[發明專利]一種風光火儲協調優化運行方法

有效

• 申請號: 201811376350.2
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109245180B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 別朝紅;趙子嫣;王燦;潘超瓊;王金浩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;H02J3/28
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種風光火儲協調優化運行方法，其特征在于，包括以下步驟:

1)輸入原始數據，包括電力系統電負荷數據、熱負荷數據、火電機組強迫停運率及平均修復時間、背壓式熱電聯產機組強迫停運率及平均修復時間、抽汽式熱電聯產機組強迫停運率及平均修復時間、歷史風速數據及歷史太陽輻照度數據；定義最大模擬周期數D_max和一個模擬周期內最大模擬時段數T_max，且設定模擬周期D＝1，模擬時段T＝1；

2)基于狀態持續時間采樣法獲得模擬周期D內火電機組開機狀態序列、背壓式熱電聯產機組開機狀態序列及抽汽式熱電聯產機組開機狀態序列；

3)基于逆變換法獲得模擬周期D內風電機組可用功率序列及光伏機組可用功率序列；

4)獲取模擬周期D的模擬時段T內的電力系統狀態，包括電負荷數據、熱負荷數據、火電機組開機狀態、背壓式熱電聯產機組開機狀態及抽汽式熱電聯產機組開機狀態、風電機組可用功率及光伏機組可用功率；

5)對步驟4)中的電力系統狀態求解風光火儲協調運行模型，若模型存在可行解，則說明模擬周期D的模擬時段T內電力系統能夠完全消納風電機組可用功率及光伏機組可用功率，進入步驟8)；若模型不存在可行解，說明模擬周期D的模擬時段T內電力系統不能完全消納風電機組可用功率及光伏機組可用功率，進入步驟6)；風光火儲協調運行模型由目標函數和約束條件組成，具體模型為：

5.1)目標函數

風光火儲協調運行模型的目標函數為模擬周期D內電力系統運行成本最小，電力系統運行成本包括火電機組運行成本、背壓式熱電聯產機組運行成本、抽汽式熱電聯產機組運行成本及抽水蓄能機組運行成本，具體為：

火電機組i在模擬時段T內的運行成本為：

背壓式熱電聯產機組m在模擬時段T內的運行成本為：

抽汽式熱電聯產機組n在模擬時段T內的運行成本為：

抽水蓄能電站運行成本為：

式中：N_th為火電機組數，為背壓式熱電聯產機組數，為抽汽式熱電聯產機組數，N_p為抽水蓄能電站數，為火電機組i在模擬時段T內的功率，為背壓式熱電聯產機組m在模擬時段T內的供電功率，為抽汽式熱電聯產機組n在模擬時段T內的供電功率，為抽汽式熱電聯產機組n在模擬時段T內的供熱功率，a_i,b_i和c_i為火電機組耗量特性參數，為背壓式熱電聯產機組耗量特性參數，為抽汽式熱電聯產機組耗量特性參數，為抽水蓄能電站u啟機一次的成本，為抽水蓄能電站u停機一次的成本，為抽水蓄能電站u在模擬時段T內的抽水運行狀態指示變量，為抽水蓄能電站u在模擬時段T+1內的發電運行狀態指示變量，當抽水蓄能電站u在模擬時段T內處于抽水運行狀態時，值為1，值為0；當抽水蓄能機組電站u在模擬時段T內處于發電運行狀態時，值為1，值為0；

5.2)約束條件

風光火儲協調運行模型的約束條件包括電力系統實時功率平衡約束、機組功率約束、火電機組爬坡約束、熱電聯產機組供熱約束、抽水蓄能電站約束及電力系統備用約束，具體為：

5.2.1)電力系統實時功率平衡約束

電力系統實時功率平衡約束包括實時電功率平衡約束和實時熱功率平衡約束；

實時電功率平衡約束為：

實時熱功率平衡約束為：

式中：為抽水蓄能電站u在模擬時段T內的抽水功率或發電功率，為風電機組j在模擬時段T內的可用功率，為光伏機組k在模擬時段T內的可用功率，P_L,T為電力系統在模擬時段T內的電負荷，H_L,T為電力系統在模擬時段T內的熱負荷，N_w為風電機組數，N_s為光伏機組數，為背壓式熱電聯產機組m在模擬時段T內的供熱功率；

5.2.2)機組功率約束

機組功率約束包括火電機組功率約束、背壓式熱電聯產機組供電功率約束、抽汽式熱電聯產機組供電功率約束、抽汽式熱電聯產機組供熱功率約束及抽水蓄能電站功率約束；

火電機組功率約束為：

背壓式熱電聯產機組供電功率約束為：

抽汽式熱電聯產機組供電功率約束為：

抽汽式熱電聯產機組供熱功率約束為：

抽水蓄能電站功率約束為：

式中：為火電機組i的最小功率，為火電機組i的最大功率，為背壓式熱電聯產機組m的最小供電功率，為背壓式熱電聯產機組m的最大供電功率，為抽汽式熱電聯產機組n的最小供電功率，為抽汽式熱電聯產機組n的最大供電功率，H_nmin為抽汽式熱電聯產機組n的最小供熱功率，H_nmax為抽汽式熱電聯產機組n的最大供熱功率，為抽水蓄能電站u的最小抽水功率，為抽水蓄能電站u的最大抽水功率，為抽水蓄能電站u的最小發電功率，為抽水蓄能電站u的最大發電功率；

5.2.3)火電機組爬坡約束

式中：R_up,i為火電機組i的向上爬坡率，R_down,i為火電機組i的向下爬坡率，Δt為每個模擬時段步長；

5.2.4)熱電聯產機組供熱約束

熱電聯產機組供熱約束包括背壓式熱電聯產機組供熱約束和抽汽式熱電聯產機組供熱約束；

背壓式熱電聯產機組m的供熱約束為線性等式約束，具體為：

抽汽式熱電聯產機組n的供熱約束為線性不等式約束，具體為：

式中：和分別為背壓式熱電聯產機組電/熱線性關系參數，由背壓式熱電聯產機組m的運行工況圖確定，及分別為抽汽式熱電聯產機組電/熱線性關系參數，由抽汽式熱電聯產機組n的運行工況圖確定；

5.2.5)抽水蓄能電站約束

抽水蓄能電站約束包括上水庫庫容約束、抽水蓄能電站能量守恒約束、抽水蓄能電站末狀態約束及經濟性約束；

上水庫庫容約束為：

式中：E_umin為抽水蓄能電站u的上水庫最小儲能，E_umax為抽水蓄能電站u的上水庫最大儲能，為抽水蓄能電站u在模擬時段T結束時的上水庫儲能，計算公式為：

式中：E_u,0為抽水蓄能電站u上水庫的初始儲能，為抽水蓄能電站u在抽水運行狀態下的能量轉換效率，為抽水蓄能電站u在發電運行狀態下的能量轉換效率；

抽水蓄能電站能量守恒約束為：

抽水蓄能電站末狀態約束為：

經濟性約束為：

v＝1,2,…,N_p，w＝1,2,…,N_p且v≠w

5.2.6)系統備用約束

式中：R為電力系統備用容量；

6)引入風電機組棄風功率及光伏機組棄光功率，對步驟5)中的風光火儲協調運行模型進行修改；

6.1)修改步驟5.1)中的目標函數，修改后的風光火儲協調運行模型的目標函數為：

式中：為棄風懲罰系數，為棄光懲罰系數，為風電機組j在模擬時段T內的棄風功率，為光伏機組k在模擬時段T內的棄光功率；

6.2)在步驟5.2)約束條件的基礎上增加風電機組棄風功率約束與光伏機組棄光功率約束；

風電機組j棄風功率約束為：

光伏機組k棄光功率約束為：

6.3)在步驟5.2)約束條件的基礎上增加風電機組可用功率、風電機組實際消納功率與風電機組棄風功率之間的關系約束及光伏機組可用功率、光伏機組實際消納功率與光伏機組棄光功率之間的關系約束；

風電機組j可用功率、風電機組j實際消納功率與風電機組j棄風功率之間的關系約束為：

光伏機組k可用功率、光伏機組k實際消納功率與光伏機組k棄光功率之間的關系約束為：

其中：為模擬時段T內風電機組j實際消納功率，為模擬時段T內光伏機組k實際消納功率；

6.4)修改步驟5.2.1)中電力系統實時電功率平衡約束，修改后的電力系統實時電功率平衡約束為：

7)對步驟4)中的電力系統狀態求解步驟6)中修改后的風光火儲協調運行模型，得到火電機組功率、背壓式熱電聯產機組供電功率及供熱功率、抽汽式熱電聯產機組供電功率及供熱功率、抽水蓄能機組抽水功率或發電功率、風電機組實際消納功率及光伏機組實際消納功率；

8)統計模擬周期D的模擬時段T內火電機組功率、背壓式熱電聯產機組供電功率及供熱功率、抽汽式熱電聯產機組供電功率及供熱功率、抽水蓄能機組抽水功率或發電功率、風電機組可用功率及實際消納功率、光伏機組可用功率及實際消納功率；

9)如果模擬周期D的模擬時段T等于最大模擬時段數T_max，則進入步驟11)，否則，返回步驟4)，進入下一模擬時段；

10)如果模擬周期D等于最大模擬周期數D_max，則進入步驟11)，否則，返回步驟2)，進入下一模擬周期；

11)輸出各模擬周期內火電機組時序功率、背壓式熱電聯產機組時序供電功率及時序供熱功率、抽汽式熱電聯產機組時序供電功率及時序供熱功率、抽水蓄能機組時序抽水功率及時序發電功率、風電機組可用功率及實際消納功率、光伏機組可用功率及實際消納功率。