[發(fā)明專利]一種含儲(chǔ)能電站的電網(wǎng)調(diào)峰資源協(xié)調(diào)優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011502051.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113036750A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊立濱;張海寧;李春來(lái);李正曦;李志青;安娜;許輝;馬國(guó)福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)青海省電力公司清潔能源發(fā)展研究院;國(guó)網(wǎng)青海省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院;國(guó)網(wǎng)青海省電力公司
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;H02J3/28;H02J3/46;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 西寧工道知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 63102
• 代理人: 沈耀忠

1.一種含儲(chǔ)能電站的電網(wǎng)調(diào)峰資源協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于該方法包括以下步驟：(1)電網(wǎng)調(diào)峰資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型的結(jié)構(gòu)分析：

采用儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷配合火電機(jī)組深度調(diào)峰來(lái)提高系統(tǒng)調(diào)峰能力，提出了分層協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方案，其具體模型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1；

上層調(diào)度模型以凈負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差及儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)來(lái)優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率，以此提高負(fù)荷低谷時(shí)期的火電機(jī)組調(diào)峰空間并減少負(fù)荷尖峰時(shí)段的機(jī)組出力值，而實(shí)際的風(fēng)電接納量需根據(jù)火電機(jī)組的調(diào)峰能力確定，故根據(jù)得到的儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率，結(jié)合原負(fù)荷曲線得到等效負(fù)荷曲線，并傳遞至中層調(diào)度模型；

中層調(diào)度模型通過(guò)上層模型傳遞的等效負(fù)荷曲線，結(jié)合風(fēng)電數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)各時(shí)刻的火電機(jī)組總出力進(jìn)行優(yōu)化，在接納風(fēng)電的過(guò)程中，由于火電機(jī)組出力的降低，其各項(xiàng)成本及收益會(huì)發(fā)生變化，故中層模型將以火電機(jī)組在接納風(fēng)電過(guò)程中所產(chǎn)生的額外運(yùn)行成本、電量損失成本、深度調(diào)峰補(bǔ)償收益以及棄風(fēng)懲罰成本所組成的總調(diào)峰成本最小為目標(biāo)，優(yōu)化各時(shí)刻的風(fēng)電接納量，確定火電機(jī)組總出力，并將結(jié)果傳遞至下層調(diào)度模型；

下層調(diào)度模型以各時(shí)刻火電機(jī)組總出力值為基礎(chǔ)，結(jié)合各火電單元的運(yùn)行特性，以機(jī)組整體運(yùn)行效益最優(yōu)為目標(biāo)，求解各火電機(jī)組的最優(yōu)出力；

(2)電網(wǎng)調(diào)峰資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型的建立：

(2-1)上層模型目標(biāo)函數(shù)及約束條件：

上層模型以儲(chǔ)能運(yùn)行收益及凈負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差最優(yōu)為目標(biāo)，其中，儲(chǔ)能運(yùn)行效益的計(jì)算公式如下：

式中，I_ν為儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行收益；為儲(chǔ)能運(yùn)行電量收益；為儲(chǔ)能運(yùn)行環(huán)境收益；P_c,t、P_d,t分別為t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率(其值都為正)；η_d為儲(chǔ)能系統(tǒng)放電效率；e_t為電網(wǎng)的實(shí)時(shí)峰谷電價(jià)；Δt為計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)；K為機(jī)組生產(chǎn)電能的污染物排放總數(shù)；ω_k為生產(chǎn)單位電能的第k種污染物排放密度；e_k為第k種污染物的單位排放費(fèi)用；

凈負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式如下：

式中：P_net,t為t時(shí)刻凈負(fù)荷功率；為凈負(fù)荷平均值；T為調(diào)度日內(nèi)總采樣點(diǎn)數(shù)；

上層模型目標(biāo)函數(shù)及約束條件如下：

式中，與分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行收益I_ν與凈負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差P_SDν的標(biāo)幺值，P_C與P_D為儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大充放電功率，一般等于儲(chǔ)能額定功率；S_t為t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)；S_max與S_min分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)上下限值；

(2-2)中層模型目標(biāo)函數(shù)：

中層模型考慮火電機(jī)組的深度調(diào)峰，其調(diào)峰成本函數(shù)為非線性函數(shù)，其中火電機(jī)組的總調(diào)峰能耗成本函數(shù)C_G,t其公式如下：

式中，為火電機(jī)組運(yùn)行能耗成本；a_i、b_i、c_i分別為第i臺(tái)火電機(jī)組耗量特性函數(shù)的系數(shù)；S_c為當(dāng)季單位煤炭?jī)r(jià)格；為火電機(jī)組深度調(diào)峰的過(guò)程中隨著負(fù)荷率的不斷降低產(chǎn)生的機(jī)組運(yùn)行損耗成本；β為火電廠實(shí)際運(yùn)行損耗系數(shù)；S_J,i為第i臺(tái)火電機(jī)組的購(gòu)機(jī)成本；N_F,i,t為第i臺(tái)火電機(jī)組t時(shí)刻的轉(zhuǎn)子致裂周次，該值與火電機(jī)組出力P_G,i,t相關(guān)；為投油成本；Q_i,t為第i臺(tái)火電機(jī)組投油深度調(diào)峰階段t時(shí)刻的投油量；S_o為當(dāng)季的油價(jià)；P_G,t為t時(shí)刻所有火電機(jī)組總出力；P_Gmax為火電機(jī)組總出力最大值；P_G1為常規(guī)調(diào)峰階段的火電機(jī)組總出力最小值；P_G2為不投油深度調(diào)峰階段的火電機(jī)組總出力最小值；P_G3為投油深度調(diào)峰階段的火電機(jī)組總出力最小值；I_r和I_d分別為系統(tǒng)常規(guī)調(diào)峰機(jī)組和可深度調(diào)峰機(jī)組的數(shù)量，當(dāng)P_G1≤P_G,t≤P_Gmax時(shí)，所有火電機(jī)組都處于常規(guī)調(diào)峰階段；P_G2≤P_G,t＜P_G1，不參與深度調(diào)峰機(jī)機(jī)組處于常規(guī)調(diào)峰階段最小出力，參與深度調(diào)峰的機(jī)組處于不投油深度調(diào)峰階段；當(dāng)P_G3≤P_G,t＜P_G2時(shí)，不參與深度調(diào)峰機(jī)組處于常規(guī)調(diào)峰階段最小出力，參與深度調(diào)峰機(jī)組處于投油深度調(diào)峰階段。表達(dá)公式如下：

式中：為第i臺(tái)只參與常規(guī)調(diào)峰的機(jī)組額定容量；為第i臺(tái)可深度調(diào)峰的機(jī)組額定容量；為第i臺(tái)機(jī)組的最大負(fù)荷率；為第i臺(tái)常規(guī)調(diào)峰階段的最小負(fù)荷率；為第i臺(tái)機(jī)組不投油深度調(diào)峰階段的最小負(fù)荷率；為第i臺(tái)機(jī)組投油深度調(diào)峰階段的最小負(fù)荷率；

此外，為增加火電廠的調(diào)峰意愿，各地出臺(tái)了相應(yīng)的火電機(jī)組深度調(diào)峰補(bǔ)償政策，火電機(jī)組深度調(diào)峰補(bǔ)償收益函數(shù)I_G,t如下：

式中，e_P為火電機(jī)組深度調(diào)峰補(bǔ)償單價(jià)；Δt為計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)；

根據(jù)上述運(yùn)行成本及深度調(diào)峰補(bǔ)償收益模型，再考慮火電機(jī)組在接納風(fēng)電過(guò)程中的電量收益損失成本和棄風(fēng)懲罰成本，建立目標(biāo)函數(shù)如下：

式中，P_wj,t為t時(shí)刻的風(fēng)電上網(wǎng)功率；P_w,t為t時(shí)刻的風(fēng)電功率；θ為棄風(fēng)懲罰成本單位；Δt為計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，約束條件包括火電機(jī)組總功率約束、總爬坡率約束以及各機(jī)組的啟停約束，其中P_Gmin、P_Gmax分別為火電機(jī)組總出力的最小值和最大值；分別t時(shí)刻火電機(jī)組所需承擔(dān)的正負(fù)備用；分別為t時(shí)刻的火電機(jī)組總出力的最大向下爬坡量和最大向上爬坡量；ν_i,t為火電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)；T_on,i、T_off,i分別為第i臺(tái)火電機(jī)組的最小連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和最小連續(xù)停機(jī)時(shí)間；T_on,i,t-1、T_off,i,t-1分別為第i臺(tái)機(jī)組在時(shí)段t-1內(nèi)的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間和持續(xù)停機(jī)時(shí)間；

(2-3)下層模型目標(biāo)函數(shù)：

下層模型將根據(jù)上層模型輸出的各時(shí)刻火電機(jī)組總出力情況，來(lái)優(yōu)化各火電機(jī)組的出力值，根據(jù)單臺(tái)火電機(jī)組的運(yùn)行電量收益函數(shù)補(bǔ)償收益函數(shù)I_G,i,t和能耗成本函數(shù)C_G,i,t，以機(jī)組運(yùn)行效益最大為目標(biāo)，建立下層規(guī)劃模型目標(biāo)函數(shù)：

式中，e_Z為火電機(jī)組的上網(wǎng)電價(jià)；

在下層規(guī)劃模型中，主要約束條件包括火電機(jī)組的功率約束、爬坡率約束和啟停約束；

(3)電網(wǎng)調(diào)峰資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型的求解：

(3-1)上層模型的求解：

采用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行求解，得到最優(yōu)的儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率；

(3-2)中層模型的求解：

采用迭代方式，計(jì)算各時(shí)刻隨風(fēng)電接納量增加的總調(diào)峰成本變化情況，選取成本最小時(shí)對(duì)應(yīng)的風(fēng)電接納量作為優(yōu)化結(jié)果；

(3-3)下層模型的求解：

采用改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行計(jì)算，由于火電機(jī)組在各階段的成本和補(bǔ)償收益函數(shù)為非線性，計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，而根據(jù)中層模型確定的火電機(jī)組總出力，可以判定各機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)從而選擇相應(yīng)成本和收益計(jì)算公式進(jìn)行優(yōu)化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含儲(chǔ)能電站的電網(wǎng)調(diào)峰資源協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：以儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷配合火電機(jī)組深度調(diào)峰來(lái)提高系統(tǒng)調(diào)峰能力。