一种大规模电储热单元智能化分层控制方法技术

本发明专利技术属于风电消纳技术领域，尤其涉及一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，具体涉及在电‑热耦合系统中，通过大规模储热装置有效提高电力系统运行的灵活性，实现系统风电消纳能力的提升。本发明专利技术包括：电储热单元分层控制策略、优化问题建模以及算例分析。本发明专利技术通过对储热单元的控制，实现了包含储热单元的就地控制与远方控制策略，并在电网调度侧将储热负荷纳入日前调度计划，通过自动发电控制实现电网直接控制，建立含大规模储热单元的电力系统电热综合调度模型。通过利用电网的实际数据，仿真分析本发明专利技术所构建模型对风电消纳能力的提升效果，对比分析了不同控制策略下的运行差异，并对该模型下的电量效益进行了分析，从而验证其有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模电储热单元智能化分层控制方法
本专利技术属于风电消纳
，尤其涉及一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，具体涉及在电-热耦合系统中，通过大规模储热装置可以有效提高电力系统运行的灵活性，进而实现系统风电消纳能力的提升。
技术介绍
近年来，风力发电在全球范围内获得迅猛发展，我国已经成为全球风力发电规模最大、增长速度最快的国家。然而，由于风力发电的随机波动性，使得其并网运行给传统电力系统带来了巨大的挑战。为了保证整个系统的安全可靠运行，弃风现象时有发生，风电消纳问题已然成为世界性的热门课题。东北地区风电接纳能力的提升，主要受热电联产机组大量并网及其出力可调范围受限的制约，因此利用储热系统来解耦发电厂中的热-电耦合提升风电接纳的方法备受关注。在电-热联合系统的层面总结了能源生产和消费的匹配问题，论证了大容量储热，可有效解决可再生能源消纳和调峰等问题。虽然研究均为提升风电接纳能力提供了解决思路，然而，各种储能技术最关键的问题是容量做不到规模化接纳风电，仅省级电网，弃风电量就多达几十亿，甚至上百亿，几千瓦、几兆瓦的储能难以有效提升风电接纳能力。本专利技术基于一种建在发电厂侧，电网调度可直接控制的大容量储热装置，提出在发电厂侧实现接受调度发电指令，合理安排发电和储热投切的策略。在电网调度侧将储热负荷纳入日前调度计划，并通过自动发电控制实现电网直接控制，从而构成一个新的大规模接纳风力发电方法，通过利用辽宁省网实际数据为算例分析验证了所提模型与方法的有效性。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，在电-热耦合系统中，通过大规模储热装置可以有效提高电力系统运行的灵活性，进而实现系统风电消纳能力的提升的专利技术目的。为实现上述专利技术目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，在发电厂侧实现接受调度发电指令，合理安排发电和储热投切的策略，通过自动发电控制实现电网直接控制，从而构成一个新的大规模接纳风力发电的方法；包括：电储热单元分层控制策略；优化问题建模；算例分析。所述电储热单元分层控制策略：针对建于发电厂侧的大容量储热系统，其与城市热网相连，成为热网系统与电网系统的又一耦合点，构成了一种全新的电-热耦合系统，储热单元通常利用水作为工质进行热能存储；当储热装置运行于吸热工况时，热水流入，等量的冷水从低温区流出，实现对热能的存储；反之，当储热装置运行于放热工况时，热水流出，等量的冷水由低温区流入，实现热能释放；以储热单元本体装置、电厂储热系统和热-电耦合系统整体为研究对象，构建单元级、电厂级与系统级的“单元-汇集-集群”分层控制策略。所述电储热单元分层控制策略包括：单元控制、汇集控制以及集群控制。所述单元控制指的是考虑储热单元本体装置运行约束的控制方式，单元控制是分层控制策略的基础，其仅受限于储热单元自身工作状态，具体运行约束建模如下：Ht＝ηHt-1+Stt＝1,2,...,24Ht为t时刻末储热装置的储热容量；η为储热罐效率；St为输入或输出热功率；表征储热装置的热平衡状态；Hmin≤Ht≤Hmaxt＝1,2,...,24Hmax和Hmin分别为储热装置的储热容量的上、下界；分别为输入、输出热功率的上限；表示储热装置在一个周期内热容量维持不变，在一周期内均为平衡状态；所述汇集控制，由于单体储热单元容量的限制，安装于电厂侧的储热单元通常多于一个，因此，在满足同一供热需求时，电厂侧由储热单元构成的供热系统具有多种工作模式，在不同工作模式下每一储热单元的工作状态不同，即为使得系统工作在最优模式下，储热单元间存在一定的制约；为充分使用已并网运行的储热单元，现以每一发电厂侧装设的全部储热单元为一个群体作为研究对象，构建汇集控制方式；储热系统是由不同容量的储热单元构成，因此储热系统的每一储热单元可以满足独立投切要求，储热系统能够实现分级控制，即储热单元可以分级投切；对于由不同容量构成的储热单元群体，储热容量使用情况是反映其运行状态的重要指标；当储热剩余容量不同，其调节的灵活性也存在差异；为了充分利用该储热单元群体的容量裕度，每一储热单元需要维持在一定的能量水平，使其能够在充能与放能之间获得一个合理的平衡，进而实现在不同投切指令下可不受限制的进行快速响应；依据储热单元的运行特性，将储热单元的运行状态划分为三个区间：正常投入区间、储热投切限制区间与最小储热区间；(1)正常投入区间；当储热单元运行于该区间时，对储热单元进行有效控制既能够为热网系统提供充裕的热量，同时又能够为电力系统提供一定的可调负荷，即此时的储热单元具有最佳的调节容量裕度；对于储热单元的控制目标便是通过适当的调节方式使储热单元能够运行于正常投入区间；(2)储热投切限制区间及最小储热区间；当储热单元处于储热投切限制区间及最小储热区间时，需要通过调整储/放热功率使储热单元回到正常投入区间，保证储热单元具有充足的容量空间，更好地利用储热单元的容量配置；每一群体中的每一储热单元均具有上述的三种工作区间，当充能与放能需求指令下达时，依据不同储热单元的工作状态进行配额分配，实现对储热群体的有效利用；同时，为了能够保证储热群体容量满足系统调度计划以及为应对电网不确定性所带来的潜在风险，储热系统应具有足够的储热容量：其中，Pcti表示第i个机组的储热功率，Pcfj表示第j个机组的放热功率；Pquota表示系统功率配额；n与m分别表示该电厂中储热单元工作于储热与放热状态的数量，N表示该电厂所配置的总储热单元数量；所述集群控制是针对由不同的储热单元群体，在接收到电网调度指令时，其控制策略如下：(1)整体储热系统功率等于调度指令：式中：Pij表示第i个群体中第j个储热单元的功率值，放热为正值，储热为负值；Pdispatch表示系统调度指令下达值；n与m分别表示装设于发电厂的储热单元群体数目与每一储热群体中储热单元的数目；(2)在满足系统调度指令的前提下，为充分利用储热单元的可调容量应对整个系统的不确定性，整体控制策略以使满足群体控制的储热单元数目最多为最优：式中：Nij表示第i个群体中第j个储热单元的数目，满足条件时为1，否则记为0；所述电储热单元分层控制策略既要按电网要求投切也必须满足热负荷需求；为同时实现满足电网与用户的双重要求，调控策略在日前按负的出力或修正后的负荷曲线运行；所述优化问题建模包括目标函数、约束条件；所述目标函数表示为：式中：R表示总收益，其中包含售电收益与供热收益；C表示总成本，包含发电成本与供热成本；Pc与Pw分别表示热电厂与风电场出力；HL为热电厂所承担热负荷；λc与λw分别表示热电厂、风电场的上网电价；λh表示热电厂供热价格；Ft为热电厂发电与储热单元的运行成本；ai、bi与ci为热电厂运行成本系数；CV为机组运行参数；St为t时刻储热装置的储/放热功率，其储热时取值为正，放热时取值为负值；所述约束条件包括系统约束、机组约束、储热装置运行约束；所述系统约束包括：(1)电力平衡约束其中，Pel,i(t)表示该地区火电机组出力；Pw(t)为系统中t时刻并网的风电功率；Pex(t)表示在t时刻该区域与外部系统的交换功率，值为正时表示向外输送电量，值为负时表示外界系统向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，其特征在于，提出在发电厂侧实现接受调度发电指令，合理安排发电和储热投切的策略，通过自动发电控制实现电网直接控制，从而构成一个新的大规模接纳风力发电的方法；包括：电储热单元分层控制策略；优化问题建模；算例分析。

【技术特征摘要】
1.一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，其特征在于，提出在发电厂侧实现接受调度发电指令，合理安排发电和储热投切的策略，通过自动发电控制实现电网直接控制，从而构成一个新的大规模接纳风力发电的方法；包括：电储热单元分层控制策略；优化问题建模；算例分析。2.根据权利要求1所述的一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，其特征在于，所述电储热单元分层控制策略：针对建于发电厂侧的大容量储热系统，其与城市热网相连，成为热网系统与电网系统的又一耦合点，构成了一种全新的电-热耦合系统，储热单元通常利用水作为工质进行热能存储；当储热装置运行于吸热工况时，热水流入，等量的冷水从低温区流出，实现对热能的存储；反之，当储热装置运行于放热工况时，热水流出，等量的冷水由低温区流入，实现热能释放；以储热单元本体装置、电厂储热系统和热-电耦合系统整体为研究对象，构建单元级、电厂级与系统级的“单元-汇集-集群”分层控制策略。3.根据权利要求1所述的一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，其特征在于，所述电储热单元分层控制策略包括：单元控制、汇集控制以及集群控制。4.根据权利要求3所述的一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，其特征在于，所述单元控制指的是考虑储热单元本体装置运行约束的控制方式，单元控制是分层控制策略的基础，其仅受限于储热单元自身工作状态，具体运行约束建模如下：Ht＝ηHt-1+Stt＝1,2,...,24Ht为t时刻末储热装置的储热容量；η为储热罐效率；St为输入或输出热功率；表征储热装置的热平衡状态；Hmin≤Ht≤Hmaxt＝1,2,...,24Hmax和Hmin分别为储热装置的储热容量的上、下界；分别为输入、输出热功率的上限；表示储热装置在一个周期内热容量维持不变，在一周期内均为平衡状态。5.根据权利要求3所述的一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，其特征在于，所述汇集控制，由于单体储热单元容量的限制，安装于电厂侧的储热单元通常多于一个，因此，在满足同一供热需求时，电厂侧由储热单元构成的供热系统具有多种工作模式，在不同工作模式下每一储热单元的工作状态不同，即为使得系统工作在最优模式下，储热单元间存在一定的制约；为充分使用已并网运行的储热单元，现以每一发电厂侧装设的全部储热单元为一个群体作为研究对象，构建汇集控制方式；储热系统是由不同容量的储热单元构成，因此储热系统的每一储热单元可以满足独立投切要求，储热系统能够实现分级控制，即储热单元可以分级投切；对于由不同容量构成的储热单元群体，储热容量使用情况是反映其运行状态的重要指标；当储热剩余容量不同，其调节的灵活性也存在差异；为了充分利用该储热单元群体的容量裕度，每一储热单元需要维持在一定的能量水平，使其能够在充能与放能之间获得一个合理的平衡，进而实现在不同投切指令下可不受限制的进行快速响应；依据储热单元的运行特性，将储热单元的运行状态划分为三个区间：正常投入区间、储热投切限制区间与最小储热区间；(1)正常投入区间；当储热单元运行于该区间时，对储热单元进行有效控制既能够为热网系统提供充裕的热量，同时又能够为电力系统提供一定的可调负荷，即此时的储热单元具有最佳的调节容量裕度；对于储热单元的控制目标便是通过适当的调节方式使储热单元能够运行于正常投入区间；(2)储热投切限制区间及最小储热区间；当储热单元处于储热投切限制区间及最小储热区间时，需要通过调整储/放热功率使储热单元回到正常投入区间，保证储热单元具有充足的容量空间，更好地利用储热单元的容量配置；每一群体中的每一储热单元均具有上述的三种工作区间，当充能与放能需求指令下达时，依据不同储热单元的工作状态进行配额分配，实现对储热群体的有效利用；同时，为了能够保证储热群体容量满足系统调度计划以及为应对电网不确定性所带来的潜在风险，储热系统应具有足够的储热容量：其中，Pcti表示第i个机组的储热功率，Pcfj表示第j个机组的放热功率；Pquota表示系统功率配额；n与m分别表示该电厂中储热单元工作于储热与放热状态的数量，N表示该电厂所配置的总储热单元数量。6.根据权利要求3所述的一种大规模电储热单元智能化分层控制方法，其特征在于，所述集群控制是针对由不同的储热单元群体，在接收到电网调度指令时，其控制策略如下：(1)整体储热系统功率等于调度指令：式中：Pij表示第i个群体中第j个储热单元的功率值，放热为正值，储热为负值；Pdi...

【专利技术属性】
技术研发人员：高凯，李家珏，刘闯，王艺博，王顺江，葛延峰，李铁，崔岱，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国网辽宁省电力有限公司，东北电力大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21