一种基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷控制方法，属于电网新能源消纳领域。包括以下步骤：S1、确定蓄热电采暖负荷消纳受阻风电的机理，分析蓄热电采暖负荷调节特性对风电消纳的影响；S2、建立蓄热电采暖负荷的双模式调节数学模型；S3、在步骤S1和S2的基础上，确定基于风电消纳的蓄热电采暖负荷控制数学模型；S4、通过改进PSO算法设计，对建立的混合整数动态优化问题进行求解。最终得到蓄热电采暖负荷消纳风电的控制方法。该运行控制方法在挖掘其调控潜力的同时，考虑了蓄热电采暖负荷控制模式的多样性，保障了用户的舒适度，弥补了目前蓄热电采暖负荷调节的不足，同时提高了并网风电的消纳量，弥补了目前蓄热电采暖负荷控制方法的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷控制方法
本专利技术涉及电力系统负荷控制
，具体地，涉及一种基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法。
技术介绍
负荷作为电力系统的最后一个环节，在电能实时平衡过程中起着至关重要的作用。传统调度模式下，电网调度部门依据对负荷进行预测，通过对常规机组的调节控制，实现电网功率的实时平衡。近年来，随着我国新能源发展迅猛，风电渗透率逐年攀升，由于风能具有的间歇性、波动性、随机性、反调峰性等特点，使得发电侧由原来精密可控变得波动而难以预测，受传统的电网调节资源调节能力限制，考虑电网安全稳定运行，我国目前的大规模风电基地往往面临弃风问题，造成极大的资源浪费。另一方面，受清洁能源使用推广，风电集中地区出现大量调节性能较好的蓄热电采暖负荷在风电消纳能力有限，大规模储能技术尚未突破，同一地区的风电装机容量不断扩大，蓄热电采暖逐步替代化烧煤锅炉的现状下。将蓄热电采暖负荷引入风电消纳的优化调度问题，实现风电供热控制，可实现大规模风电和需求侧广域负荷的优势互补、协调发展。因此，需要提出一种控制方法来解决采用风电供热时，蓄热电采暖负荷的控制问题，满足蓄热电采暖的供暖效果，同时促进受阻并网风电就地消纳，提高风电供热的利用效率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法，利用蓄热电采暖负荷的可调节潜力，提高电网对风电的消纳能力，缓解常规能源对风电的调节压力。本专利技术的技术方案如下：一种基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法，包括如下步骤：S1、确定蓄热电采暖负荷消纳受阻风电的机理，分析蓄热电采暖负荷调节特性对风电消纳的影响；S2、建立蓄热电采暖负荷的双模式调节数学模型；S3、在步骤S1和S2的基础上，确定基于风电消纳的蓄热电采暖负荷控制数学模型；S4、通过改进PSO算法设计，对建立的混合整数动态优化问题进行求解，最终得到蓄热电采暖负荷消纳风电的控制方法。进一步地，步骤S2中所述的建立的蓄热电采暖负荷的调节数学模型具体为：S201.建立的蓄热电采暖负荷有功模型S202.建立蓄热电采暖负荷i在t时刻的储能状态模型S203.蓄热电采暖负荷在参与调节过程中数学模型需要满足约束(a)调节范围约束：在限定调节容量范围内，可连续进行调节。(b)储能状态约束：考虑储热介质的储能特性，蓄热电锅炉通常具有设定的最高工作温度，需满足储能状态约束(c)波动速率约束：为确保电锅炉的安全稳定运行，其功率的波动应限制在一定范围之内。进一步地，步骤S3中所述的基于风电消纳的蓄热电采暖负荷控制数学模型具体为：S301.目标函数为消纳风电量最大S302.需要满足约束条件包括：(a)蓄热电采暖负荷调节能力约束:(b)风电场运行约束包括：①风电出力上下限约束:②考虑到风电机组为含有旋转部件，考虑叶片惯性以及风电波动因素，在计划运行时风电爬坡率要满足上下限约束:(c)系统有功平衡约束：(d)蓄热电采暖负荷调解模式0-1变量约束：对于蓄热电采暖负荷，本专利技术依据实际情况采用双调节模型进行调节，引入离散变量Kadj,i(t)做为调节模式系数，在调节时需考虑该离散变量取值的约束。通过求解模型，便可以得到蓄热电采暖负荷的日前计划出力。进一步地，步骤S4中所述的改进PSO算法设计具体为:S401.假设需要求解的模型A为混合整数动态优化问题，对于等式约束，引入小正数ε作为容忍度，将等式约束转化为不等式约束。将A即转化为只含p+q个不等式约束的规划问题。S402.先将模型中0-1整数变量进行松弛为[0,1]区间内连续变量，将问题转化为连续变量优化问题得到状态进行求解；S403.引入二项分布来判断松弛后的0-1变量是隶属于调节模式1，还是调解模式0。与传统舍入取整方法相比，该通过二项分布随机模型取整方法具有较强的鲁棒性和自适应性，增强整数变量的变异能力。为进一步增加种群多样性，提高全局寻优能力，对Kadji(t)多次随机取整操作，分别将解向量定义为S404.对于调节结果进一步修正解决时间耦合约束，得到最优的0-1变量优化结果。K′adj,i(t)为修正后决策变量值，经求解后为可以满足时间耦合约束的调解模式决策变量组合最优解。S405在完成0-1变量优化后，将其带入目标函数和约束矩阵中，原含0-1变量的混合整数动态优化问题被转化为连续变量优化问题，进而可以采用PSO进行求解。求解后，得到调节后蓄热电采暖负荷的计划出力Pc_k(t)，t＝1,2,…,96。本专利技术的优点在于：(1)在混合整数优化问题求解时，通过改进算法设计，解决了传统组合优化问题中不能同时处理整数变量和连续变量问题，算法设计简单且有效。(2)在对蓄热电采暖负荷调节能力建模时，考虑两种调解模式。既考虑连续调节，也考虑到按组投切调节，与实际情况更吻合，也更利于蓄热电采暖参与调节中来。在建立控制数学模型时候，不仅考虑风电消纳需求，同时考虑系统约束，因此，计算结果具有可实施性，对电网进行负荷控制具有较好的指导意义。附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。图1是本专利技术基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法的流程图；图2是本专利技术基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法的框架图；图3是具体实施方式中蓄热电采暖负荷调节模型有功示意图；图4是具体实施方式中蓄热电采暖负荷调节模型电量示意图；图5是具体实施方式中混合整数动态优化问题求解的改进PSO算法设计流程图；具体实施方式为了清楚说明本专利技术的技术方案，将在下面详细的描述本专利技术的具体流程。显然，本专利技术实例的具体实施并不局限于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。下面结合附图和实例对本专利技术进一步说明，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1所示，本实施例一种基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法，包括下述步骤：S1、确定蓄热电采暖负荷消纳受阻风电的机理，分析蓄热电采暖负荷调节特性对风电消纳的影响；S2、建立蓄热电采暖负荷的双模式调节数学模型；S3、在步骤S1和S2的基础上，确定基于风电消纳的蓄热电采暖负荷控制数学模型；S4、通过改进PSO算法设计，对建立的混合整数动态优化问题进行求解，最终得到蓄热电采暖负荷消纳风电的控制方法。进一步地，步骤S2中所述的建立的蓄热电采暖负荷的调节数学模型具体为：S201.建立的蓄热电采暖负荷有功模型S202.建立蓄热电采暖负荷i在t时刻的储能状态模型S203.蓄热电采暖负荷在参与调节过程中数学模型需要满足约束(a)调节范围约束：在限定调节容量范围内，可连续进行调节。(b)储能状态约束：考虑储热介质的储能特性，蓄热电锅炉通常具有设定的最高工作温度，需满足储能状态约束(c)波动速率约束：为确保电锅炉的安全稳定运行，其功率的波动应限制在一定范围之内。进一步地，步骤S3中所述的基于风电消纳的蓄热电采暖负荷控制数学模型具体为：S301.目标函数为：式中，EW为受阻风电电量；PWfcst,i(t)表示风电预测出力；T为调度周期内时段数，因此取值T＝96，ΔT＝15min；PG(t)为调度计划中常规机组出力计划值，Pl_base(t)为系统中不可调节负荷有功；Pc_k(t)表示可蓄热电采暖负荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、确定蓄热电采暖负荷消纳受阻风电的机理，分析蓄热电采暖负荷调节特性对风电消纳的影响；S2、建立蓄热电采暖负荷的双模式调节数学模型；S3、在步骤S1和S2的基础上，确定基于风电消纳的蓄热电采暖负荷控制数学模型；S4、通过改进PSO算法设计，对建立的混合整数动态优化问题进行求解，最终得到蓄热电采暖负荷消纳风电的控制方法。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、确定蓄热电采暖负荷消纳受阻风电的机理，分析蓄热电采暖负荷调节特性对风电消纳的影响；S2、建立蓄热电采暖负荷的双模式调节数学模型；S3、在步骤S1和S2的基础上，确定基于风电消纳的蓄热电采暖负荷控制数学模型；S4、通过改进PSO算法设计，对建立的混合整数动态优化问题进行求解，最终得到蓄热电采暖负荷消纳风电的控制方法。2.根据权利要求1所述的基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，建立的蓄热电采暖负荷的调节数学模型具体为：S201.建立的蓄热电采暖负荷有功模型为：Pc，i(t)＝Kadj，i(t)·ηadj，i(t)·P0，i+(1-Kadj，i(t))·nt(t)·P0，iKadj，i(t)，nt∈{0，1}(1)式中，P0,i为蓄热电采暖负荷i的额定有功，Kadj,i(t)为调节模式系数，ηadj,i(t)为参与连续调节时调节量系数；S202.建立蓄热电采暖负荷i在t时刻的储能状态模型为：式中,SOCc,i(t)为引入荷电状态概念表征t时刻蓄热电采暖负荷i的储能状态，Hc,i(t)表示t时刻该负荷储热量，Hc,i(t0)为初始时刻蓄热量，mc,i为电热转化效率，Pg_i(t)为供热负荷，Qcap,i为最大储热容量，Δt为时间间隔，本文中为Δt＝15min；S203.蓄热电采暖负荷在参与调节过程中数学模型需要满足约束包括:(a)调节范围约束：在限定调节容量范围内，可连续进行调节；0≤Pc,i(t)≤P0,i(4)(b)储能状态约束：考虑储热介质的储能特性，蓄热电锅炉通常具有设定的最高工作温度，需满足储能状态约束SOCmin≤SOCc,i(t)≤SOCmax(5)式中，SOCmax和SOCmin分别为最大最小储能比；(c)波动速率约束：为确保电锅炉的安全稳定运行，其功率的波动应限制在一定范围之内；式中，和分别表示蓄热电采暖负荷增减调节时，波动的速率最值。3.根据权利要求1所述的基于混合整数动态优化的蓄热电采暖负荷消纳风电控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于风电消纳的蓄热电采暖负荷控制数学模型具体为：S301.目标函数为：式中，EW为受阻风电电量；PWfcst,i(t)表示风电预测出力；T为调度周期内时段数，因此取值T＝96，ΔT＝15min；PG(t)为调度计划中常规机组出力计划值，Pl_base(t)为系统中不可调节负荷有功；Pc_k(t)表示可蓄热电采暖负荷的出力计划值；S302.需要满足约束条件包括：(a)蓄热电采暖负荷调节能力约束:(b)风电场运行约束:在调度部门制定风电场出力计划时，风电场i出力PW,i(t)需要满足约束包括：①风电出力上下限约束:0≤PW,i(t)≤PWfcst,i(t)(9)式中PWfcst,i(t)为功率预测值，即风电场向调度申报...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福潮，郭虎，王维洲，刘文颖，郑晶晶，夏鹏，张尧翔，史玉杰，朱丹丹，张雨薇，王方雨，曾文伟，彭晶，吕良，姚春晓，王贤，许春蕾，荣俊杰，李宛齐，聂雅楠，冉忠，胡阳，朱丽萍，李潇，郇悅，陈鑫鑫，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司电力科学研究院，国网甘肃省电力公司，国家电网公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62