基于系统成本效益最优的太阳能热发电储热配比分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于系统成本效益最优的太阳能热发电储热配比分析方法。本发明专利技术太阳能热发电的电力系统效益分析需要在充分考虑太阳能热发电特性、电网运行特性、负荷特性等的基础上，通过运行模拟进行量化，与系统效益指标对比分析，确定合理的太阳能热发电的储热配比关系，充分发挥太阳能热发电在电力系统中的价值。

Analysis method of heat storage ratio of solar thermal power generation based on the optimal cost and benefit of the system

The invention discloses a method for analyzing the heat storage and heat storage ratio of solar thermal power generation based on the optimal cost benefit of the system. Benefit analysis of electric power system of the invention of solar thermal power generation is the basic need in full consideration of solar thermal power generation characteristics, operation characteristics, load characteristics and so on, were quantified by running the simulation, analysis and comparison of system performance index, determine the heat storage ratio of solar thermal power generation is reasonable, make full use of solar thermal power generation in power system the value of.

【技术实现步骤摘要】
基于系统成本效益最优的太阳能热发电储热配比分析方法
本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种基于系统成本效益最优的太阳能热发电储热配比分析方法。
技术介绍
目前，我国太阳能热发电已处于产业化起步阶段。截至2016年底，全国光热发电装机容量2.38万千瓦。国家发改委、能源局和科技部也在持续关注和支持太阳能热发电项目。我国电力系统面临两大挑战：一是在资源环境约束下，以化石燃料为主的电源结构不具有可持续性，迫切需要提高清洁电力比重；二是风电等波动性电源快速发展，对电力系统运行灵活性提出了更高要求。太阳能发电属于清洁电源，主要有光伏发电和太阳能热发电两种方式。与光伏发电相比，太阳能热发电最大优势是能够配备储热装置，通过与储热系统联合运行，显著平滑发电出力，减小出力波动，同时提高系统运行灵活性，弥补风电、光伏发电的波动特性，提高系统消纳波动电源的能力。根据国际能源署(IEA)发布的《太阳能热发电技术路线图》，在太阳能资源非常好地区，太阳能热发电有望成为具有竞争力的大容量电源，到2020年承担调峰和腰荷，2025至2030年以后承担基荷。近年来，全球太阳能热发电呈快速发展态势。储热系统是太阳能热发电区别于风电、光伏等其他可再生能源发电的重要特点和独特优势，也是使得太阳能热发电具备类似于常规电源承担腰荷和基荷、提供系统备用等能力、发挥更大电力系统效益的重要前提。目前，相较于其他可再生能源发电，太阳能热发电成本仍然较高，增加储热系统势必进一步增加成本。从国外实际项目看，美国太阳能热电站基本上都没有配备储能系统，而西班牙大部分都有1-15小时不等的储能容量，尤其是西班牙Gemasolar塔式太阳能热电站带有15小时储能，能够实现全天候24小时不间断运行。是否配备储能、配备多大比例储能，一定是根据当地电力负荷特点、电力市场规则以及项目成本效益等作出的判断和决定。据估计，储热系统成本约占太阳能热发电项目本体成本的20％。从系统运行角度，储热配比越高、太阳能热发电灵活性越好，对电力系统的效益也越大。因此，综合考虑太阳能热发电本体成本和电力系统效益，确定合理的太阳能热发电的储热配比关系，对于充分发挥太阳能热发电在电力系统中的价值意义重大。目前国内外的太阳能热发电研究关注点主要集中于核心设备和关键配件研制、系统集成、电价政策设计，对于储热系统配比及其对太阳能热发电综合效益影响的系统量化研究较少。有鉴于此，继续提供一种从系统成本效益综合最优出发，提出太阳能热发电的储热配比分析方法，为我国太阳能热发电在未来的技术发展、政策需求以及更好的发挥提供有益支撑。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是提供一种基于系统成本效益最优的太阳能热发电储热配比分析方法，包括以下步骤：S1、获取发电参数；S2、确定初始时刻T0；确定T0～T0+T1时段适用于机组组合的新能源出力预测序列值与系统备用容量配置序列值；S3、根据机组组合模型，与所述发电参数以及所述新能源出力预测序列值、系统备用容量配置序列值，确定各类常规发电机组未来预设时间T2的发电计划；S4、T0＝T0+T2，若T0≤8641，则并转S2，否则转S5；S5、确定太阳能热发电储热优化配置的关键寻优参数集合；S6、确定太阳倍数集合寻优指示值j，并确定SM(j)＝SMj时的太阳能热发电参数；S7、确定储热时长集合寻优指示值k，取太阳能热发电参数中储热时长为ST_hour(k)＝Hk；S8、基于含太阳能热发电的经济调度模型，同时根据所述基本参数、常规发电机组开停机状态与所述太阳能热发电参数，计算系统运行成本与新能源利用率的效益指标；S9、判断ST_hour(k)是否为ST_hour集合的最后一个元素，若不是，则k＝k+1并转S7，否则，转S10；S10、判断SM(j)是否为SM集合的最后一个元素，若不是，则j＝j+1并转S6，否则，转S11；S11、分析对比各计算场景的系统运行效益指标值，确定储热时长最优值。在上述方法中，所述基本参数包括电网中常规电源装机总容量、常规电源机组类型、机组台数、单机容量、最小技术出力、煤耗特性、启停成本、燃料成本，负荷全年8760小时曲线；电网中新能源出力全年8760小时曲线。在上述方法中，所述T1优选为167小时，即以1小时为间隔的未来168小时数据。在上述方法中，所述步骤S2中，风电功率预测序列值计算具体如下：t∈[T0,T0+167]式中，CFwind_hist(tt)为历史风电出力的容量系数，Pwindinstall为当前风电装机容量，T0为优化时段的段首时点；系统备用容量配置序列值计算具体如下：取备用容量为系统最大负荷的5％式中Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量(兆瓦)；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量(兆瓦)；为系统最大负荷。在上述方法中，所述机组组合模型以系统发电成本和切负荷成本最低为目标函数，考虑功率平衡约束、备用容量约束，最大、最小出力限制，常规机组启停约束、弃风量限制、切负荷量限制的约束条件；具体如下：目标函数：式中，CGen(t)为时刻t的发电成本，CLC(t)为时刻t系统切负荷成本，T为机组组合时间尺度；发电成本具体CGen(t)如下式：式中，UN为所有机组类型，uN为机组子类型；cstart(uN)、cnoload(uN)、cincr(uin)分别为机组类型的单个机组启停成本、固定运行成本以及增量运行成本；Vstart(uN,t)为时刻t机组启停次数，Vonline(uN,t)为时刻t在线机组台数，Vgen(uN,t)为时刻t机组发电出力；切负荷成本CLC(t)具体如下式：CLC(t)＝cvoll·Vloadcurt(t)式中，cvoll为损失负荷价值，Vloadcurt(t)为时刻t切负荷量；约束条件具体如下：①功率平衡约束式中，Pwind(t)为时刻t的风电出力，Vwindcurt(t)为时刻t的弃风出力，Vloadcurt(t)为时刻t的切负荷量，Pdem(t)为时刻t的负荷值；②备用容量约束上调备用约束：下调备用约束：上式中，Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN机组的单机最大出力和最小出力，为系统最大负荷；③最大、最小出力限制最大出力限制如下：最小出力限制如下：式中，N(uN)为类型uN机组的机组台数；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN常规机组的单机最大出力和最小出力；④常规机组启停约束式中，Vonline(uN,t-1)为时刻t-1在线机组台数；⑤弃风量限制⑥切负荷量限制在上述方法中，所述发电计划包括机组启停计划和出力值；和/或未来预设时间T2为120小时。在上述方法中，所述寻优参数集合包括太阳倍数集合与储热时长集合，具体为：太阳倍数集合SM＝{SM1，SM2，…，SMj}，储热时长集合ST_hour＝{H1，H2，…，Hk}。在上述方法中，所述经济调度模型以系统发电成本和切负荷成本最低为目标函数，考虑功率平衡约束、太阳能热发电储热容量约束、太阳能热发电储热模块与发电模块功率平衡约束、常规发电机组最大、最小出力限制、太阳能热发电的发电模块最大、最小出力约束，常规机组启停约本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于系统成本效益最优的太阳能热发电储热配比分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取发电参数；S2、确定初始时刻T0；确定T0～T0+T1时段适用于机组组合的新能源出力预测序列值与系统备用容量配置序列值；S3、根据机组组合模型，与所述发电参数以及所述新能源出力预测序列值、系统备用容量配置序列值，确定各类常规发电机组未来预设时间T2的发电计划；S4、T0＝T0+T2，若T0≤8641，则转S2，否则转S5；S5、确定太阳能热发电储热优化配置的关键寻优参数集合；S6、确定太阳倍数集合寻优指示值j，并确定SM(j)＝SMj时的太阳能热发电参数；S7、确定储热时长集合寻优指示值k，取太阳能热发电参数中储热时长为ST_hour(k)＝Hk；S8、基于含太阳能热发电的经济调度模型，同时根据所述基本参数、常规发电机组开停机状态与所述太阳能热发电参数，计算系统运行成本与新能源利用率的效益指标；S9、判断ST_hour(k)是否为ST_hour集合的最后一个元素，若不是，则k＝k+1并转S7，否则，转S10；S10、判断SM(j)是否为SM集合的最后一个元素，若不是，则j＝j+1并转S6，否则，转S11；S11、分析对比各计算场景的系统运行效益指标值，确定储热时长最优值。...

【技术特征摘要】
1.基于系统成本效益最优的太阳能热发电储热配比分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取发电参数；S2、确定初始时刻T0；确定T0～T0+T1时段适用于机组组合的新能源出力预测序列值与系统备用容量配置序列值；S3、根据机组组合模型，与所述发电参数以及所述新能源出力预测序列值、系统备用容量配置序列值，确定各类常规发电机组未来预设时间T2的发电计划；S4、T0＝T0+T2，若T0≤8641，则转S2，否则转S5；S5、确定太阳能热发电储热优化配置的关键寻优参数集合；S6、确定太阳倍数集合寻优指示值j，并确定SM(j)＝SMj时的太阳能热发电参数；S7、确定储热时长集合寻优指示值k，取太阳能热发电参数中储热时长为ST_hour(k)＝Hk；S8、基于含太阳能热发电的经济调度模型，同时根据所述基本参数、常规发电机组开停机状态与所述太阳能热发电参数，计算系统运行成本与新能源利用率的效益指标；S9、判断ST_hour(k)是否为ST_hour集合的最后一个元素，若不是，则k＝k+1并转S7，否则，转S10；S10、判断SM(j)是否为SM集合的最后一个元素，若不是，则j＝j+1并转S6，否则，转S11；S11、分析对比各计算场景的系统运行效益指标值，确定储热时长最优值。2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述基本参数包括电网中常规电源装机总容量、常规电源机组类型、机组台数、单机容量、最小技术出力、煤耗特性、启停成本、燃料成本，负荷全年8760小时曲线；电网中新能源出力全年8760小时曲线。3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述T1优选为167小时，即以1小时为间隔的未来168小时数据。4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，风电功率预测序列值计算具体如下：t∈[T0,T0+167]式中，CFwind_hist(tt)为历史风电出力的容量系数，Pwindinstall为当前风电装机容量，T0为优化时段的段首时点；系统备用容量配置序列值计算具体如下：取备用容量为系统最大负荷的5％式中Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量(兆瓦)；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量(兆瓦)；为系统最大负荷。5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述机组组合模型以系统发电成本和切负荷成本最低为目标函数，考虑功率平衡约束、备用容量约束，最大、最小出力限制，常规机组启停约束、弃风量限制、切负荷量限制的约束条件；具体如下：目标函数：式中，CGen(t)为时刻t的发电成本，CLC(t)为时刻t系统切负荷成本，T为机组组合时间尺度；发电成本具体CGen(t)如下式：式中，UN为所有机组类型，uN为机组子类型；cstart(uN)、cnoload(uN)、cincr(uin)分别为机组类型的单个机组启停成本、固定运行成本以及增量运行成本；Vstart(uN,t)为时刻t机组启停次数，Vonline(uN,t)为时刻t在线机组台数，Vgen(uN,t)为时刻t机组发电出力；切负荷成本CLC(t)具体如下式：CLC(t)＝cvoll·Vloadcurt(t)式中，cvoll为损失负荷价值，Vloadcurt(t)为时刻t切负荷量；约束条件具体如下：①功率平衡约束式中，Pwind(t)为时刻t的风电出力，Vwindcurt(t)为时刻t的弃风出力，Vloadcurt(t)为时刻t的切负荷量，Pdem(t)为时刻t的负荷值；②备用容量约束上调备用约束：下调备用约束：上式中，Pres_up(t)为时刻t上调备用需求量；Pres_dn(t)为时刻t下调备用需求量；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN机组的单机最大出力和最小出力，为系统最大负荷；③最大、最小出力限制最大出力限制如下：最小出力限制如下：式中，N(uN)为类型uN机组的机组台数；Pmax(uN)、Pmin(uN)分别为类型uN常规机组的单机最大出力和最小出力；④常规机组启停约束式中，Vo...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彩霞，李琼慧，蒋莉萍，雷雪姣，李梓仟，黄碧斌，谢国辉，汪晓露，胡静，樊昊，洪博文，闫湖，刘佳宁，
申请(专利权)人：国网能源研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11