一种储热式电采暖系统容量优化配置方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种储热式电采暖系统容量优化配置方法和装置，先获取电力系统的弃风率；然后求解预先构建的容量优化配置模型，确定换热器装置和电换热装置各自的装机容量以及储热装置的储热容量。本发明专利技术实现了储热式电采暖系统中换热器装置和电换热装置各自的装机容量以及储热装置的储热容量的优化，提高了风电消纳能力，且降低了经济费用；且本发明专利技术能够在尽可能降低弃风率和经济成费用的基础上实现储热式电采暖系统中换热器装置和电换热装置各自装机容量以及储热装置储热容量的优化，最大程度松弛热电联产机组的“以热定电”约束，提升电网消纳风电的灵活性，并使电网在供暖期间的弃风率大大降低。

【技术实现步骤摘要】
一种储热式电采暖系统容量优化配置方法和装置
本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种储热式电采暖系统容量优化配置方法和装置。
技术介绍
北方冬季供热期，热电联产机组运行在“以热定电”运行方式下，需将机组出力维持在较高水平以进行供暖。由于用电负荷有限，在热电联产机组长期维持在较高水平时，造成电力系统接纳风电的空间减小，弃风现象严重。北方冬季供热期，热电联产机组运行在“以热定电”运行方式下，需将机组出力维持在较高水平以进行供暖。由于用电负荷有限，在热电联产机组长期维持在较高水平时，造成电力系统接纳风电的空间减小，弃风现象严重。为了提高风电利用率，需要通过储热式电采暖技术吸收富余风电转化为热能，并进行储热，然后输送至供热管网对用户进行供热。现有技术中的储热式电采暖锅炉采用负荷低谷时段或全天蓄热，然后持续释热，通常全功率运行在负荷低谷时段，由于弃风功率的间歇性，使得电采暖使用的电量大部分来自火电机组，只有少量来自弃风电量，不能实现弃风与电采暖的实时联动，对减小风电弃风作用有限；另一方面，目前，储热式电采暖的配置缺少统一的标准，导致储热式电采暖系统的风电消纳能力差，且没有考虑储热式电采暖的运行经济性，投资建设以及运行经济费用高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中风电消纳能力差、投资建设以及运行经济费用高的不足，本专利技术提供一种储热式电采暖系统容量优化配置方法和装置，先获取电力系统的弃风率；然后求解预先构建的容量优化配置模型，确定储热式电采暖系统的年度总经济费用最小时换热器装置和电换热装置各自的装机容量以及储热装置的储热容量；容量优化配置模型包括以储热式电采暖系统的年度总经济费用最小为目标构建的目标函数以及对应的约束条件，约束条件包括电力系统约束和热力系统约束，电力系统约束包括根据弃风率确定的弃风率约束，本专利技术实现了储热式电采暖系统中换热器装置和电换热装置各自的装机容量以及储热装置的储热容量的优化，提高了风电消纳能力，且降低了投资建设以及运行经济费用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种储热式电采暖系统容量优化配置方法，所述储热式电采暖系统包括电力系统和热力系统，所述热力系统包括换热器装置、电换热装置和储热装置；所述方法包括：采集电力系统的弃风率；采用分支定界法求解预先构建的容量优化配置模型，确定储热式电采暖系统的年度总经济费用最小时换热器装置和电换热装置各自的装机容量以及储热装置的储热容量；所述容量优化配置模型包括以储热式电采暖系统的年度总经济费用最小为目标构建的目标函数以及对应的约束条件，约束条件包括电力系统约束和热力系统约束，所述电力系统约束包括根据弃风率确定的弃风率约束。所述目标函数按下式构建：其中，表示储热式电采暖系统容量优化配置目标函数，n表示节点索引，N表示节点总数，t表示仿真时间点，T表示调度时间总长度，ΔT表示仿真时间间隔；均为优化变量，表示节点n下换热器装置的装机容量，表示节点n下储热装置的储热容量，表示节点n下电换热装置的装机容量；Cn表示换热器装置单位投资建设费用；Cn'表示储热装置单位建设投资费用；Cn”表示电换热装置单位投资建设费用；Pt,n表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的耗电功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的直接上网热功率；Ln表示储热式电采暖系统的全生命周期；λn表示年度维护成本占总建设成本比率；表示电换热装置用电电价，表示售热热价。所述弃风率约束如下式：其中，N表示节点总数，T表示调度时间总长度，α表示弃风率，表示t时刻节点n下第w个风电场的发电功率，表示t时刻节点n下第w个风电场的理论功率。电力系统约束至少还包括如下任一种或多种：火电机组爬坡约束、火电机组最小启停机时间约束、火电机组出力约束、负荷平衡约束、线路传输容量约束、旋转备用约束；热力系统约束至少包括如下任一种或多种：热平衡约束、热电联产机组热功率约束、热负荷约束和热网约束；所述热平衡约束如下式：其中，表示t时刻节点n下所有热源发出的热功率总和，表示t时刻节点n下所有背压机组发出的热功率总和，表示t时刻节点n下所有抽汽机组所发出的热功率总和，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的直接上网热功率；所述热电联产机组热功率约束如下式：其中，表示t时刻节点n下第b台背压机组的热功率上限，表示t时刻节点n下第e台抽汽机组的热功率上限；所述热负荷约束如下式：其中，表示t时刻节点n的热负荷，K1表示建筑物散热系数，K2表示建筑物储热系数，K3表示建筑物内空气储热系数，β表示建筑物内空气和建筑物墙壁温度的耦合系数；表示t时刻节点n的室外温度，表示t时刻节点n的建筑物墙壁温度，表示t-1时刻节点n的建筑物墙壁温度；所述热网约束如下式：其中，Δt表示热网管道传送延迟时间，其单位为小时；表示t-Δt时刻节点n下所有热源发出的热功率总和，ε表示热网管道损耗系数。热力系统约束还包括运行约束，所述运行约束至少包括如下任一种或多种：电换热约束、电功率上限约束、储热功率约束、放热功率约束、储热量约束和热耗散约束；所述电换热约束如下式：其中，表示t时刻节点n下电换热装置输入储热装置热功率，Pt,n表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的耗电功率；η表示储热式电采暖系统电热转换系数；所述电功率上限约束如下式：其中，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的耗电功率上限；所述储热功率约束如下式：其中，表示t时刻节点n下电换热装置输入储热装置热功率上限；所述放热功率约束如下式：其中，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的放热功率上限；所述储热量约束如下式：其中，Ct,n、Ct-1,n表示t时刻、t-1时刻节点n下储热装置的实际储热量，Cn表示节点n下储热装置的储热量下限；所述热耗散约束如下式：其中，表示储热装置散热系数。采用分支定界法求解所述预先构建的容量优化配置模型。另一方面，本专利技术还提供一种储热式电采暖系统容量优化配置装置，所述储热式电采暖系统包括电力系统和热力系统，所述热力系统包括换热器装置、电换热装置和储热装置；所述装置包括：采集模块，用于获取电力系统的弃风率；确定模块，用于求解预先构建的容量优化配置模型，确定储热式电采暖系统的年度总经济费用最小时换热器装置和电换热装置各自的装机容量以及储热装置的储热容量；所述容量优化配置模型包括以储热式电采暖系统的年度总经济费用最小为目标构建的目标函数以及对应的约束条件，所述约束条件包括电力系统约束和热力系统约束，所述电力系统约束包括根据弃风率确定的弃风率约束。所述装置还包括构建模块，所述构建模块用于按下式构建目标函数：其中，表示储热式电采暖系统容量优化配置目标函数，n表示节点索引，N表示节点总数，t表示仿真时间点，T表示调度时间总长度，ΔT表示仿真时间间隔；均为优化变量，表示节点n下换热器装置的装机容量，表示节点n下储热装置的储热容量，表示节点n下电换热装置的装机容量；Cn表示换热器装置单位投资建设费用；Cn'表示储热装置单位建设投资费用；Cn”表示电换热装置单位投资建设费本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储热式电采暖系统容量优化配置方法，所述储热式电采暖系统包括电力系统和热力系统，所述热力系统包括换热器装置、电换热装置和储热装置；其特征在于，所述方法包括：获取电力系统的弃风率；求解预先构建的容量优化配置模型，确定储热式电采暖系统的年度总经济费用最小时换热器装置和电换热装置各自的装机容量以及储热装置的储热容量；所述容量优化配置模型包括以储热式电采暖系统的年度总经济费用最小为目标构建的目标函数以及对应的约束条件；所述约束条件包括电力系统约束和热力系统约束，所述电力系统约束包括根据弃风率确定的弃风率约束。

【技术特征摘要】
1.一种储热式电采暖系统容量优化配置方法，所述储热式电采暖系统包括电力系统和热力系统，所述热力系统包括换热器装置、电换热装置和储热装置；其特征在于，所述方法包括：获取电力系统的弃风率；求解预先构建的容量优化配置模型，确定储热式电采暖系统的年度总经济费用最小时换热器装置和电换热装置各自的装机容量以及储热装置的储热容量；所述容量优化配置模型包括以储热式电采暖系统的年度总经济费用最小为目标构建的目标函数以及对应的约束条件；所述约束条件包括电力系统约束和热力系统约束，所述电力系统约束包括根据弃风率确定的弃风率约束。2.根据权利要求1所述的储热式电采暖系统容量优化配置方法，其特征在于，所述目标函数按下式构建：其中，表示储热式电采暖系统容量优化配置目标函数，n表示节点索引，N表示节点总数，t表示仿真时间点，T表示调度时间总长度，ΔT表示仿真时间间隔；均为优化变量，表示节点n下换热器装置的装机容量，表示节点n下储热装置的储热容量，表示节点n下电换热装置的装机容量；Cn表示换热器装置单位投资建设费用；Cn'表示储热装置单位建设投资费用；Cn”表示电换热装置单位投资建设费用；Pt,n表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的耗电功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的直接上网热功率；Ln表示储热式电采暖系统的全生命周期；λn表示年度维护成本占总建设成本比率；表示电换热装置用电电价，表示售热热价。3.根据权利要求1或2所述的储热式电采暖系统容量优化配置方法，其特征在于，所述弃风率约束如下式：其中，N表示节点总数，T表示调度时间总长度，α表示弃风率，表示t时刻节点n下第w个风电场的发电功率，表示t时刻节点n下第w个风电场的理论功率。4.根据权利要求1所述的储热式电采暖系统容量优化配置方法，其特征在于，所述电力系统约束至少还包括如下任一种或多种：火电机组爬坡约束、火电机组最小启停机时间约束、火电机组出力约束、负荷平衡约束、线路传输容量约束和旋转备用约束。5.根据权利要求1或2所述的储热式电采暖系统容量优化配置方法，其特征在于，所述热力系统约束至少包括如下任一种或多种：热平衡约束、热电联产机组热功率约束、热负荷约束和热网约束；所述热平衡约束如下式：其中，表示t时刻节点n下所有热源发出的热功率总和，表示t时刻节点n下所有背压机组发出的热功率总和，表示t时刻节点n下所有抽汽机组所发出的热功率总和，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的直接上网热功率；所述热电联产机组热功率约束如下式：其中，表示t时刻节点n下第b台背压机组的热功率上限，表示t时刻节点n下第e台抽汽机组的热功率上限；所述热负荷约束如下式：其中，表示t时刻节点n的热负荷，K1表示建筑物散热系数，K2表示建筑物储热系数，K3表示建筑物内空气储热系数，β表示建筑物内空气和建筑物墙壁温度的耦合系数；表示t时刻节点n的室外温度，表示t时刻节点n的建筑物墙壁温度，表示t-1时刻节点n的建筑物墙壁温度；所述热网约束如下式：其中，Δt表示热网管道传送延迟时间，其单位为小时；表示t-Δt时刻节点n下所有热源发出的热功率总和；ε表示热网管道损耗系数。6.根据权利要求5所述的储热式电采暖系统容量优化配置方法，其特征在于，所述热力系统约束还包括运行约束，所述运行约束至少包括如下任一种或多种：电换热约束、电功率上限约束、储热功率约束、放热功率约束、储热量约束和热耗散约束；所述电换热约束如下式：其中，表示t时刻节点n下电换热装置输入储热装置热功率，Pt,n表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的耗电功率；η表示储热式电采暖系统电热转换系数；所述电功率上限约束如下式：其中，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的耗电功率上限；所述储热功率约束如下式：其中，表示t时刻节点n下电换热装置输入储热装置热功率上限；所述放热功率约束如下式：其中，表示t时刻节点n下储热式电采暖系统的放热功率上限；所述储热量约束如下式：其中，Ct,n、Ct-1,n表示t时刻、t-1时刻节点n下储热装置的实际储热量，Cn表示节点n下储热装置的储热量下限；所述热耗散约束如下式：其中，表示储热装置散热系数。7.根据权利要求1所述的储热式电采暖系统容量优化配置方法，其特征在于，采用分支定界法求解所述预先构建的容量优化配置模型。8.一种储热式电采暖系统容量优化配置装置，所述储...

【专利技术属性】
技术研发人员：许彦平，黄越辉，王跃峰，许晓艳，礼晓飞，张楠，李振元，李宝聚，孙勇，李驰，王晶，李湃，白婕，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网吉林省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11