一种利用热网储能特性的热‑电系统联合经济调度方法技术方案

一种利用热网储能特性的热‑电系统联合经济调度方法，分析热网储能对热电机组的影响；确定热网在热电机组改变供热抽汽量后保持安全稳定运行的约束；根据含高比例热电机组电力系统产生弃风的具体原因制定考虑热网储能的热‑电系统两阶段调度策略；计算风电不确定性引起的系统安全风险成本；建立以最小弃风量为目标的考虑热网储热计及风电不确定性成本的热‑电系统联合经济调度模型；采用快速粒子群算法求解模型。本发明专利技术方法能提高热电机组调峰能力，根据供热阶段系统具体的弃风原因采取两阶段热电机组调度策略，以减少系统弃风；在热电机组的调度过程中，将风电的不确定性量化为风险成本，加入到调度目标函数中，以协调系统的运行成本和风险。

The joint economic dispatch of a thermal power system make full use of the heat energy storage characteristic method

The joint economic dispatch of a thermal power system make full use of the heat energy storage characteristic analysis method, heat storage effect on thermoelectric units; determined to maintain safe and stable operation of the heating network in thermoelectric unit change constrained heating steam quantity; according to the specific reasons with high proportion of thermoelectric generator power system has abandoned wind formulation considering thermal electric the two stage system network storage scheduling policy; calculating the uncertainty of wind power system security risk caused by the cost; the establishment of a joint economic dispatch of thermal power system model with minimum as the goal of the abandoned wind heat storage and heat supply network considering the uncertainty of wind power cost; the particle swarm algorithm to solve the model. The method of the invention can improve the peak load capacity of power units, take two stage scheduling strategy based on thermoelectric unit of abandoned wind the specific cause of the heating system, to reduce the abandoned wind system; in the scheduling process of thermal units, wind power will quantify the uncertainty of risk cost, added to the scheduling objective function, the operation cost coordination system and risk.

【技术实现步骤摘要】
一种利用热网储能特性的热-电系统联合经济调度方法
本专利技术涉及热-电系统联合调度
，尤其是一种利用热网储热功能计及风电不确定性成本的热-电系统联合经济调度方法。
技术介绍
供热系统主要由热电厂、热网加热单元、热网热量传输单元和热用户四个部分组成。其中热网热量传输单元包含大量管道和换热设备，具有大容量储能功能。利用热网的储能特性，在供热高峰期可以使热电机组在满足供热需求的前提下短时间内调整供热抽汽量，提高机组调峰能力。抽汽式热电机组供热出力和电出力的耦合关系称为机组的“电热特性”，其电热特性可按下式表示，在满足运行要求的条件下可以通过调节抽汽量来调整热电比。CminHCHP≤PCHP≤Pmax-CmaxHCHP式中，PCHP为热电机组电出力，HCHP为热电机组热出力，Cmin和Cmax为机组电功率的下限和上限，Pmax为电功率最大值。热电机组供热抽汽量增加，机组调峰裕度减小，调峰能力下降，当机组工作在纯凝工况时，热电机组至少有50％的调峰裕度，而当机组供热抽汽量达到最大时，热电机组几乎没有调峰能力。目前含高比例热电机组的电力系统提高风电消纳能力的主要方式有增设调峰电源、跨区外送、电力供暖或加装储能设备等，这些方法都需要增加大量投资进行建设，同时也很少考虑风电自身不确定性对调度结果产生的影响。综上所述，有必要专利技术一种充分利用现有设备和资源又能够计及风电接入对电力系统影响的热-电系统调度方法，以解决现有方法的诸多问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种能够有效减少弃风、量化风电接入对调度过程影响的考虑热网储能功能的热-电系统联合经济调度方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案：本专利技术所述调度方法利用热网自身的储能功能，通过对热网蓄放热进行有序调控，短时间内调整热电机组供热量改变机组发电水平，降低供热和发电的耦合程度，保证热需求的同时提高机组的调峰能力；同时通过监测风电接入引起的系统母线电压波动和计算系统预留备用容量的精确程度，构建风电接入风险成本模型，考量风电接入后系统的运行风险；根据系统弃风的具体原因，制定热-电系统两阶段联合调度策略，更多地消纳风电；最后采用快速粒子群算法对模型进行求解。进一步的，所述方法的具体步骤如下：步骤1，分析不同容量热网储能对热电机组的影响，利用热网的储能功能提高热电机组的调峰能力；步骤2，分析热网运行状态，确定热网在热电机组改变供热抽汽量后保持安全稳定运行的约束条件；步骤3，分析热-电系统产生弃风的具体原因，根据具体的弃风原因制定考虑热网储能的热-电系统两阶段联合调度策略；步骤4，计算风电接入系统后由风电不确定性产生的系统安全风险成本；步骤5，建立以最小弃风量为目标的考虑热网储热计及风电不确定性成本的热-电系统联合经济调度模型；步骤6，采用快速粒子群算法求解模型，验证所提模型和调度方法的正确性和有效性。进一步的，所述步骤1的具体过程如下：(1-1)供热系统分析供热系统主要由热电厂、热网加热单元、热网热量传输单元和热用户四个部分组成；其中热网热量传输单元包含大量管道和换热设备，具有大容量储能功能；利用热网的储能功能，在供热高峰期可以使热电机组在满足供热需求的前提下短时间内调整供热抽汽量；(1-2)热电机组特性分析抽汽式热电机组供热出力和电出力的耦合关系称为机组的“电热特性”，其电热特性可按下式表示，在满足运行要求的条件下可以通过调节抽汽量来调整机组的热电比；CminHCHP≤PCHP≤Pmax-CmaxHCHP式中，PCHP为热电机组电出力，HCHP为热电机组热出力，Cmin和Cmax为机组电功率的下限和上限，Pmax为电功率最大值；在热负荷较高时，热电机组受“以热定电”运行模式的限制，随着供热抽汽量的增加，电功率的调节范围不断缩小，随着热电机组供热抽汽量的增加，机组调峰裕度减小，调峰能力下降；当机组工作在纯凝工况时，热电机组至少有50％的调峰裕度，而当机组供热抽汽量达到最大时，热电机组几乎没有调峰能力。进一步的，所述步骤2的具体过程如下：利用热网的储能功能，调整热电机组供热抽汽量提高机组调峰能力，需要保证热网安全稳定工作，遵循以下约束关系：(2-1)厂内热网汽源压力约束Px≥Pmin短时间内减少供热抽汽量，提高热电机组调峰能力时，需要保障厂内热网气源压力维持在一个安全范围，根据等焓膨胀原理，Px作如下计算：式中，Px为热网汽源压强，vx为待求解热网气源压强下的蒸汽比容，为同一蒸汽焓商下压强和蒸汽比容的关系，M1为热网蒸汽量，v1为设计值下的蒸汽比容，τ为供热流量输入输出偏差，T为热网蓄放热持续时间，为热网容积；(2-2)热网容量约束Smin≤St≤Smax式中，St是热网阶段性储热量，Smin和Smax为热网最小和最大储热量；(2-3)热平衡约束Δt(Hin，t-Hout，t-klossSt)＝St+1-St式中，Hin，t为热网输入热量，Hout，t为热网输出热量，kloss为热损耗系数。进一步的，所述步骤3的具体过程如下：(3-1)含高比例热电机组的电力系统弃风原因分析1)用电负荷处在低谷期，风电出力和热负荷处在高位，热电机组受供热制约调峰能力有限，该时段受制于系统本身风电接入能力有限产生弃风；2)用电负荷逐渐增加，风电出力和热负荷处在低谷期，但风电出力变化剧烈，此时多由于风电出力的反调峰性和不确定性导致旋转备用无法满足风电接入条件产生弃风；(3-2)制定热-电系统两阶段联合调度策略第一阶段调度是通过判断是否由于系统本身风电接入能力有限导致弃风的产生，进而调度热电机组供热抽汽参数改变，采取热电机组连续调节，减少供热抽汽量，提高机组调峰能力，热网蓄放热补充热源缺失部分的方式提高系统风电消纳能力；第二阶段调度加入弃风预判机制，根据弃风可能性判断是否采取利用热网储能功能提前调节热电机组抽汽参数的方式，对热网蓄放热进行控制，优化热电机组出力，提高系统调峰能力；弃风可能性Pk通过风电实际出力和预测出力的偏差概率进行计算，如下式：式中，和为风电实际出力小于或大于计划出力的概率；式中，Φp(O)和Φp(pw)为风电在出力为0和pw时的积分，为风电t时段实际出力，pw，t为风电t时段计划出力，为风电计划出力在t时段的概率密度。进一步的，所述步骤4的具体过程如下：(4-1)确定风电不确定性成本的影响因子1)风电并网引起的系统母线电压波动越剧烈，风险成本越高；2)风电出力不足和盈余情况发生概率越高，风险成本越高；3)风电实际出力和计划出力之间的差值越大，风险成本越高；(4-2)测量风电接入对系统的扰动程度定义系统内不同母线电压观测值的标准差为母线电压分布指数，表征风电出力波动性对系统的扰动程度；式中，uk为第k次母线电压观测值，为观测电压平均值，m为观测样本容量；(4-3)构建风电不确定性成本函数定义系统正负备用风险调度费用为风电不确定性成本；fRCS＝fR，u+fR，d式中，fR，u为风电场出力盈余成本，fR，d为风电场出力不足成本；正旋转备用风险调度费用计算如下：式中，ξu为出力不足成本系数，μ′u，t为μu，t的归一化值，ψu，t为t时刻风电出力不足概率，Pw，t为t时刻系统的风电实际接入量，Eu，t为风电实际出力的条件期望；负旋转备用风险调度费用计算如下：式中，ξd为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用热网储能对含风电热‑电系统进行联合经济调度的方法，其特征在于：所述调度方法充分利用热网自身的储能功能，通过对热网蓄放热进行有序调控，短时间内对热电机组供热量进行调整，以降低供热和发电的耦合程度，保证热需求的同时提高机组的调峰能力；同时通过监测风电接入引起的系统母线电压波动和计算系统预留备用容量的精确程度，构建风电接入风险成本模型，考量风电接入后电力系统的运行风险；然后根据系统产生弃风的具体原因，制定热‑电系统两阶段联合调度策略，更多地消纳风电；最后采用快速粒子群算法对调度模型进行求解。

【技术特征摘要】
1.一种利用热网储能对含风电热-电系统进行联合经济调度的方法，其特征在于：所述调度方法充分利用热网自身的储能功能，通过对热网蓄放热进行有序调控，短时间内对热电机组供热量进行调整，以降低供热和发电的耦合程度，保证热需求的同时提高机组的调峰能力；同时通过监测风电接入引起的系统母线电压波动和计算系统预留备用容量的精确程度，构建风电接入风险成本模型，考量风电接入后电力系统的运行风险；然后根据系统产生弃风的具体原因，制定热-电系统两阶段联合调度策略，更多地消纳风电；最后采用快速粒子群算法对调度模型进行求解。2.根据权利要求1所述的一种利用热网储能含风电的热-电系统联合经济调度方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：步骤1，分析不同容量热网储能对热电机组的影响，利用热网的储能功能提高热电机组的调峰能力；步骤2，分析热网运行状态，确定热网在热电机组改变供热抽汽量后保持安全稳定运行的约束条件；步骤3，分析热-电系统产生弃风的具体原因，根据具体的弃风原因制定考虑热网储能的热-电系统两阶段联合调度策略；步骤4，计算风电接入系统后由风电不确定性产生的系统安全风险成本；步骤5，建立以最小弃风量为目标的考虑热网储热计及风电不确定性成本的热-电系统联合经济调度模型；步骤6，采用快速粒子群算法求解模型，验证所提模型和调度方法的正确性和有效性。3.根据权利要求2所述的一种利用热网储能含风电的热-电系统联合经济调度方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程如下：(1-1)供热系统分析供热系统主要由热电厂、热网加热单元、热网热量传输单元和热用户四个部分组成；其中热网热量传输单元包含大量管道和换热设备，具有大容量储能功能；利用热网的储能功能，在供热高峰期可以使热电机组在满足供热需求的前提下短时间内调整供热抽汽量；(1-2)热电机组特性分析抽汽式热电机组供热出力和电出力的耦合关系称为机组的“电热特性”，其电热特性可按下式表示，在满足运行要求的条件下可以通过调节抽汽量来调整机组的出力。CminHCHP≤PCHP≤Pmax-CmaxHCHP式中，PCHP为热电机组电出力，HCHP为热电机组热出力，Cmin和Cmax为机组电功率的下限和上限，Pmax为电功率最大值；在热负荷较高时，热电机组受“以热定电”运行模式的限制，随着热电机组供热抽汽量的增加，机组电功率的调节范围不断缩小，机组调峰裕度减小，调峰能力下降。当机组工作在纯凝工况时，热电机组至少有50％的调峰裕度，而当机组供热抽汽量达到最大时，热电机组几乎没有调峰能力。4.根据权利要求2所述的一种利用热网储能含风电的热-电系统联合经济调度方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：利用热网的储能功能，调整热电机组供热抽汽量提高机组调峰能力，需要保证热网安全稳定工作，遵循以下约束关系：(2-1)厂内热网汽源压力约束Px≥Pmin短时间内减少供热抽汽量，提高热电机组调峰能力时，需要保障厂内热网气源压力维持在一个安全范围，根据等焓膨胀原理，Px作如下计算：式中，Px为热网汽源压强，vx为待求解热网气源压强下的蒸汽比容，为同一蒸汽焓商下压强和蒸汽比容的关系，M1为热网蒸汽量，v1为设计值下的蒸汽比容，τ为供热流量输入输出偏差，T为热网蓄放热持续时间，为热网容积；(2-2)热网容量约束Smin≤St≤Smax式中，St是热网阶段性储热量，Smin和Smax为热网最小和最大储热量；(2-3)热平衡约束Δt(Hin，t-Hout，t-klossSt)＝St+1-St式中，Hin，t为热网输入热量，Hout，t为热网输出热量，kloss为热损耗系数。5.根据权利要求2所述的一种利用热网储能含风电的热-电系统联合经济调度方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：(3-1)含高比例热电机组的电力系统弃风原因分析1)用电负荷处在低谷期，风电出力和热负荷处在高位，热电机组受供热制约调峰能力有限，该时段受制于系统本身风电接入能力有限产生弃风；2)用电负荷逐渐增加，风电出力和热负荷处在低谷期，但风电出力变化剧烈，此时多由于风电出力的反调峰性和不确定性导致旋转备用无法满足风电接入条件产生弃风；(3-2)制定热-电系统两阶段联合调度策略第一阶段调度是通过判断是否由于系统本身风电接入能力有限导致弃风的产生，进而调度热电机组供热抽汽参数改变，采取热电机组连续调节，减少供热抽汽量，提高机组调峰能力，热网蓄放热补充热源缺失部分的方式提高系统风电消纳能力；第二阶段调度加入弃风预判机制，根据弃风可能性判断是否采取利用热网储能功能提前调节热电机组抽汽参数的方式，对热网蓄放热进行控制，优化热电机组出力，提高系统调峰能力；弃风可能性Pk通过风电实际出力和预测出力的偏差概率进行计算，如下式：式中，和为风电实际出力小于或大于计划出力的概率；式中，Φp(O)和Φp(pw)为风电在出力为0和pw时的积分，为风电t时段实际出力，pw，t为风电t时段计划出力，为风电计划出力在t时段的概率密度；6.根据权利要求2所述的一种利用热网储能含风电的热-电系统联合经济调度方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程如下：(4-1)确定风电不确定性成本的影响因子1)风电并网引起的系统母线电压波动越剧烈，风险成本越高；2)风电出力不足和盈余情况发生概率越高，风险成本越高；3)风电实际出力和计划出力之间的差值越大，风险成本越高；(4-2)测量风电接入对系统的扰动程度定义系统内不同母线电压观测值的标准差为母线电压分布指数，表征风电出力波动性对系统的扰动程度；

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽君，梁景志，张兴，黄凯婷，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13