足式(4)、(5)中任一约束时，则需要满足最小负荷时富余发电功率优先用于启动电加热锅炉，通过式(13)减少chp机组的热出力，减少的热出力通过式(6)和式(7)减少电出力，通过式(12)不断地调整来满足式(4)和式(5)，满足约束后，将富余的电加热锅炉容量用于新能源的消纳。
[0109]
⑤
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。
[0110]
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：
[0111]
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。
[0112]
实施例2：
[0113]
基于同一发明构思本发明还提供了一种计及电加热锅炉的新能源消纳系统，包括：机组出力计算模块和分析模块；
[0114]
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；
[0115]
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；
[0116]
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与电加热锅炉的使用。
[0117]
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；
[0118]
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；
[0119]
所述模型约束子模块，用于为所述目标函数构建约束条件。
[0120]
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；
[0121]
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；
[0122]
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；
[0123]
所述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；
[0124]
其中，所述供电系统平衡约束条件，包括：电加热锅炉关闭时的电力平衡约束和热力平衡约束、电加热锅炉开启时的电力平衡约束和热力平衡约束。
[0125]
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。
[0126]
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。
[0127]
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。
[0128]
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。
[0129]
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。