基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法技术

本发明专利技术涉及一种基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法，其特点是：包括光热电站的光电转换特性分析；含储热光热电站出力调度成本模型的建立和光热发电与火电机组联合调度值的确定等内容，从光热电站的光电转换特性分析入手，综合考虑火电机组发电成本、光热发电并网消纳的环境效益和运行维护成本、系统旋转备用成本以及电网安全运行约束，以成本最优为目标，确定了光热发电与火电机组的最优出力调度值，具有科学合理，调度准确，效果佳等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法
本专利技术涉及配电
，是一种基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法。
技术介绍
目前大规模利用太阳能的方式有太阳能光伏(photovoltaic，PV)发电和光热(concentratingsolarpower，CSP)发电。相对光伏发电而言，光热发电起步较晚，发展相对缓慢，但随着经济和科技的不断发展，光热发电的规模不断扩大。根据世界能源署预计，2025年全世界光热装机容量将达到22GW，2050年全世界光热发电量将占全球总发电量的11.3％。受太阳能固有资源属性的影响，光热发电具有间歇性与不确定性，大规模光热发电并网会威胁电网运行的安全性和经济性。含储热光热电站能够对热能进行存储，实现出力可调节、可控制，进而能够在保证光热发电联网安全运行的基础上实现综合成本最优的目标。目前，我国已经在青海、甘肃等太阳能资源丰富的地区实现了光热发电与火电机组的联合并网运行。如何在兼顾联网运行安全性与经济性的基础上合理调度光热发电，成为我国光热发电大规模发展及并网消纳面临的重要问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提出一种从光热电站的光电转换特性分析入手，综合考虑火电机组发电成本、光热发电并网消纳的环境效益和运行维护成本、系统旋转备用成本以及电网安全运行约束，以成本最优为目标，科学合理，效果最佳的光热电站与火电机组联合出力调度方法。解决其技术问题采用的方案是：一种基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法，其特征是，从光热电站的光电转换特性分析入手，以成本最优为目标，确定光热发电与火电机组的最优出力调度值，具体包括以下步骤：1)光热电站的光电转换特性光热电站基本由光场、储热系统和热力循环三部分组成，各组成部分之间由传热流体进行能量传递；主要工作过程是：光热电站利用集热装置吸收太阳能，将吸收太阳能转化为热能，通过传热流体将热能传递到热力循环系统，进而产生蒸汽推动汽轮机得到电能，实现光-热-电的转化过程；与此同时，能够将热能通过传热流体储存至储热系统，根据调度需求放热发电；2)含储热光热电站出力调度成本模型(1)光热电站与火电机组联合调度模型的建立综合考虑火电机组发电成本、光热发电并网消纳的环境效益和运行维护成本、系统旋转备用容量成本，建立了光热发电与火电机组经济最优的联合出力调度模型：E＝min[E1-E2+E3+E4](1)其中：E为光热电站联网运行时的综合成本；E1为火电机组发电成本；E2为光热发电环境效益；E3为系统备用容量成本；E4为光热发电的运行维护成本；光热发电并网会对电网的运行会造成较大影响，为满足调度需求会改变火电机组的出力大小和启停计划；火电机组的发电成本E1包括机组的燃料成本和启停成本，其计算为(2)式：E1＝e1(Pi)+e2(ui)(2)其中：e1为燃料成本；e2为启停成本；Pi为火电机组i的发电功率；ui为火电机组i的运行状态；e1的计算为(3)式：e2的计算为(4)式：其中：Pit为机组i在第t时段的发电功率；uit为机组i在第t时段的运行状态；Si为机组i的启动成本；ai，bi，ci为机组i的燃料成本系数；n为火电机组的数量；T为总的时间段；t为时刻；i为第i个机组；光热发电并网会降低火电机组的发电量，减小煤耗，从而有效降低污染物的排放量，达到环境保护的目的，此时的光热发电环境效益E2的计算为(5)式：其中：PiGt为光热电站i在t时段的输出功率；kG为光热发电并网后的环境效益系数；m为并网光热电站的数量；为保证电力系统安全运行，需预留一定的备用容量来应对负荷预测误差，以及突发事故，系统备用容量需要一定的成本费用；由于光热发电具有一定随机性，将会造成备用成本增加，此时系统备用成本E3的计算为(6)式：其中：Uit为机组i在t时刻的正旋转备用容量；Dit为机组i在t时刻的负旋转备用容量；Rit为机组i在t时刻的事故备用容量；αi为机组i的正旋转备用成本系数；βi为机组i的负旋转备用成本系数；γi为机组i的事故备用成本系数；由于光热电站在运行过程中需要一些必要的保温设备以及维护措施，因此在发电的同时会产生一定的运行维护成本，光热发电的运行维护成本E4的计算为(7)式：其中：kis为光热电站i的运行维护成本系数；为t时刻光热电站的输出电功率；光热电站的输出功率由集热装置与储热系统的热功率共同决定，因此，光热电站的发电功率计算为(8)式：其中：ηd为热电转换效率；为t时刻集热装置的热功率；为储热装置在t时刻的储热功率；为储热装置在t时刻的放热功率；ηc为储热系统的充热损失率；ηf为储热系统的放热损失率；(2)系统运行约束忽略网络损耗，火电机组与光热电站输出功率之和与负荷功率平衡，计算为(9)式：其中：PLt为t时段的负荷功率；电网运行时的正、负旋转备用容量约束为(10)式：其中：Ui为火电机组i的正旋转备用容量；Di为火电机组i的负旋转备用容量；Pimax为火电机组i的最大出力；Pimin为火电机组i的最小出力；rui为机组i的最大向上爬坡率；rdi为机组i的最大向下爬坡率；L为负荷预测误差率；火电机组启动和停运时的出力约束为(11)式：同一时刻，储热与放热不能同时进行，为(12)式：PtTS,cPtTS,f＝0(12)为满足下一个调度时段的需求，储热系统在一个调度周期始末储热量保持不变，为(13)式：其中：为调度周期内储热系统储热量的初始值；为调度周期内储热系统储热量的结束值；光热电站出力约束为(14)式：PGmin≤PGt≤PGmax(14)其中：PGmax为光热电站的最大出力；PGmin为光热电站的最小出力；PGt为光热电站在t时段的输出功率；3)光热发电与火电机组联合调度值的确定编码火电机组和光热电站出力，产生初始种群，进行选择、交叉，变异等操作形成子代种群，确定子代种群适应度，并用适应度高的子代种群替代适应度低的父代种群；适应度最高的父代种群直接保留到子代种群，替代适应度最低的子代种群；判断是否满足结束条件，如果是，进行解码操作，得到火电机组和光热电站的输出功率；否则再次进行选择、交叉，变异等操作，直至满足终止条件，输出最优值。本专利技术的一种基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法，由于从光热电站的光电转换特性分析入手，综合考虑火电机组发电成本、光热发电并网消纳的环境效益和运行维护成本、系统旋转备用成本以及电网安全运行约束，以成本最优为目标，确定了光热发电与火电机组的出力调度值，具有科学合理，效果最佳等优点。附图说明图1是负荷预测功率示意图；图2是光热电站联网运行综合成本收敛特性示意图；图3是含储热光热电站出力调度示意图；图4是各火电机组最优出力调度曲线示意图；图5是储热系统储放热功率示意图。具体实施方式下面利用附图和实施例对本专利技术一种基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法作进一步说明。本专利技术的一种基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法，从光热电站的光电转换特性分析入手，以成本最优为目标，确定光热发电与火电机组的最优出力调度值，具体包括以下步骤：1)光热电站的光电转换特性光热电站基本由光场、储热系统和热力循环三部分组成，各组成部分之间由传热流体进行能量传递；主要工作过程是：光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法，其特征是，从光热电站的光电转换特性分析入手，以成本最优为目标，确定光热发电与火电机组的最优出力调度值，具体包括以下步骤：1)光热电站的光电转换特性光热电站基本由光场、储热系统和热力循环三部分组成，各组成部分之间由传热流体进行能量传递；主要工作过程是：光热电站利用集热装置吸收太阳能，将吸收太阳能转化为热能，通过传热流体将热能传递到热力循环系统，进而产生蒸汽推动汽轮机得到电能，实现光‑热‑电的转化过程；与此同时，能够将热能通过传热流体储存至储热系统，根据调度需求放热发电；2)含储热光热电站出力调度成本模型(1)光热电站与火电机组联合调度模型的建立综合考虑火电机组发电成本、光热发电并网消纳的环境效益和运行维护成本、系统旋转备用容量成本，建立了光热发电与火电机组经济最优的联合出力调度模型：E＝min[E1‑E2+E3+E4]                        (1)其中：E为光热电站联网运行时的综合成本；E1为火电机组发电成本；E2为光热发电环境效益；E3为系统备用容量成本；E4为光热发电的运行维护成本；光热发电并网会对电网的运行会造成较大影响，为满足调度需求会改变火电机组的出力大小和启停计划；火电机组的发电成本E1包括机组的燃料成本和启停成本，其计算为(2)式：E1＝e1(Pi)+e2(ui)                         (2)其中：e1为燃料成本；e2为启停成本；Pi为火电机组i的发电功率；ui为火电机组i的运行状态；e1的计算为(3)式：...

【技术特征摘要】
1.一种基于成本最优的光热电站与火电机组联合出力调度方法，其特征是，从光热电站的光电转换特性分析入手，以成本最优为目标，确定光热发电与火电机组的最优出力调度值，具体包括以下步骤：1)光热电站的光电转换特性光热电站基本由光场、储热系统和热力循环三部分组成，各组成部分之间由传热流体进行能量传递；主要工作过程是：光热电站利用集热装置吸收太阳能，将吸收太阳能转化为热能，通过传热流体将热能传递到热力循环系统，进而产生蒸汽推动汽轮机得到电能，实现光-热-电的转化过程；与此同时，能够将热能通过传热流体储存至储热系统，根据调度需求放热发电；2)含储热光热电站出力调度成本模型(1)光热电站与火电机组联合调度模型的建立综合考虑火电机组发电成本、光热发电并网消纳的环境效益和运行维护成本、系统旋转备用容量成本，建立了光热发电与火电机组经济最优的联合出力调度模型：E＝min[E1-E2+E3+E4](1)其中：E为光热电站联网运行时的综合成本；E1为火电机组发电成本；E2为光热发电环境效益；E3为系统备用容量成本；E4为光热发电的运行维护成本；光热发电并网会对电网的运行会造成较大影响，为满足调度需求会改变火电机组的出力大小和启停计划；火电机组的发电成本E1包括机组的燃料成本和启停成本，其计算为(2)式：E1＝e1(Pi)+e2(ui)(2)其中：e1为燃料成本；e2为启停成本；Pi为火电机组i的发电功率；ui为火电机组i的运行状态；e1的计算为(3)式：e2的计算为(4)式：其中：Pit为机组i在第t时段的发电功率；uit为机组i在第t时段的运行状态；Si为机组i的启动成本；ai，bi，ci为机组i的燃料成本系数；n为火电机组的数量；T为总的时间段；t为时刻；i为第i个机组；光热发电并网会降低火电机组的发电量，减小煤耗，从而有效降低污染物的排放量，达到环境保护的目的，此时的光热发电环境效益E2的计算为(5)式：其中：PiGt为光热电站i在t时段的输出功率；kG为光热发电并网后的环境效益系数；m为并网光热电站的数量；为保证电力系统安全运行，需预留一定的备用容量来应对负荷预测误差，以及突发事故，系统备用容量需要一定的成本费用；由于光热发电具有一定随机性，将会造成备用成本增加，此时系统备用成本E3的计算为(6)式：其中：U...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔杨，杨志文，仲悟之，赵钰婷，叶小晖，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22