本发明专利技术属于电力系统规划技术领域，具体涉及一种风火电打捆发电系统优化规划方法，以打捆系统总成本(含运行成本、投资成本和维护成本)最小为目标函数，以火电机组最小开停机、最大最小出力等为约束条件，建立含系统运行行为的风火电打捆发电系统优化规划模型，并采用动态规划、树枝下降技术等算法求解模型。本发明专利技术能在模拟打捆系统运行行为的基础上，计及火电机组的运行约束，更加精确地获得火电机组的运行成本，使得打捆系统中风火电容量规划结果更加精确、合理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统规划
，具体涉及一种风火电打捆发电系统优化规划方法。
技术介绍
能源需求的不断增长及环境问题的日益严峻使得世界各国都在加大可再生能源的开发力度。在众多可再生能源中，风能，作为一种分布广泛的可再生能源，其开发和利用已受到越来越多的关注。随着技术的不断成熟，装机成本的不断降低，风电的开发和利用展示出前所未有的广阔前景。我国幅员辽阔，北方大部分地区为温带大陆性季风气候，风能资源丰富。目前，我国在内蒙、甘肃、吉林等省区规划了多个大型风电场。这些大型风电场的建设对于缓解我国不断增长的能源需求及酸雨、雾霾等相关环境问题，具有十分重要的积极意义。然而由于风电的波动性，特别是大规模风电并网后，其巨大的波动性会对电力系统的正常调度产生严重影响。考虑到我国风能资源丰富地区(即风电场规划地区)常紧邻煤炭资源富集地区，因此一种可行的能源规划方案是：在建设风电场的同时配套建设火电厂，形成风火电打捆发电系统，利用可调度的火电补偿不可调度的风电，平滑整个打捆系统的输出功率，减少大规模风电接入对受端电网的影响。由于风火电打捆系统规划是依我国一次能源分布提出，目前国外针对该种规划方式的研究较少；而在国内，虽然也有学者对此方面进行了相关研究，但是规划模型却较为粗糙，如运行成本计算采用单位煤耗粗略计算，并未考虑打捆系统中火电机组各种运行约束等。由于风火电打捆系统建成后火电机组在规划周期内的主要运行方式为不断调整出力补偿风电的波动性，且不同运行状态下火电机组的煤耗水平也不尽相同，因此有必要在打捆系统的规划模型中考虑火电机组的运行行为。
技术实现思路
针对现有风火电打捆发电系统优化规划研究的不足，本专利技术提出一种包含系统运行行为的风火电打捆发电系统优化规划方法。该方法能在模拟打捆系统运行行为的基础上，计及火电机组的运行约束，更加精确的获得火电机组的运行成本，使得打捆系统中风火电容量规划结果更加精确、合理。实现本专利技术目的的技术方案是：以打捆系统总成本(含运行成本、投资成本和维护成本)最小为目标函数，以火电机组最小开停机约束、最大最小出力约束等为约束条件，建立含系统运行行为的风火电打捆发电系统优化规划模型，并采用动态规划、树枝下降技术、等算法求解模型。具体方法步骤如下：步骤1：选择合适的火电机组作为建设打捆系统的候选机组任何类型的火电机组都可作为配置方案的候选机组，但是为便于运行维护，实际电力系统中，同一电厂常采用同型号的机组，即具有相同的额定容量、耗量特性、爬坡速率等参数的机组。根据规划要求，选择五种及以内火电机组类型构成打捆发电系统的候选机组。步骤2：生成打捆系统候选规划方案由于火电机组的安装容量是离散值，因此，优化规划模型的搜索过程可通过比较不同的火电配置方案的优劣得到：既能满足各种约束又能使总成本最小的配置方案即为最优规划方案。为了说明生成方案及模型求解的树枝下降技术，这里首先介绍打捆发电系统中火电机组装机数与打捆发电系统总成本的变化规律。该变化规律为：(1)随着打捆系统中火电机组装机数的减少，系统的投资、维护成本相应减少；(2)随着打捆系统中火电机组装机数的减少，系统的运行成本呈现两种情况：1)如果被减掉的火电机组之前已启动，随着火电机组的减少，之前不是最优选择的火电机组将开启或增加出力，则运行成本会增加。2)如果被减掉的火电机组之前并没有启动，则运行成本不变。根据上述规律(1)和(2)中关于运行成本、投资成本和维护成本的变化情况，可以得出打捆发电系统中火电机组装机数与打捆发电系统总成本的变化规律，即随着机组的减少，系统的投资成本下降，运行成本增加或不变，总成本(运行成本、投资成本和维护成本之和)有一个最小值，如图1所示。根据前述规律，采用树枝下降技术生成候选规划方案：首先，选择火电机组类型作为候选机组；然后，选择一个开始减少数(初始总装机数)；不断减少总装机数，生成打捆系统的各候选规划方案树，如图2所示，树中各枝代表系统候选规划方案。步骤3：对各候选方案进行风火电打捆系统协调调度模拟建立风火电长期协调调度模型以模拟打捆发电系统在规划期的运行行为，风火电系统长期协调调度模拟模型如下：3.1风电机组出力模型单风机出力模型为：其中，PWTG(t)为风机在t时刻的出力；Pw,r为风机额定功率；Vci、Vco和Vr为风机切入风速，切出风速和额定风速；Vj(t)为t时刻的风速；A、B、C为风机模型系数。整个风电场出力可由所有风电机组出力相加得到。3.2长期风火电协调调度模拟模型的目标函数长期风火电协调调度模拟的目的(目标函数)在于：通过安排每小时火电机组的开停机状态、开机机组的出力以协调风电场出力，在满足火电机组约束、系统约束下达到整个风火电打捆发电系统的运行成本最小。由于不需要消耗化石能源，风电的发电成本通常很低，这里假设风电发电成本为零。因此，打捆系统的运行成本主要为火电机组的运行成本，即火电的生产成本、开机成本和停机成本，即：minF=Σt=1TΣi=1N(Fi(Pi(t))+SUi(t)+SDi(t))---(2)]]>其中，F表示打捆发电系统中火电机组年运行成本，包括生产成本、机组开机成本和机组停机成本；Fi(Pi(t))表示火电机组i在t时刻的生产成本，Pi(t)为火电机组i在t时刻的出力，SUi(t)表示火电机组i在t时刻的开机成本，SDi(t)表示火电机组i在t时刻的停机成本；T表示年小时数(8760)，N表示打捆发电系统中的火电机组数。通常，生产成本常表示为：Fi(Pi(t))＝ai+bi·Pi(t)+ci·Pi(t)2(3)其中，ai、bi、ci为火电机组i的生产成本函数系数。开机成本SUi(t)与机组已停机时间相关，即SUi(t)=HSUiifTioff(t)≤Ticold+TiminoffCSUiifTioff(t)>Ticold+Timinoff---(4)]]>其中，HSUi为火电机组i的热启动成本，CSUi为火电机组i的冷启动成本；Tioff(t)为火电机组i到t时刻已停机的小时数；Ticold为火电机组i的冷启动小时数；Timinoff为火电机组i的最小停机时间。通常，火电的停机成本为一定值，这里取为0。3.3长期风火电协调调度模拟模型的约束条件风火电长期调度模拟模型中，需满足如下约束：(1)电力平衡每小时，火、风电发出的总功率需等于打捆发电系统的输送功率：Σi=1NUi(t)·Pi(t)+Pw,total(t)=PT(t)---(5)]]>其中，Ui(t)表示机组i在t时刻的状态，1表示机组开机，0表示机组停机；Pw,total(t)为t时刻风电总出力；PT(t)为打捆发电系统t时刻的输送功率。(2)系统旋转备用要求出了常规系统旋转备用外，当系统接入风电后，由于风电出力的不确定性，需要再增加一部分上旋转备用，以应对风电出力突然减小。同样地，如果风电出力突然增加，则需要火电减少出力，即火电机组不能运行到太靠近出力下限的位置，使得火电机组能够降低出力以消纳更多的风电。式(6)和(7)分别为计及风电后系统上旋转备用要求和下旋转备用要求：Σi=1NUi(t)·USi(t)&GreaterE本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风火电打捆发电系统优化规划方法，其特征在于：步骤1：选择合适的火电机组作为建设打捆发电系统的候选机组；根据规划要求，选择五种及以内火电机组类型构成打捆发电系统的候选机组；步骤2：生成打捆发电系统候选规划方案火电机组规划方案为离散值，优化规划方案的搜索过程是通过比较不同火电配置方案的优劣得到：既能满足各种约束又能使总成本最小的规划方案即为最优规划方案；打捆发电系统中火电机组装机数与打捆发电系统总成本的变化规律为：(1)随着打捆发电系统中火电机组装机数的减少，系统的投资、维护成本相应减少；(2)随着打捆发电系统中火电机组装机数的减少，系统的运行成本呈现两种情况：1)如果被减掉的火电机组之前已启动，随着火电机组的减少，之前不是最优选择的火电机组将开启或增加出力，则运行成本会增加；2)如果被减掉的火电机组之前并没有启动，则运行成本不变；根据上述规律(1)和(2)中关于运行成本、投资成本和维护成本的变化情况，得出打捆发电系统中火电机组装机数与打捆发电系统总成本的变化规律，即随着机组的减少，系统的投资成本下降，运行成本增加或不变，总成本有一个最小值；根据前述规律，采用树枝下降技术生成候选规划方案：首先，选择已选各火电机组类型作为候选机组；然后，选择一个开始减少数，即初始总装机数；不断减少总装机数，生成打捆系统的各候选规划方案树；步骤3：对各候选方案进行风火电打捆发电系统协调调度模拟建立风火电长期协调调度模型以模拟打捆发电系统在规划期的运行行为，风火电打捆发电系统长期协调调度模拟模型如下：3.1风电机组出力模型单风机出力模型为：其中，PWTG(t)为风机在t时刻的出力；Pw,r为风机额定功率；Vci、Vco和Vr为风机切入风速，切出风速和额定风速；Vj(t)为t时刻的风速；A、B、C为风机模型系数；整个风电场出力可由所有风电机组出力相加得到；3.2长期风火电协调调度模拟模型的目标函数长期风火电协调调度模拟模型的目的在于：通过安排每小时火电机组的开停机状态、开机机组的出力以协调风电场出力，在满足火电机组约束、系统约束下达到整个风火电打捆发电系统的运行成本最小；设风电发电成本为零，因此，打捆发电系统的运行成本主要为火电机组的运行成本，即火电的生产成本、开机成本和停机成本，即：minF=Σt=1TΣi=1N(Fi(Pi(t))+SUi(t)+SDi(t))---(2)]]>其中，F表示打捆发电系统中火电机组年运行成本，包括生产成本、机组开机成本和机组停机成本；Fi(Pi(t))表示火电机组i在t时刻的生产成本，Pi(t)为火电机组i在t时刻的出力，SUi(t)表示火电机组i在t时刻的开机成本，SDi(t)表示火电机组i在t时刻的停机成本；T表示年小时数(8760)，N表示打捆发电系统中的火电机组数；生产成本常表示为： Fi(Pi(t))＝ai+bi·Pi(t)+ci·Pi(t)2 (3)其中，ai、bi、ci为火电机组i的生产成本函数系数；开机成本SUi(t)与机组已停机时间相关，即其中，HSUi为火电机组i的热启动成本，CSUi为火电机组i的冷启动成本；Tioff(t)为火电机组i到t时刻已停机的小时数；Ticold为火电机组i的冷启动小时数；Timinoff为火电机组i的最小停机时间；火电的停机成本为一定值，取为0；3.3长期风火电协调调度模拟模型的约束条件风火电长期调度模拟模型中，需满足如下约束：(1)电力平衡每小时，火、风电发出的总功率需等于打捆发电系统的输送功率：Σi=1NUi(t)·Pi(t)+Pw,total(t)=PT(t)---(5)]]>其中，Ui(t)表示机组i在t时刻的状态，1表示机组开机，0表示机组停机；Pw,total(t)为t时刻风电总出力；PT(t)为打捆发电系统t时刻的输送功率；(2)系统旋转备用要求除了常规系统旋转备用外，当系统接入风电后，由于风电出力的不确定性，需要再增加一部分上旋转备用，以应对风电出力突然减小；同样地，如果风电出力突然增加，则需要火电减少出力，即火电机组不能运行到太靠近出力下限的位置，使得火电机组能够降低出力以消纳更多的风电；式(6)和(7)分别为计及风电后系统上旋转备用要求和下旋转备用要求：Σi=1NUi(t)·USi(t)≥BSR(t)+ASRup(Pw,total(t))---(6)]]>Σi=1NUi(t)·DSi(t)≥ASRdown(Pw,total(t))---(7)]]> BSR(t)＝α％×(PT(t)‑Pw,total(t)) ...
【技术特征摘要】
1.一种风火电打捆发电系统优化规划方法，其特征在于：步骤1：选择合适的火电机组作为建设打捆发电系统的候选机组；根据规划要求，选择五种及以内火电机组类型构成打捆发电系统的候选机组；步骤2：生成打捆发电系统候选规划方案火电机组规划方案为离散值，优化规划方案的搜索过程是通过比较不同火电配置方案的优劣得到：既能满足各种约束又能使总成本最小的规划方案即为最优规划方案；打捆发电系统中火电机组装机数与打捆发电系统总成本的变化规律为：(1)随着打捆发电系统中火电机组装机数的减少，系统的投资、维护成本相应减少；(2)随着打捆发电系统中火电机组装机数的减少，系统的运行成本呈现两种情况：1)如果被减掉的火电机组之前已启动，随着火电机组的减少，之前不是最优选择的火电机组将开启或增加出力，则运行成本会增加；2)如果被减掉的火电机组之前并没有启动，则运行成本不变；根据上述规律(1)和(2)中关于运行成本、投资成本和维护成本的变化情况，得出打捆发电系统中火电机组装机数与打捆发电系统总成本的变化规律，即随着机组的减少，系统的投资成本下降，运行成本增加或不变，总成本有一个最小值；根据前述规律，采用树枝下降技术生成候选规划方案：首先，选择已选各火电机组类型作为候选机组；然后，选择一个开始减少数，即初始总装机数；不断减少总装机数，生成打捆系统的各候选规划方案树；步骤3：对各候选方案进行风火电打捆发电系统协调调度模拟建立风火电长期协调调度模型以模拟打捆发电系统在规划期的运行行为，风火电打捆发电系统长期协调调度模拟模型如下：3.1风电机组出力模型单风机出力模型为：其中，PWTG(t)为风机在t时刻的出力；Pw,r为风机额定功率；Vci、Vco和Vr为风机切入风速，切出风速和额定风速；Vj(t)为t时刻的风速；A、B、C为风机模型系数；整个风电场出力可由所有风电机组出力相加得到；3.2长期风火电协调调度模拟模型的目标函数长期风火电协调调度模拟模型的目的在于：通过安排每小时火电机组的开停机状态、开机机组的出力以协调风电场出力，在满足火电机组约束、系统约束下达到整个风火电打捆发电系统的运行成本最小；设风电发电成本为零，因此，打捆发电系统的运行成本主要为火电机组的运行成本，即火电的生产成本、开机成本和停机成本，即：minF=Σt=1TΣi=1N(Fi(Pi(t))+SUi(t)+SDi(t))---(2)]]>其中，F表示打捆发电系统中火电机组年运行成本，包括生产成本、机组开机成本和机组停机成本；Fi(Pi(t))表示火电机组i在t时刻的生产成本，Pi(t)为火电机组i在t时刻的出力，SUi(t)表示火电机组i在t时刻的开机成本，SDi(t)表示火电机组i在t时刻的停机成本；T表示年小时数(8760)，N表示打捆发电系统中的火电机组数；生产成本常表示为：Fi(Pi(t))＝ai+bi·Pi(t)+ci·Pi(t)2(3)其中，ai、bi、ci为火电机组i的生产成本函数系数；开机成本SUi(t)与机组已停机时间相关，即其中，HSUi为火电机组i的热启动成本，CSUi为火电机组i的冷启动成本；Tioff(t)为火电机组i到t时刻已停机的小时数；Ticold为火电机组i的冷启动小时数；Timinoff为火电机组i的最小停机时间；火电的停机成本为一定值，取为0；3.3长期风火电协调调度模拟模型的约束条件风火电长期调度模拟模型中，需满足如下约束：(1)电力平衡每小时，火、风电发出的总功率需等于打捆发电系统的输送功率：Σi=1NUi(t)·Pi(t)+Pw,total(t)=PT(t)---(5)]]>其中，Ui(t)表示机组i在t时刻的状态，1表示机组开机，0表示机组停机；Pw,total(t)为t时刻风电总出力；PT(t)为打捆发电系统t时刻的输送功率；(2)系统旋转备用要求除了常规系统旋转备用外，当系统接入风电后，...
【专利技术属性】
技术研发人员：董吉哲，高辉，郭玉福，刘智兴，罗学宇，赵广禄，范恩洪，丁丽娟，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网吉林省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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