[發明專利]一種含電極式鍋爐的地區電網風電消納能力評估方法

有效

• 申請號: 201811240991.5
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109190850B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 趙東;葉青;劉博;李響;李昭;李曉樂;馬貴波;黃大為
• 申請（專利權）人: 國網遼寧省電力有限公司阜新供電公司;東北電力大學;國家電網有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種含電極式鍋爐的地區電網風電消納能力評估方法，其特征是，它包括的內容有：

1)綜合效益的評價指標

①風電場效益評價指標

《東北電力輔助服務市場運營規則(試行)》中規定風電場視為不具備調峰輔助服務能力，因此風電上網的全部電量均需要通過調度機構通過調用無償、有償調峰服務為其提供上網空間，風電場調峰輔助服務費用支付設置上限，最高支付金額為風電場實際發電量價值的80％，因此風電表示為：

f_W＝f_WD-f_B (1)

其中f_W為風電場總效益；f_WD為風電場總發電收益；f_B為風電場調峰支出費用；T、M分別為時段數、風機數；Δt為調度時段；其中為t時段第m個風電機組的上網功率；c_e為上網電價；

②熱電廠綜合效益評估指標

熱電廠利用電極式鍋爐參與調峰，提升地區風電消納能力，熱電廠綜合效益考慮其參與深度調峰時段的生產成本、電能收益的變化和調峰收益，由于地區熱負荷全部由熱電廠承擔，因此熱能收益變化量不予考慮，熱電廠的綜合效益變化量為(3)式：

其中Δf_CHP為熱電廠綜合收益變化量；T_D為深度調峰時段數；N為熱電機組數；為t時段第i臺熱電機組煤耗量變化；為t時段第i臺熱電機組上網電量變化量；c_e為上網電價；c_co為標準煤單價，元/噸；f_c為調峰收益；

只配置純凝機組的火電廠通常不參與有償調峰，其綜合效益主要取決于發電量的變化，因此在深度調峰時段其綜合下一變化量為：

其中Δf_CON為火電廠綜合收益變化量；S為純凝機組數；為t時段第i臺純凝機組煤耗量變化；為t時段第i臺純凝機組上網電量變化量；

③系統調峰能力

在我國電網調峰問題主要是下調能力不足，電網接納風電之后，負荷低谷時段調峰就需求增加，電網用于調峰方面的費用也相應增加，相應的，如果熱電廠可調容量越多，則電網調峰方面的花費就越少，整體經濟性就越高，電網深度調峰時段的下調能力由(5)式表示：

其中P_t^R為電網深度調峰時段的下調能力；為t時段第i臺熱電機組出力；為深度調峰時段機組最小出力；

④環境價值

從“低碳電力”角度考慮，熱電機組、純凝機組生產過程中需要消耗大量煤炭化石能源，排放二氧化碳、一氧化碳污染物，二氧化碳、一氧化碳污染物的排放量越少環境效益就越好，污染物排放量由(6)式表示：

其中C_e(P_x)為第x臺機組的碳排放量；P_x表示熱電機組或純凝機組電功率；τ₂、τ₁、τ₀、δ、ε均為排污系數；

2)調峰補償地區電網及風電消納能力的評估模型

考慮風電出力的不確定性，結合電力調峰輔助服務市場的結算機制，建立一個含儲熱裝置、電極式鍋爐、熱電機組、純凝機組和風電機組的風電消納能力評估模型；其中風電機組的發電成本相對于火電機組很小，電鍋爐的啟停和運維費用也很小，因此不予考慮；儲熱裝置的短期熱損失也忽略不計；

目標函數為：

其中T為時段數；N為熱電機組數，S為純凝機組數，M為風電機組數，G為場景數量；π_g為場景g發生的概率；為場景g下，熱電廠第i臺抽汽式熱電聯產機組在t時段的煤耗量；為場景g下，t時段第s臺純凝機組的煤耗量；為場景g下，第i臺CHP機組t時段的電出力，為場景g下，第i臺CHP機組t時段的抽汽量，為場景g下，第s臺純凝機組t時段的電出力；ε為棄風懲罰因子；c^co為標準煤單價，元/噸；為場景g下，t時段第m個風電機組的棄風功率；為第n檔有償調峰電量；為第n檔的實際出清價格；

其中為(8)式：

其中為場景g下，熱電廠在t時段第i臺熱電機組的上網電量對應的電功率；n的值取決于機組負荷率U_n，機組負荷率為開機機組發電電力占開機機組容量的百分比；為第i臺機組的最大出力；

熱電機組的上網電功率為發電功率與廠內用電功率與電極式鍋爐電功率的差值，即：

其中e為廠用電率；為場景g下t時段第l臺電鍋爐的電功率；

3)約束條件

①電功率平衡約束

熱電廠承擔的電負荷包括廠內用電和電網側的部分電負荷兩部分，用戶側電負荷由熱電機組、風電機組和純凝機組的出力平衡，在任意時段內系統電功率保持平衡，即：

其中為場景g下，t時段第m個風電機組的上網電力；為場景g下，t時段與其他地區交換的功率，當時表示t時段該地區向其他地區傳輸電量，當時表示其他地區向該地區傳輸電量；P_t為t時段電負荷；

某時段與其他地區電網交換功率存在如下限制：

其中分別為電網交換功率的最小值、最大值；

②熱平衡約束

儲熱裝置在一個運行周期內的儲、放熱量相等，因此在周期內，儲熱裝置的所有熱量均來自與熱電機組和電極式鍋爐的供給，并在不考慮儲熱裝置短期熱損耗的情況下可以認為熱電機組的熱出力和電極式鍋爐的熱出力均全部供給給熱用戶，在某一時段內則有：

其中為場景g下，儲熱裝置在t時段的放熱功率；H_t為場景g下，t時段熱網的熱負荷；為場景g下，t時段第i臺熱電機組向熱網的供熱功率；η_s為第s臺電極式鍋爐的電熱轉化率；

其中表示為：

其中為場景g下，儲熱裝置在t時段的儲熱功率；

③風電功率平衡：

其中為場景g下，t時段第m個風電機組的上網功率；為場景g下，t時段第m個風電機組的預測出力；

④熱電機組的電出力、熱出力的上下限：

其中熱電機組的抽汽量與供熱功率存在如下關系：

其中，ΔH_i為第i臺熱電機組的焓降，單位：KJ/噸；為抽汽量為時熱電機組的電功率下限；為抽汽量為時熱電機組的電功率上限；為t時段第i臺熱電機組的供熱功率；分別為第i臺供熱機組供熱功率的最小值、最大值；

⑤風電并網過程存在經濟性棄風和技術棄風等情況，因此風電并網功率存在以下限制：

⑥機組爬坡速率約束：

其中為熱電機組i的下爬坡速率限制，為熱電機組i的上爬坡速率限制；純凝機組s的下爬坡速率限制，純凝機組s的上爬坡速率限制；

⑦儲熱裝置容量限制，即：

其中，為場景g下，t時段儲熱裝置的儲熱量；為儲熱裝置最大儲熱量；

⑧儲熱裝置的儲放熱功率約束：

其中，為儲熱裝置在t時段的儲熱功率；為儲熱裝置的最大儲熱功率；為儲熱裝置的最大放熱功率；

⑨儲熱裝置需要在一個儲放熱周期內儲熱量與放熱量相等，因此其狀態約束為：

其中Δt為一個調度時段；為儲放熱周期的末態，為儲放熱周期的初始狀態；

⑩電極式鍋爐的出力約束：

其中，為電極式鍋爐最大出力。