利用供热时滞性实现热电机组参与系统调峰调度的方法技术方案

本发明专利技术是一种利用供热时滞性热电机组参与调峰调度的方法，其特点是，包括供热时滞性的数学表达形式、总热负荷的优化调度、利用时滞性调节热电机组的出力范围、风-电-热综合调度模型和优化模型求解策略等内容。利用供热时滞性，在几乎不影响人民工作生活需要的前提下，一定程度上解决了以往热电机组不参与调峰或参与调峰容量小为电网调峰带来的难题。具有计算简单、结果合理、易于实现且应用价值高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统有功调度领域，是一种利用供热时滞性实现热电机组参与系统调峰调度的方法。
技术介绍
当前，我国北方地区冬季供暖期热电机组按照“以热定电”约束运行，热电机组调峰范围小，加之风电反调峰特性，弃风现象严重，导致大量清洁能源的浪费。目前电网中，传统机组的结构已经基本固定，机组的组合模式难以改变，所以欲提高系统调峰能力，挖掘热电机组出力显得尤为重要。事实上，热网和建筑物的储热能力很强，考虑供热时滞性后，抽汽式机组可以解耦其“以热定电”约束，扩大出力调整范围，进而提高调峰能力，以接纳更多风电。现有研究对热网和建筑物的供热时滞性进行了描述，采取多种方法以增强系统调峰能力。热电联产与分产供热相结合的方式不足以满足供热质量；用户对供热的需求具有一定时滞性，短时间内对供热量的调整不至于大范围影响用户需求。研究削减供热量及削减时间对用户室温的影响有助于将供热时滞性应用于热电机组调峰中；蓄热装置能储存多余的能源，在需要时释放，目前蓄热装置主要安装在热电厂附近，且其经济效益不高，对于热电系统来说，用户是很好的蓄热载体，且不需要花费额外费用。因此，将供热受端用户作为蓄热载体，利用供热时滞性增大热电机组调峰能力是一种经济可行的方法，有助于减小系统调峰压力。室温的变化不仅受供热影响，自然影响也占有很大比重。故室内温度波动性不可避免，即使热电机组出力波动范围不大，实际生活中，温度也不是保持不变的，热电机组利用供热时滞性调峰所产生的温度波动是可以控制在此范围内的。如在高峰负荷，增大热电机组出力和供热量，室温升高，此时供热系统作为一个大的储热装置储存一定热量；在低谷负荷，热电机组减少出力和供热量，由供热系统储存的热量配合供热。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种具有计算简单、结果合理、易于实现且应用价值高的利用供热时滞性热电机组参与调峰调度的方法。本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种利用供热时滞性热电机组参与调峰调度的方法，其特征是，它包括以下内容：1)供热时滞性的数学表达形式用以下模型来表示热网回水温度τh,t、建筑物室温τn,t与热网供水温度τg,t、室外温度τw,t之间的关系，供热时滞性的约束条件表示为τh,t=Σj=1Jαjτn,t-j+Σj=0Jβjτg,t-j+Σj=0Jγjτw,t-j---(1)]]>τn,t=Σe=1Eθeτn,t-e+Σe=0Eφeτg,t-e+Σe=0Eωeτw,t-e---(2)]]>热电厂抽汽供热流量与热网供回水温度之间的关系用下式表示Pht=Gcp(τg,t-τh,t)---(3)]]>式中：J、E表示模型的阶次，温度的单位统一为℃；Ph为抽汽供热流量，MW：G为热网水流量，t/h；cp为定压比热容，J/(kg·℃)；2)总热负荷的优化调度通过当前时刻的采暖建筑物的室内温度、供热流量、室外温度预测下一时刻的室内温度，根据下一时刻室内温度的变化趋势，实时调节热电机组的供热流量，合理分配全网的供热流量，使所有参与调度的抽汽式机组的发电功率调节范围之和最大，目标函数表示为：maxΣi=1βPimax-cv1,ihi-[ui(cm,ihi+Ki)+vi(Pimin-cv2,ihi)]---(4)]]>约束条件:0≤hi≤hT,imax---(5)]]>Σi=1βhi=H---(6)]]>ui+vi＝1(7)uihmed,i≤uihi≤uihT,imax---(8)]]>0≤vihi≤vihmed,i(9)目标函数中，cv保持恒定进气量条件下，改变供热抽取两时发电机功率的较少量，cv,1为最大电力出力条件下与之对应的cv值，cv,2为最小电力出力条件下与之对应的cv值；cm为在背压运行条件下热功率和电功率的弹性系数；hmed为在机组发电功率最小条件下的供热功率；为抽气机组的供热功率上限值；Pimin、Pimax分别为抽气机组的发电功率上、下限值；Ki为常数，β是系统内热电机组的数目；约束条件中，供热功率hi要满足功率上下限约束；各发电机组的发热总和要满足供求平衡；ui、vi为0、1变量，分别表示抽气机组的关状态(0)和开状态(1)；3)利用时滞性调节热电机组的出力范围基于抽汽式机组的运行工况，对于一个给定的供热功率h，其输出电功率可在一定可行的范围内进行调节，改变供热功率h值，会使机组的出力调节范围产生响应的影响；传统的热电机组的调度方式下，抽汽式机组的供热水平基本保持不变，因此抽汽式机组的调峰能力有限，抽汽式机组的电热特性数学描述如下：PCHP,it≥min(cm,iPh,it+Ki,PCHP,imin-cv2,iPh,it)PCHP,it≤PCHP,imax-cv1,iPh,it---(10)]]>其中，分别为抽汽式机组i在凝气工况下最小、最大有功出力；为抽汽式机组i在t时刻的发电出力；式(10)给出了抽汽式机组热功率与发电功率之间的数学关系，由此能够计算出在给定的热功率的条件下抽汽式机组的发电功率的上下限，考虑了热网和采暖建筑物的供热时滞性后，热电机组的供热流量根据采暖室温的变化作相应的调整，通过降低热电机组在负荷低谷时段的供热水平，来增大抽汽式机组的发电功率的上下限，从而使热电机组具备调峰的能力；4)风-电-热综合调度模型在满足电、热平衡的前提下，以系统发电成本最小为目标，通过对热电机组、常规机组和风电机组的出力的优化分配，因此，优化目标函数为其中：F是系统的煤耗总量；是系统内第i台热电机组t时段的煤耗量，且FCHP,i=c0,i+c1,iPCHP,i+c2,iPh,i+c3,iPCHP,i2+c4,iPCHP,iPh,i+c5,iPh,i2;]]>是系统内第i台常规机组t时段的煤耗量，β是系统内热电机组的数目；δ是系统内常规机组的数目；T为运行周期；约束条件A.供电平衡忽略网损条件下的系统供电平衡约束Σi∈βPCHP,it+Σi∈δPCON,it+Pfst=PDtt∈T---(12)]]>其中：为系统内第i台抽汽式机组t时段的电出力；是系统内第i台纯凝机组t时段的电出力；是风电场t时段实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用供热时滞性热电机组参与调峰调度的方法，其特征是，它包括以下内容：1)供热时滞性的数学表达形式用以下模型来表示热网回水温度τh,t、建筑物室温τn,t与热网供水温度τg,t、室外温度τw,t之间的关系，供热时滞性的约束条件表示为τh,t=Σj=1Jαjτn,t-j+Σj=0Jβjτg,t-j+Σj=0Jγjτw,t-j---(1)]]>τn,t=Σe=1Eθeτn,t-e+Σe=0Eφeτg,t-e+Σe=0Eωeτw,t-e---(2)]]>热电厂抽汽供热流量与热网供回水温度之间的关系用下式表示Pht=Gcp(τg,t-τh,t)---(3)]]>式中：J、E表示模型的阶次，温度的单位统一为℃；Ph为抽汽供热流量，MW：G为热网水流量，t/h；cp为定压比热容，J/(kg·℃)；2)总热负荷的优化调度通过当前时刻的采暖建筑物的室内温度、供热流量、室外温度预测下一时刻的室内温度，根据下一时刻室内温度的变化趋势，实时调节热电机组的供热流量，合理分配全网的供热流量，使所有参与调度的抽汽式机组的发电功率调节范围之和最大，目标函数表示为：maxΣi=1βPimax-cv1,ihi-[ui(cm,ihi+Ki)+vi(Pimin-cv2,ihi)]---(4)]]>约束条件:0≤hi≤hT,imax---(5)]]>Σi=1βhi=H---(6)]]>ui+vi＝1            (7)uihmed,i≤uihi≤uihT,imax---(8)]]>0≤vihi≤vihmed,i---(9)]]>目标函数中，cv保持恒定进气量条件下，改变供热抽取两时发电机功率的较少量，cv,1为最大电力出力条件下与之对应的cv值，cv,2为最小电力出力条件下与之对应的cv值；cm为在背压运行条件下热功率和电功率的弹性系数；hmed为在机组发电功率最小条件下的供热功率；为抽气机组的供热功率上限值；分别为抽气机组的发电功率上、下限值；Ki为常数，β是系统内热电机组的数目；约束条件中，供热功率hi要满足功率上下限约束；各发电机组的发热总和要满足供求平衡；ui、vi为0、1变量，分别表示抽气机组的关状态(0)和开状态(1)；3)利用时滞性调节热电机组的出力范围基于抽汽式机组的运行工况，对于一个给定的供热功率h，其输出电功率可在一定可行的范围内进行调节，改变供热功率h值，会使机组的出力调节范围产生响应的影响；传统的热电机组的调度方式下，抽汽式机组的供热水平基本保持不变，因此抽汽式机组的调峰能力有限，抽汽式机组的电热特性数学描述如下：PCHP,it≥min(cm,iPh,it+Ki,PCHP,imin-cv2,iPh,it)PCHP,it≤PCHP,imax-cv1,iPh,it---(10)]]>其中，分别为抽汽式机组i在凝气工况下最小、最大有功出力；为抽汽式机组i在t时刻的发电出力；式(10)给出了抽汽式机组热功率与发电功率之间的数学关系，由此能够计算出在给定的热功率的条件下抽汽式机组的发电功率的上下限，考虑了热网和采暖建筑物的供热时滞性后，热电机组的供热流量根据采暖室温的变化作相应的调整，通过降低热电机组在负荷低谷时段的供热水平，来增大抽汽式机组的发电功率的上下限，从而使热电机组具备调峰的能力；4)风‑电‑热综合调度模型在满足电、热平衡的前提下，以系统发电成本最小为目标，通过对热电机组、常规机组和风电机组的出力的优化分配，因此，优化目标函数为其中：F是系统的煤耗总量；是系统内第i台热电机组t时段的煤耗量，且FCHP,i=c0,i+c1,iPCHP,i+c2,iPh,i+c3,iPCHP,i2+c4,iPCHP,iPh,i+c5,iPh,i2;]]>是系统内第i台常规机组t时段的煤耗量，β是系统内热电机组的数目；δ是系统内常规机组的数目；T为运行周期；约束条件A.供电平衡忽略网损条件下的系统供电平衡约束Σi∈βPCHP,it+Σi∈δPCON,it+Pfst=PDt,t∈T---(12)]]>其中：为系统内第i台抽汽式机组t时段的电出力；是系统内第i台纯凝机组t时段的电出力；是风电场t时段实际出力；是系统在t时段的负荷预测值；B.供热平衡忽略传输损耗条件下的供热平衡约束Σi∈&bet...

【技术特征摘要】
1.一种利用供热时滞性热电机组参与调峰调度的方法，其特征是，它包括以下内容：
1)供热时滞性的数学表达形式
用以下模型来表示热网回水温度τh,t、建筑物室温τn,t与热网供水温度τg,t、室外温度τw,t之
间的关系，供热时滞性的约束条件表示为
τh,t=Σj=1Jαjτn,t-j+Σj=0Jβjτg,t-j+Σj=0Jγjτw,t-j---(1)]]>τn,t=Σe=1Eθeτn,t-e+Σe=0Eφeτg,t-e+Σe=0Eωeτw,t-e---(2)]]>热电厂抽汽供热流量与热网供回水温度之间的关系用下式表示
Pht=Gcp(τg,t-τh,t)---(3)]]>式中：J、E表示模型的阶次，温度的单位统一为℃；Ph为抽汽供热流量，MW：G为热网水流
量，t/h；cp为定压比热容，J/(kg·℃)；
2)总热负荷的优化调度
通过当前时刻的采暖建筑物的室内温度、供热流量、室外温度预测下一时刻的室内温度，
根据下一时刻室内温度的变化趋势，实时调节热电机组的供热流量，合理分配全网的供热流
量，使所有参与调度的抽汽式机组的发电功率调节范围之和最大，目标函数表示为：
maxΣi=1βPimax-cv1,ihi-[ui(cm,ihi+Ki)+vi(Pimin-cv2,ihi)]---(4)]]>约束条件:
0≤hi≤hT,imax---(5)]]>Σi=1βhi=H---(6)]]>ui+vi＝1(7)
uihmed,i≤uihi≤uihT,imax---(8)]]>0≤vihi≤vihmed,i---(9)]]>目标函数中，cv保持恒定进气量条件下，改变供热抽取两时发电机功率的较少量，cv,1为
最大电力出力条件下与之对应的cv值，cv,2为最小电力出力条件下与之对应的cv值；cm为在
背压运行条件下热功率和电功率的弹性系数；hmed为在机组发电功率最小条件下的供热功率；
为抽气机组的供热功率上限值；分别为抽气机组的发电功率上、下限值；Ki为

\t常数，β是系统内热电机组的数目；约束条件中，供热功率hi要满足功率上下限约束；各发
电机组的发热总和要满足供求平衡；ui、vi为0、1变量，分别表示抽气机组的关状态(0)和
开状态(1)；
3)利用时滞性调节热电机组的出力范围
基于抽汽式机组的运行工况，对于一个给定的供热功率h，其输出电功率可在一定可行
的范围内进行调节，改变供热功率h值，会使机组的出力调节范围产生响应的影响；传统的
热电机组的调度方式下，抽汽式机组的供热水平基本保持不变，因此抽汽式机组的调峰能力
有限，抽汽式机组的电热特性数学描述如下：
PCHP,it≥min(cm,iPh,it+Ki,PCHP,imin-cv2,iPh,it)PCHP,it≤PCHP,imax-cv1,iPh,it---(10)]]>其中，分别为抽汽式机组i在凝气工况下最小、最大有功出力；为抽汽
式机组i在t时刻的发电出力；式(10)给出了抽汽式机组热功率与发电功...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄大为，于娜，蔡国伟，宗晓英，张志鹏，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22