[發明專利]一種提升風電消納的柔性負荷優化調度方法

有效

• 申請號: 201710577340.4
• 申請日: 2017-07-15
• 公開（公告）號: CN107204632B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 李軍徽;邢志同;穆鋼;嚴干貴;范興凱
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/46;H02J3/28
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種提升風電消納的柔性負荷優化調度方法，其特征是，在電-熱能源綜合調度的基礎上，分析柔性負荷消納風電系統構成及控制策略；在考慮電-熱能源綜合調度約束條件和柔性負荷運行約束條件下，建立包含柔性負荷的電網調度模型，分析不同作用方式下風電接納情況，具體包括的內容是：

1)柔性負荷消納風電系統構成與控制策略

(a)柔性負荷消納風電系統構成

柔性負荷主要是指用電量在指定區間內變化或在不同時間段轉移的負荷，其中，儲熱式電鍋爐通過配置儲熱裝置，棄風時段電鍋爐滿足供熱的同時進行儲熱，非棄風時段儲熱放熱，實現能量在時間上的轉移；電池儲能系統利用其響應速度快、能量雙向流動，能夠實時響應電網調度指令進行充放電；通過負荷側引入儲熱式電鍋爐和電池儲能作為柔性負荷用于提高風電接納；

(b)柔性負荷消納風電控制策略

由于儲熱式電鍋爐存在供熱約束，因此，將其作為風電消納主體，電池儲能協調動作；電池儲能協調儲熱式電鍋爐的分時段運行控制策略為：以22時至次日22時作為一個調度周期，起始調度時間為負荷低谷時段；初始低谷時段，電鍋爐動作供熱同時儲熱，儲熱量滿足峰平時段熱負荷需求，棄風不足則消納火電電量；低谷時段系統中還存在棄風時，電池儲能動作進行充電消納棄風；峰平時段儲熱動作滿足熱負荷需求，電池儲能為增加峰谷價差收益，其主要在尖峰時段放電至初始荷電狀態，且電池儲能峰平時段不充電；

2)包含柔性負荷的電網調度模型

(a)調度模型目標函數

含風電電網經濟調度以系統發電成本最小為調度目標，但棄風嚴重；因此，為提高風電消納水平，目標函數中增加考慮棄風成本及常規機組污染排放的懲罰函數；該目標函數在增加風電消納的同時對環境保護意義重大，柔性負荷調峰補償成本由系統內部常規火電、熱電機組與風電場分攤，所以，目標函數中不計及補償費用，因此，目標函數為(1)式：

式中，S目標函數；S_c(i,t)火電機組發電成本函數；S_e(k,t)熱電聯產機組發電成本函數；M、N各類機組臺數；λ棄風成本懲罰系數；P_w,qf(t)為t時刻棄風功率；β污染排放懲罰系數；S_p(t)污染排放懲罰函數；T調度時間；

①常規火電機組發電成本函數

對于純凝式火電機組，發電成本函數S_c(i,t)為式(2)：

其中，F₁火電機組運行成本函數；F₂火電機組啟停成本函數；火電機組運行成本與啟停成本主要是其煤耗成本，因此，火電機組運行成本函數與煤耗量函數相似，均為發電出力的二次形式，如式(3)：

式中，a_i、b_i、c_i機組i發電成本系數；機組i在t時刻啟停狀態；S_i機組i啟動成本；

②熱電聯產機組發電成本函數

假設系統中熱電聯產機組均為抽汽式熱電機組，發電成本函數S_e(k,t)為：

式中，a_k、b_k、c_k熱電機組k發電成本系數；熱電機組k熱出力；熱電機組k電出力；

③懲罰函數

懲罰函數主要包括棄風成本和常規機組污染排放治理成本，通過增加目標函數的懲罰項來提高風電消納水平，如下式(5)所示：

式中，污染排放懲罰函數主要與機組發電量與供熱量有關；

(b)運行約束條件

電力系統約束：

①電力電量平衡約束

式中，為t時刻火電機組與熱電聯產機組出力總和，為t時刻并網風電功率；為t時刻儲能系統放電功率；為t時刻電鍋爐功率；為t時刻電負荷需求；為t時刻儲能系統充電功率；

②機組出力約束

抽汽式機組k約束：

式中，P_e,min,k抽汽式機組k在凝汽工況下最小電出力，P_e,max,k抽汽式機組k在凝汽工況下最大電出力；c_m,k、c_v,k、K_k機組參數；

純凝式機組i出力約束：

式中，P_e,min,i·純凝式機組i最小電出力，P_e,max,i純凝式機組i最大電出力；

③機組爬坡約束

式中，P_up,i純凝式機組i向上爬坡速率，P_down,i純凝式機組i向下爬坡速率，熱電機組出力變化通過改變鍋爐狀態實現，故其電、熱出力爬坡速率約束折算為純凝工況下的電功率約束；

熱力系統約束：

①熱力熱量平衡約束

式中，供熱機組供熱總功率；η_eh電鍋爐效率，取0.98；儲熱裝置儲熱功率；儲熱裝置放熱功率；熱負荷總需求；

②機組熱出力約束

式中，熱電機組最大供熱出力；

儲熱式電鍋爐系統約束：

①電鍋爐運行功率約束

式中，P_gl,max電鍋爐運行功率最大值；

②儲熱裝置運行約束

式中，分別為儲熱裝置最大儲放熱功率；

③儲熱裝置儲熱狀態約束

式中，為t時刻儲熱裝置儲熱狀態；S_h,max為儲熱裝置最大儲熱量；為t-1時刻儲熱裝置儲熱狀態；η_TES,in為儲熱儲熱效率，取0.92；η_TES,out儲熱放熱效率，取0.92；由于蓄熱罐日內總熱損失不超過1％，因此，不考慮儲熱裝置熱損失；

④儲熱始末狀態約束

式中，儲熱裝置調度周期始狀態、儲熱裝置調度周期末狀態；

儲能系統約束：

①儲能運行功率約束

式中，P_ESS,in,max、P_ESS,out,max為儲能系統最大充放電功率；

②儲能系統荷電狀態

式中，為t時刻儲能荷電狀態；儲能初始時刻荷電狀態；X_t、Y_t為儲能充放電狀態，其值為0、1；η_ESS,cha儲能充電效率，取0.9；η_ESS,dis儲能放電效率，取0.9；E_b儲能系統額定容量；

③儲能充放電狀態約束

X_t×Y_t＝0 (18)

(18)式表明儲能不能同時處于充電和放電狀態；

④儲能系統荷電狀態約束

式中，SOC_ESS,max儲能荷電狀態上限值，SOC_ESS,min儲能荷電狀態下限值；

⑤儲能始末荷電狀態約束

式中，儲能調度周期始荷電狀態，儲能調度周期末荷電狀態。