一种考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法技术

本发明专利技术涉及电力系统经济调度技术，具体涉及一种考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法，包括以下步骤：步骤1、根据电力系统内不同类型机组的燃料成本、启停成本和调峰成本，提出考虑核电调峰的电力系统机组组合优化目标函数；步骤2、提出考虑核电调峰的电力系统机组组合约束条件；步骤3、依据步骤1所述目标函数和步骤2所述约束条件，建立考虑核电调峰的电力系统机组组合优化模型并进行求解，得到机组组合方案。该优化方法综合考虑了核电调峰的安全约束，能够科学合理的安排电力系统日前调度计划，以满足电网负荷峰谷变化需求。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法
本专利技术属于电力系统经济调度
，尤其涉及一种考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法。
技术介绍
目前我国沿海地区负荷峰谷差持续增大，伴随着未来核电、风电的大规模并网，电力系统调峰形势愈发不容乐观，对核电机组参与调峰的需求与日俱增。虽然现代核电机组在设计上具备调峰能力，但当前我国核电机组调峰实例甚少，而且电力系统机组组合研究领域中，核电调峰及其安全约束的数学建模研究并未深入开展。因此，深入研究考虑核电调峰及其安全约束的电力系统机组组合问题具有重要意义。在一些欧美国家，核电机组已经具备负荷跟踪能力，可参与电力系统调峰调频。中国现有核电机组目前依然采用基核运行方式，但日趋增大的负荷峰谷差对核电机组参与电网调峰提出要求。另一方面，考虑到核电机组运行特性及风险，核电机组参与调峰运行必须满足一定的安全约束条件。目前基于调峰平衡判据或等效负荷法制定的核电机组调峰方案忽略了核电机组参与电网调峰时的安全约束，具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种综合考虑了核电调峰费用及调峰安全约束，对电力系统调度计划进行科学合理安排，满足电网负荷峰谷变化需求的机组组合优化方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法，包括以下步骤：步骤1、根据电力系统内不同类型机组的燃料成本、启停成本和调峰成本，提出考虑核电调峰的电力系统机组组合优化目标函数；步骤2、提出考虑核电调峰的电力系统机组组合约束条件；步骤3、依据步骤1所述目标函数和步骤2所述约束条件，建立考虑核电调峰的电力系统机组组合优化模型并进行求解，得到机组组合方案。在上述的考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法中，步骤1所述电力系统机组组合优化目标函数包括机组运行费用和机组调峰费用；所述机组运行费用和机组调峰费用按以下步骤求得：1.1、机组运行费用包括火电、核电机组燃料费用，火电机组启停费用，抽水蓄能机组启停费用；机组运行费用Y为：Y＝YG+ST+SPS(1)(1)式中，YG为火电、核电机组燃料费用，ST为火电机组启停费用，SPS为抽水蓄能机组启停费用；1.1.1、火电、核电机组燃料费用YG为：(2)式中，N为火电机组总台数；M为核电机组总台数；T为待研究的调度周期内所划分的时段总数；Y(Pi,k)为机组运行费用函数；Pi,k为机组i在k时段的有功功率；ca、cb、cc为运行费用参数；1.1.2、火电机组启停费用ST为：(3)式中，αi,k为0-1变量，当k时段机组i从停机状态转变为运行状态时，为1，否则为0；为火电机组i的启动费用；βi,k为0-1变量，当k时段机组i从运行状态转变为停机状态时，为1，否则为0；为火电机组i的停机费用；1.1.3、抽水蓄能机组启停费用SPS为：(4)式中，W为抽水蓄能机组总台数；为0-1变量，当k时段机组i从停机状态转变为发电工况时，为1，否则为0；为抽水蓄能机组i的发电机启动费用；为0-1变量，当k时段机组i从停机状态转变为抽水工况时，为1，否则为0；为抽水蓄能机组i的电动机启动费用；1.2、机组调峰费用包括火电机组深度调峰费用、核电机组调峰费用和抽水蓄能机组调峰费用；机组调峰费用CR为：CR＝CRT+CRP+CRN(5)(5)式中，CRT为火电机组深度调峰费用，CRN为核电机组调峰费用，CRP为抽水蓄能机组调峰费用；1.2.1、火电机组深度调峰费用CRT为：(6)式中，CRT,i为火电机组i单位容量的有偿调峰费用；Pn,i为机组额定出力；γPn,i为机组有偿调峰阈值，0<γ<100％；机组i在k时段的运行状态Ui,k为0-1变量，当机组运行时为1，当机组停机时为0；为火电机组i在k时段的实际出力；1.2.2、核电机组调峰费用CRN为：(7)式中，CRN,i为核电机组i单位容量的调峰费用，λi,k为调峰深度，Pn,i为核电机组i的额定出力，λi,kPn,i为核电机组i在k时段的调峰容量，为核电机组i在k时段的实际出力；核电机组单位容量调峰费用CRN,i为(8)式中，Cn为核电机组额定功率带基荷运行时的发电费用；η1为核电机组额定工况下的核电厂厂用电率；η2为核电机组处于功率水平(1-λ)Pn时的核电厂厂用电率；1.2.3、抽水蓄能机组调峰费用CRP为(9)式中，为抽水蓄能机组i在k时段的抽水功率，其值为负；1.3、步骤1所述的组合优化目标为min(Y+CR)。在上述的考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法中，步骤2所述电力系统机组组合约束条件包括基本约束、核电机组出力特性约束和抽水蓄能机组出力特性约束；具体建立方式如下：2.1、基本约束包括有功平衡约束，正、负备用容量约束，发电机出力上下限约束，机组功率调整速率约束，启停状态约束，最小运行、停机时间约束；2.1.1、有功平衡约束为：(10)式中，为抽水蓄能机组i在k时段的功率；PL,k为k时段的综合负荷；2.1.2、发电机出力上下限约束为：Ui,kPi,min≤Pi,k≤Ui,kPi,max(11)(11)式中，Pi,max为发电机组i最大技术出力，Pi,min为发电机组i最小技术出力；2.1.3、机组功率调整速率约束为：(12)式中，rr,i为发电机组i升功率最大速率，rd,i为发电机组i降功率最大速率；Δt为单个时段的时长；2.1.4、启停状态约束为：2.1.5、最小运行、停机时间约束；2.1.5.1、最小运行时间约束为：(14)式中，为发电机组i最小运行时间；2.1.5.2、最小停机时间约束为：(15)式中，为发电机组i最小停运时间；2.1.6、正、负备用容量约束；2.1.6.1、正备用容量约束为：(16)式中，PPR为系统正备用需求；2.1.6.2、负备用容量为：(17)式中，PNR为系统负备用需求；2.2、核电机组出力特性约束包括核电机组基本功率约束，满功率持续运行时间约束，低功率持续运行时间约束，升功率持续运行时间约束，降功率持续运行时间约束；2.2.1、核电机组基本功率约束为(18)式中，分别为核电机组i的满功率及低功率运行水平，ΔPiN为第i台核电机组每小时功率变化量，和为核电机组功率调节时段的过渡功率运行水平；ai,k、bi,k、ci,k、di,k分别为为核电机组运行在和四个功率运行水平对应的运行标志；2.2.2、满功率持续运行时间约束为(19)式中，Ta为核电机组满功率运行最小持续时间；2.2.3、低功率持续运行时间约束为(20)式中，Tb为核电机组低功率运行最小持续时间；2.2.4、升功率持续运行时间约束，降功率持续运行时间约束过程中，相邻时段的出力满足严格的时间耦合约束，具体表现为机组组合模型中核电机组运行标志在相邻时间段的先后顺序满足如下关系：升功率b→c→d→a；降功率a→d→c→b；2.2.4.1、升功率时间耦合约束分解成b→c→d和c→d→a；其中，b→c→d为di,k+1≥(ci,k+bi,k-1-1)(21)c→d→a为ai,k+1≥(di,k+ci,k-1-1)(22)2.2.4.2、降功率时间耦合约束分解成a→d→c和d→c→b；其中，a→d→c为ci,k+1≥(di,k+ai,k-1-1)(23)d→c→b为b本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、根据电力系统内不同类型机组的燃料成本、启停成本和调峰成本，提出考虑核电调峰的电力系统机组组合优化目标函数；步骤2、提出考虑核电调峰的电力系统机组组合约束条件；步骤3、依据步骤1所述目标函数和步骤2所述约束条件，建立考虑核电调峰的电力系统机组组合优化模型并进行求解，得到机组组合方案。

【技术特征摘要】
1.一种考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、根据电力系统内不同类型机组的燃料成本、启停成本和调峰成本，提出考虑核电调峰的电力系统机组组合优化目标函数；步骤2、提出考虑核电调峰的电力系统机组组合约束条件；步骤3、依据步骤1所述目标函数和步骤2所述约束条件，建立考虑核电调峰的电力系统机组组合优化模型并进行求解，得到机组组合方案。2.如权利要求1所述的考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法，其特征是，步骤1所述电力系统机组组合优化目标函数包括机组运行费用和机组调峰费用；所述机组运行费用和机组调峰费用按以下步骤求得：1.1、机组运行费用包括火电、核电机组燃料费用，火电机组启停费用，抽水蓄能机组启停费用；机组运行费用Y为：Y＝YG+ST+SPS(1)(1)式中，YG为火电、核电机组燃料费用，ST为火电机组启停费用，SPS为抽水蓄能机组启停费用；1.1.1、火电、核电机组燃料费用YG为：(2)式中，N为火电机组总台数；M为核电机组总台数；T为待研究的调度周期内所划分的时段总数；Y(Pi,k)为机组运行费用函数；Pi,k为机组i在k时段的有功功率；ca、cb、cc为运行费用参数；1.1.2、火电机组启停费用ST为：(3)式中，αi,k为0-1变量，当k时段机组i从停机状态转变为运行状态时，为1，否则为0；为火电机组i的启动费用；βi,k为0-1变量，当k时段机组i从运行状态转变为停机状态时，为1，否则为0；为火电机组i的停机费用；1.1.3、抽水蓄能机组启停费用SPS为：(4)式中，W为抽水蓄能机组总台数；为0-1变量，当k时段机组i从停机状态转变为发电工况时，为1，否则为0；为抽水蓄能机组i的发电机启动费用；为0-1变量，当k时段机组i从停机状态转变为抽水工况时，为1，否则为0；为抽水蓄能机组i的电动机启动费用；1.2、机组调峰费用包括火电机组深度调峰费用、核电机组调峰费用和抽水蓄能机组调峰费用；机组调峰费用CR为：CR＝CRT+CRP+CRN(5)(5)式中，CRT为火电机组深度调峰费用，CRN为核电机组调峰费用，CRP为抽水蓄能机组调峰费用；1.2.1、火电机组深度调峰费用CRT为：(6)式中，CRT,i为火电机组i单位容量的有偿调峰费用；Pn,i为机组额定出力；γPn,i为机组有偿调峰阈值，0<γ<100％；机组i在k时段的运行状态Ui,k为0-1变量，当机组运行时为1，当机组停机时为0；为火电机组i在k时段的实际出力；1.2.2、核电机组调峰费用CRN为：(7)式中，CRN,i为核电机组i单位容量的调峰费用，λi,k为调峰深度，Pn,i为核电机组i的额定出力，λi,kPn,i为核电机组i在k时段的调峰容量，为核电机组i在k时段的实际出力；核电机组单位容量调峰费用CRN,i为(8)式中，Cn为核电机组额定功率带基荷运行时的发电费用；η1为核电机组额定工况下的核电厂厂用电率；η2为核电机组处于功率水平(1-λ)Pn时的核电厂厂用电率；1.2.3、抽水蓄能机组调峰费用CRP为(9)式中，为抽水蓄能机组i在k时段的抽水功率，其值为负；1.3、步骤1所述的组合优化目标为min(Y+CR)。3.如权利要求2所述的考虑核电调峰及其安全约束的机组组合优化方法，其特征是，步骤2所述电力系统机组组合约束条件包括基本约束、核电机组出力特性约束和抽水蓄能机组出力特性约束；具体建立方式如下：2.1、基本约束包括有功平衡约束，正、负备用容量约束，发电机出力上下限约束，机组功率调整速率约束，启停状态约束，最小运行、停机时间约束；2.1.1、有功平衡约束为：(10)式中，为抽水蓄能机组i在k时段的功率；PL,k为k时段的综合负荷；2.1.2、发电机出力上下限约束为：Ui,kPi,min≤Pi,k≤Ui,kPi,max(11)(11)式中，Pi,max为发电机组i最大技术出力，Pi,min为发电机组i最小技术出力；2.1.3、机组功率调整速率约束为：(12)式中，rr,i为发电机组i升功...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洁，刘涤尘，王骏，邵尤国，王力，张胜峰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42