【技术实现步骤摘要】
基于热惯性的热电联产系统混合时间尺度调度方法
本专利技术涉及一种热电联产系统优化调度方法,具体属于能源系统运行优化
技术介绍
热电联产(CombinedHeatandPowerGeneration,CHP)作为一种高效地能源利用方式,已经获得了世界范围内学术界和工业界的广泛关注。截至2016年底,世界热电联产机组总装机容量已经达到755.2GW,其中亚太地区和欧洲地区分别占据了46%和39%。在荷兰、芬兰和丹麦,热电联产机组已经占据了火电总机组数目的60%以上;在中国,80%的工业供热和30%的民用供热均由热电联产机组提供。一方面,热电联产机组在提升能源利用率和减少环境污染方面带来了良好效益;另一方面,机组发电和发热之间存在的强耦合性限制了系统的运行灵活性,这一问题将随着越来越多具有随机输出特性的可再生能源(如风电和光伏)接入电网而日益突出。例如,在中国东北地区,冬季夜间的热负荷需求远大于白天,这与风电场的输出电功率特性截然相反。由于热电联产机组通常运行在“以热定电”的模式,夜间机组为了满足大量的热负荷需求不得不增加热功率输出,机组的电功率输出也随之增加,这些多出的电功率挤占了用于消纳夜间大量风电的空间,为了保证系统的安全稳定运行,不得不大规模弃风。根据国家能源局的统计数据,2017年全国总弃风量达到419亿千瓦时,甘肃、新疆和吉林省的弃风比例分别达到了33%、29%和21%。由此可见,如何协调热电联产机组的推广与促进风电消纳已经成为阻碍热电联产系统可持续发展的一个关键问题。虽然已有文献提出了配置储能电站、蓄热罐、蓄热槽等主动储能装置,以及利用以 ...
【技术保护点】
1.基于热惯性的热电联产系统混合时间尺度调度方法,其特征在于,具体包括如下步骤;步骤1:建立供热系统热惯性模型,该模型包括两个方面:一:建立由区域热网的传输时延和蓄热能力而造成的区域热网热惯性模型,二:建立由建筑物围护结构的蓄热特性而造成的建筑物热惯性模型;步骤2:将上述的供热系统热惯性模型作为约束条件,建立热电联产系统混合时间尺度调度模型;步骤3:根据建筑物热惯性模型与热电联产系统混合时间尺度调度模型,确定各个供热设备的调度时间尺度,所述各个供热设备包括:热电联产机组、燃气锅炉、分布式热泵、电锅炉。
【技术特征摘要】
1.基于热惯性的热电联产系统混合时间尺度调度方法,其特征在于,具体包括如下步骤;步骤1:建立供热系统热惯性模型,该模型包括两个方面:一:建立由区域热网的传输时延和蓄热能力而造成的区域热网热惯性模型,二:建立由建筑物围护结构的蓄热特性而造成的建筑物热惯性模型;步骤2:将上述的供热系统热惯性模型作为约束条件,建立热电联产系统混合时间尺度调度模型;步骤3:根据建筑物热惯性模型与热电联产系统混合时间尺度调度模型,确定各个供热设备的调度时间尺度,所述各个供热设备包括:热电联产机组、燃气锅炉、分布式热泵、电锅炉。2.根据权利要求1所述的基于热惯性的热电联产系统混合时间尺度调度方法,其特征在于,所述步骤1中区域热网热惯性模型包括:区域热网中热媒在相邻两节点之间的传输时延、任一节点处热媒的温度模型、热网的蓄热特性模型、温度损失模型;所述区域热网中热媒在相邻两节点之间的传输时延为:其中,τij为节点i与节点j之间管段的传输时延;lij为节点i与节点j之间管段的长度;vij为节点i与节点j之间管段内热煤的流速;所述任一节点处热媒的温度模型为:其中,Ti为节点i处的热媒温度,qki为节点k至节点i所连接管段中的热媒流量;Tki为节点k至节点i所连接管段中节点i处的热媒温度;Si为所有与节点i直接相连并且热媒流向i的节点集合;所述热网的蓄热特性模型由热媒温度的变化范围表示,具体为如下公式:其中,Tin,x和Tout,x分别为流入和流出管道x的热媒温度;下标min和max分别为相应物理量的最小值和最大值;Sp为所有管道的集合;所述温度损失模型为:其中,Tair,ex为室外环境温度;lx为x管道的长度;R为管道热阻;cw为热媒比热容;为x管道中热媒的质量流量,e为自然对数的底数;所述建立建筑物围护结构的蓄热特性而造成的建筑物热惯性模型具体包括如下步骤:步骤1.1:建立热力学方程:其中,Tair为建筑物室内温度,Qin为散热器的散热功率;和分别为建筑物的围护结构传热耗热功率、冷风渗透耗热功率、冷风侵入耗热功率和通风耗热功率,cair、ρair、Vair分别为室内空气的比热容、密度和体积;Tair,0为初始时刻室温;t为时间变量;所述和计算方法如下:其中,Kenv为建筑物围护结构的传热系数;Fenv为建筑物正对的散热面积;γ为温差修正系数;xh、xo和xw分别为房高附加率、朝向修正率和风力附加率;为室外空气的定压比热容;ρair,ex为室外空气的密度;Linfil为渗透的冷风量;N为外门的冷风侵入附加率;为建筑物外门传热引起的耗热量;η为外门基本耗热功率占建筑总体基本耗热功率的比值;Lven为建筑物所需的通风量;步骤1.2:建立逆流式热水-空气换热器模型:其中,KRad和FRad分别为散热器的传热系数和散热面积;β为散热器组装片数、连接形式和安装形式综合修正系数;Tav为散热器内热媒的平均温度;Tin和Tout分别为散热器的进水温度和出水温度;mw为热媒的流量;步骤1.3:由公式7得散热功率与热网供水温度和室内温度的关系:步骤1.4:设立系数α、α1、α2和α3,α、α1、α2和α3计算公式如下:将系数α、α1、α2和α3代入公式5中,化简得:求得其离散解为:其中,n为调度的时间间隔数,n=0,1,2…;Δt为调度的时间间隔;为第b个调度时段的供水温度;为第b个调度时段的室外温度,b=n;为保证供暖舒适性,室温在一定范围内波动:其中,和分别为室温的下限和上限。3.根据权利要求2所述的基于热惯性的热电联产系统混合时间尺度调度方法,其特征在于:所述热电联产系统混合时间尺度调度模型包括日前调度模型;所述日前调度模型的具体建立步骤如下:步骤2.1:热电联产系统在区域热网热惯性模型、建筑物热惯性模型、节点流量平衡、温室平均温度、电网运行的约束下运行,供电设备一小时更新一次,供热设备1~24小时更新一次;所述热网热惯性模型为公式1~4,所述建筑物热惯性模型为公式11~12,所述节点流量平衡如公式13所示:其中,流入节点i的流量取正,流出取负;所述温室平均温度如公式14所示:其中,为一天内室内温度的平均值,t表示时间变量,为t时间段室内温度;步骤2.2;建立目标函数,以下一日日运行费用的最小化为目标,具体目标函数如下:其中,和分别表示t时段系统的燃料费用、运行维护费用、联络线交互费用和弃风惩罚费用,所述和具体计算方法为:其中和分别表示t时段第δ种燃料的耗量和该种燃料的价格;和分别表示t时段第λ种燃料的耗量和该种燃料的价格;和分别表示t时段第σ种供电设备输出的电功率和该种设备的运行维护系数;和分别表示t时段第γ1种供热设备输出的热功率和该种设备的运行维护系数;Pttie,p和分别表示t时段联络线上注入的电功率和该时段联络线上的电价;Pttie,s和分别表示t时段联络线上输出的电功率和该时段联络线上的电价;Ptwind,real和Ptwind,cons分别表示t时段风电场的实际输出...
【专利技术属性】
技术研发人员:顾伟,姚帅,周苏洋,陆帅,吴晨雨,潘光胜,
申请(专利权)人:东南大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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