[發明專利]一種基于場景劃分的電熱綜合系統棄風消納協調調度模型

在審

• 申請號: 201710463002.8
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107341593A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 崔楊;陳志;莊妍;嚴干貴
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種基于場景劃分的電熱綜合系統棄風消納協調調度模型，其特征是，利用場景劃分的方法處理熱電聯產機組的電熱關聯約束，采用分場景EGA-IPM法進行電熱聯合經濟調度，外層采用EGA確定儲熱裝置最佳工作計劃，設置各個時段的儲、放熱功率，內層采用分場景Hessian矩陣內點法得到最佳電熱聯合調度計劃，具體包括以下步驟：

1)電熱綜合系統結構確立

電熱綜合系統由風電場群、常規火電機組、含儲熱熱電聯產機組和電鍋爐組成，儲熱裝置設置在熱電聯產機組側以解耦電熱耦合約束，增加其出力的靈活性；電鍋爐設置在電負荷側，在棄風時接入供熱以消納棄風；

2)棄風消納協調調度模型優化目標的建立

電熱聯合經濟調度通常以系統發電成本最小為調度目標，為檢驗儲熱裝置及電鍋爐消納棄風功率的效果，在成本中加入棄風成本，故模型的目標函數包含機組運行成本和棄風成本兩部分如式(1)-式(3)所示：

Cost＝Cost_opr+Cost_wcur (1)

Costopr=Σi=1m+n(aiPi2+biPi+ci)+Σi=n+1m+n[di(PiH)2+eiPiH+fi·Pi·PiH]---(2)]]>

Costwcur=ϵ·(Σi=1m+nPi+Σw=1kPw-PL)---(3)]]>

其中：m為熱電聯產機組總臺數；

n為常規火電機組總臺數；

a_i,b_i,c_i,d_i,e_i,f_i為熱電聯產機組運行成本系數；

P_i為第i臺機組的電出力；

為第i臺熱電聯產機組的熱出力；

ε為棄風成本系數；

k為風電場個數；

P_w為第w個風電場的出力；

P_L為系統總負荷；

當使用內點法對上述目標進行優化時，參照內點法求解非線性規劃的一般形式，按照棄風發生與否，不包含常數項的內點法優化目標分別為：

無棄風時的優化目標：

min Cost=12xTH0x+g0Tx---(4)]]>

x=[x1,x2,...xm+n,xm+n+1,...x2m+n]T=[P1,P2,...Pm+n,Pn+1H,Pm+nH]T---(5)]]> 1

g₀＝[b₁,b₂,b_n,b_n+1,…b_m+n,e_n+1,…e_m+n]^T (7)

有棄風時的優化目標：

min Cost=12xTH0x+g1Tx---(8)]]>

g₁＝[b₁+ε,…b_n+ε,b_n+1+ε,…,b_m+n+ε,e_n+1,…e_m+n]^T (9)

由于電鍋爐僅在棄風時刻接入系統消納棄風，故不單獨設置變量，但須在棄風時刻找到電鍋爐接入供熱比例與總調度成本之間的關系，以確定電鍋爐在棄風時刻的最佳供熱量；

3)棄風消納協調調度模型運行約束條件分析及求解

含儲熱與電鍋爐電熱綜合系統的棄風消納調度模型的約束條件包含不依賴場景的約束和依賴場景的約束兩大部分；

不依賴場景的約束：

電負荷平衡約束：

Σi=1n+mPi,t+Σw=1kPw,t-LE,t-PEB,t-Pwcur,t=0---(10)]]>

其中：P_i,t表示第i臺常規火電或熱電聯產機組t時刻的發電功率；

P_w,t表示第w臺風電機組t時刻的預測出力；

P_EB,t表示t時刻接入電鍋爐供熱所消耗的電功率；

P_wcur,t表示t時刻的棄風功率；

L_E,t表示系統t時刻的電負荷；

機組出力約束：

P_i,min≤P_i,t≤P_i,max(11)

其中：P_i,min表示常規火電或熱電聯產機組t時刻的最小發電功率；

P_i,max表示常規火電或熱電聯產機組t時刻的最大發電功率；

常規火電機組爬坡約束：

-P_d,i≤P_i,t-P_i,t-1≤P_u,i(12)

其中：P_d,i表示第i臺常規火電機組向上的爬坡率，P_u,i表示第i臺常規火電機組向下的爬坡率；

P_i,t表示第i臺常規火電機組t時刻的發電功率；

供熱平衡約束：

Σi=1mPi,tH+PEB,tH+Σi=1qPi,tTS=LH,t---(13)]]> 2

其中：PH i,t為第i臺熱電聯產機組t時刻的供熱功率；

P_EB,t為t時刻電鍋爐供熱功率；

η為電鍋爐電熱轉換效率，取0.99；

PTS i,t為第i臺儲熱裝置t時刻的熱出力，該熱出力正值為供熱，負值為儲熱；

L_H,t為系統t時刻的熱負荷；

出于可持續運行的考慮，儲熱裝置運行時需滿足調度周期蓄熱容量不變的約束，即一個調度周期后儲熱裝置的蓄熱量需保持給定初值，因此其需要滿足的所有運行約束包括儲、放熱功率約束、容量上限約束和周期容量不變約束：

Sit-Sit-1=Pcr.it≤Ph.cmaxi;Sit-1-Sit=Pcr.it≤Ph.fmaxi;Sit≤Si.max;Σt=1TPj,tTS=0,(j=1,2,...q);---(14)]]>

其中：St i為第i臺儲熱裝置在t時刻的儲熱量；

Pi h.cmax為第i臺儲熱裝置的最大儲熱功率，Pi h.fmax為第i臺儲熱裝置的最大放熱功率；

S_i.max為第i臺儲熱裝置的蓄熱容量；

Pt cr.i為第i臺儲熱裝置在t時刻的儲、放熱功率；

q為儲熱裝置的總數量；

依賴場景的約束：

由于根據熱電聯產機組的電熱特性劃分了若干場景，而熱電聯產機組的爬坡約束為歸算到純凝工況下的爬坡約束，故不同場景下的爬坡約束公式將不同，以下分別給出兩臺熱電聯產機組的分場景爬坡約束公式：

對于場景1和場景2下的爬坡約束如式(15)所示：

Pgxx≤Pg≤PgsxPg=PePgxx=Pg,t-1-Pd,chpPgsx=Pg,t-1+Pu,chp---(15)]]>

其中：P_g為出力歸算值；

P_e為任意電出力；

P_gxx為熱電聯產機組出力歸算值的下限；

P_gsx為熱電聯產機組出力歸算值的上限；

P_u,chp、P_d,chp分別為熱電聯產機組的向上和向下爬坡速率；

P_g,t-1為前一個時段熱電聯產機組出力的歸算值；

對于場景3下的爬坡約束如式(16)所示：

Pgxx≤Pg≤PgsxPg=(Pe-Pg1)·(Pg0-Pmin0)(Pg0-Pg1)+Pmin0Pgxx=Pg,t-1-Pd,chpPgsx=Pg,t-1+Pu,chpPg1=-Cv2PH+δ2Pg0=Cv3PH+δ3---(16)]]>

對于場景4和場景5下爬坡約束如式(17)所示：

Pgxx≤Pg≤PgsxPg=Pe(δ1-δ2)+PH(δ1Cv2-δ2Cv1)(Cv2-Cv1)·PH+δ1-δ2Pgxx=Pg,t-1-Pd,chpPgsx=Pg,t-1+Pu,chp---(17)]]>

其中：P_g1、P_g0為典型運行點的出力歸算值；

P_min0為熱電聯產機組不供熱時的最小電出力；

P_H為任意熱出力；

C_v1、C_v2、C_v3為熱電聯產機組的固定參數，值分別為0.151、0.068及4.958；

δ₁、δ₂、δ₃為熱電聯產機組固定參數，值分別為130.698、45.076及-34.825；

爬坡約束自求解第2個時刻起加入模型求解，每個時刻基于前一個時刻求得的最優結果以及不同場景下的爬坡約束公式，確定該時刻特定場景下的熱電聯產機組爬坡范圍；

采用分場景內點法進行電熱聯合經濟調度的特點是具有時序性，而在每個單獨時段，儲熱裝置放熱將引起熱電聯產機組等效總供熱負荷的減少從而導致其耦合電出力下限的降低，進而引起棄風時段風電上網增加，而非棄風時段系統中經濟性更好的機組承擔更多負荷，均有利于減少總調度負荷，然而，這與儲熱裝置周期性蓄熱量不變約束相矛盾，儲熱時段將無法確定，為解決該問題，外層采用EGA確定儲熱裝置最佳工作計劃，進而得到熱電聯產機組的等效總供熱負荷，隨后在內層采用分場景Hessian矩陣內點法得到最佳電熱聯合調度計劃及外層種群的適應度，最后按照EGA的慣用流程迭代尋優。