一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法，构建热电厂、风电场、火电厂的合作博弈模型，并给出参与者运行策略；然后分析合作博弈下预计经济收益；然后建立参与者净收益最大模型，并计算合作博弈下收益分配模型；然后构建通过剩余热力空间和弃风电量启停电锅炉控制策略和蓄热装置储放热模型；最后采用引入动态惯性权重和压缩因子改进粒子群算法对模型求解。本发明专利技术方法使系统在保证运行可靠性的情况下，能够提高参与者收益，提高风电利用率。本发明专利技术在合作博弈下参与者收益均能提高且风电利用率增加。

A Cooperative Game-based Joint Thermoelectric Dispatching Method for Improving Wind Power Absorption

The invention discloses a heat and power joint dispatching method based on cooperative game to improve wind power absorption, builds a cooperative game model of thermal power plants, wind farms and thermal power plants, and gives the operation strategies of participants; then analyses the expected economic benefits under cooperative game; then establishes the maximum net income model of participants and calculates the income distribution model under cooperative game; and then builds a surplus through cooperative game. Thermal space and abandoned wind power start-up and shut-down boiler control strategy and heat storage and discharge model of heat storage device; finally, particle swarm optimization (PSO) algorithm is improved by introducing dynamic inertia weight and compression factor to solve the model. The method of the invention enables the system to improve the benefits of participants and the utilization ratio of wind power under the condition of ensuring the operation reliability. Under the cooperative game, the profit of the participants can be increased and the utilization rate of wind power can be increased.

【技术实现步骤摘要】
一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法
本专利技术涉及大电网调度领域，尤其是一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法。
技术介绍
随着传统化石能源的大量开发使用，导致资源紧张、环境污染、气候变化等问题日益突出。为统筹解决能源和环境问题，破解经济社会发展瓶颈，风能凭借经济可靠、清洁环保、可持续利用等特点受到广泛关注。但风电本身的不确定性、波动性，使得风电接入电网的安全运行以及正常调度带来许多不利影响。部分地区风能资源丰富，但在冬季供暖期，热电机组因承担该地区的供暖任务，通常按照“以热定电”的模式来进行调度，高比例的大型热电联产机组使电力系统调峰能力有限，导致电网接纳风电的能力急剧下降，传统调度方法是使系统通过弃风手段来维持电力供需平衡；进而使得能源浪费。然而，随着电力系统的发展，基于风电场、火电厂和热电厂合作的方法可以大大提高风电消纳能力，弃风通过蓄热式电锅炉供给热负荷，消纳风电，进一步，热电机组因耦合特性降低热出力的同时也降低了其电出力值，为风电上网提供空间。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术目的在于提供一种可提高系统整体经济性和风能消纳水平的热电联合调度方法，旨在解决热电机组因热负荷的增加而不断增大其机组出力，进而减少风电上网空间的问题。本专利技术通过引入一种合作博弈方法，根据热电场-火电厂-风电厂三者之间协调合作提高风电消纳水平，获得整体经济性；旨在通过引入蓄热式电锅炉，利用剩余热力空间和弃风启停蓄热式电锅炉，进而实现弃风电量供热，降低热电机组出力，旨在通过引入合作联盟收益分配方法，使得合作参与者均能得到合理的额外收益。为实现上述目的，本专利技术是根据以下技术方案实现的：一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1：建立包含热电厂、火电厂、风电场以及蓄热电锅炉的热电联合系统；步骤2：建立了提高风电消纳能力的热电联合合作博弈模型，模型包括合作模型的构成、参与者的运行策略以及合作博弈下预计经济收益分析；步骤3：确定合作博弈下热电厂、火电厂、风电场收益最大的目标函数、约束条件以及联盟收益分配；步骤4：确定电锅炉启停控制策略与蓄热装置储放热模型；步骤5：利用目标函数、约束条件对调度模型进行优化、求解，获得优化调度模型。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：基于合作博弈下的热电厂、风电场、火电厂的联合调度模式，即可以大幅度提高风电消纳能力，又可以提高各自放净发电利润值；给出合作博弈下预计的经济收益分析，使在合作博弈下热电厂、风电场、火电厂获得额外收益一目了然；利用剩余热力空间和弃风启停电锅炉，一方面，可以避免不必要的电热转换能源浪费，另一方面，降低电锅炉不必要的运行成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本专利技术方法的系统模型示意图；图2是本专利技术方法的联盟模式下各参与者关系图；图3是本专利技术方法的合作博弈下预计经济收益分析图；图4是本专利技术方法的热电负荷曲线图；图5是本专利技术方法的风电预测曲线图；图6是本专利技术方法的热电联合调度优化求解流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合上述所述图形，本专利技术所述方法的步骤如下：步骤1，确定本系统模型的组成：本专利技术建立了包含风电机组、火电机组、热电机组以及蓄热式电锅炉的热电综合调度模型。系统中蓄热式电锅炉利用弃风电量实现供热，并与热电机组配合满足热负荷平衡，根据弃风量的大小不断调节电锅炉用电容量、蓄热装置工作方式以及热电机组出力，实现风电利用率最大和经济效益最佳。结构如附图1所示。步骤2，建立了提高风电消纳能力的热电联合合作博弈模型，模型包括合作模型的构成、参与者的运行策略以及合作博弈下预计经济收益分析：步骤2-1，合作模型的构成合作博弈是相对非合作博弈而言，是一种参与者通过制定可信或具有约束力的承诺，以协调相互之间战略选择的博弈。其主要研究多个参与者如何进行合作达到联盟收益的最大化以及联盟收益如何进行分配。在允许转移支付的情况下，在保证每个参与者至少获得非合作博弈收益的基础上，使总收益达到最大值的所有合作联盟是博弈的解集。合作博弈的基本要素包括参与者和特征函数。设N＝{1,2,...,n}为博弈的参与者集合，S是一个联盟，v(S)是指S和的2个联盟博弈S的最大效用，则称v(S)为联盟的特征函数。步骤2-2，参与者的运行策略当各参与者形成联盟后，为满足热、电平衡约束，本文规定热负荷由热电厂和风电场联合供给，电负荷由热电厂、风电场和火电厂联合供给。考虑到供热、供电机组同时安排出力，将增加系统调控难度，本文采用“先热平衡、后电平衡”的调度顺序调节机组出力，具体机组运行策略如下：热负荷平衡：热电机组按等微增率准则满足基础热负荷，风电场通过蓄热式电锅炉供给剩余热负荷。当某时刻蓄热式电锅炉供给热量不足以满足剩余热负荷时，热电机组按等微增率准则提高供热出力，直到满足热负荷平衡为止。电负荷平衡：根据热电机组“以热定电”特性确定各时段相应电出力。火电机组以实际装机比例分配剩余电负荷，并按等微增率准则运行。最后风电机组根据剩余电力空间安排各个时段的出力。若某时段的风电不足以弥补供电缺额时，火电机组继续按等微增率准则提高出力，直到满足电负荷平衡为止。步骤2-3，合作博弈下预计经济收益分析风力发电不消耗一次能源，因此其单位电量的净利润值要高于热电机组和火电机组单位电量净利润值，热电机组因热电偶和特性，故单位电量消耗一次能源多余火电机组，所以风电机组单位电量净利润值大于火电机组，火电机组单位电量净利润值大于热电机组，即：合作博弈下预计经济效益如附图3所示，横坐标为机组上网电量，纵坐标为单位电量净利润值。OZ为总的电负荷值，OX,XY,YZ分别为风电机组、火电机组以及热电机组合作前的上网电量。经过合作，火电机组和热电机组分别让出一部分电负荷和热负荷值给风电机组，本文假设2种情况进行考虑:1)弃风电量满足剩余热负荷需求；2)弃风电量不满足剩余热负荷需求，此时需提高热电机组出力。假设1：弃风电量满足剩余热负荷需求由附图3所示，火电机组和热电机组分别让出一部分电负荷和热负荷值为区域XA,YB,此时风电机组上网量为OX+XA+YB,联盟下单位电量净利润值增加为附图3阴影部分，即：abcd区域和efgh区域。在合作博弈理论下，通过合理的分配方法，将合作产生的多余利润进行分配，从而使每个参与者的收益多于合作之前收益。假设2：弃风电量不满足剩余热负荷需求，热电机组提高出力由附图3所示，风电机组上网量与假设1相同。但因热电机组热电偶和特性，产热同时会产生相应的电量，故火电机组电出力值降低，此时火电机组上网电量为XC,热电机组上网电量为CZ。由图可知因火电机组降低电出力，单位电量净利润值降低为附图3的klij区域。收益分配和假设1相同。步骤3，确定合作博弈下热电厂、火本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1：建立包含热电厂、火电厂、风电场以及蓄热电锅炉的热电联合系统；步骤2：建立了提高风电消纳能力的热电联合合作博弈模型，模型包括合作模型的构成、参与者的运行策略以及合作博弈下预计经济收益分析；步骤3：确定合作博弈下热电厂、火电厂、风电场收益最大的目标函数、约束条件以及联盟收益分配；步骤4：确定电锅炉启停控制策略与蓄热装置储放热模型；步骤5：利用目标函数、约束条件对调度模型进行优化、求解，获得优化调度模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1：建立包含热电厂、火电厂、风电场以及蓄热电锅炉的热电联合系统；步骤2：建立了提高风电消纳能力的热电联合合作博弈模型，模型包括合作模型的构成、参与者的运行策略以及合作博弈下预计经济收益分析；步骤3：确定合作博弈下热电厂、火电厂、风电场收益最大的目标函数、约束条件以及联盟收益分配；步骤4：确定电锅炉启停控制策略与蓄热装置储放热模型；步骤5：利用目标函数、约束条件对调度模型进行优化、求解，获得优化调度模型。2.根据权利要求1所述的一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法，其特征在于，所述步骤1的蓄热式电锅炉利用弃风电量实现供热，并与热电机组配合满足热负荷平衡，根据弃风量的大小不断调节电锅炉用电容量、蓄热装置工作方式以及热电机组出力。3.根据权利要求1所述的一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：步骤2-1：合作模型的构成，其中合作博弈的基本要素包括参与者和特征函数；设N＝{1,2,...,n}为博弈的参与者集合，S是一个联盟，v(S)是指S和的2个联盟博弈S的最大效用，则称v(S)为联盟的特征函数；步骤2-2：参与者的运行策略，采用“先热平衡、后电平衡”的调度顺序调节机组出力；热负荷平衡：热电机组按等微增率准则满足基础热负荷，风电场通过蓄热式电锅炉供给剩余热负荷；当某时刻蓄热式电锅炉供给热量不足以满足剩余热负荷时，热电机组按等微增率准则提高供热出力，直到满足热负荷平衡为止；电负荷平衡：根据热电机组“以热定电”特性确定各时段相应电出力；火电机组以实际装机比例分配剩余电负荷，并按等微增率准则运行；最后风电机组根据剩余电力空间安排各个时段的出力，若某时段的风电不足以弥补供电缺额时，火电机组继续按等微增率准则提高出力，直到满足电负荷平衡为止；步骤2-3：合作博弈下预计经济收益分析，风电机组单位电量净利润值大于火电机组，火电机组单位电量净利润值大于热电机组，设置横坐标为机组上网电量，纵坐标为单位电量净利润值；OZ为总的电负荷值，OX,XY,YZ分别为风电机组、火电机组以及热电机组合作前的上网电量，当弃风电量满足剩余热负荷需求火电机组和热电机组分别让出一部分电负荷和热负荷值为区域XA,YB,此时风电机组上网量为OX+XA+YB,联盟下单位电量净利润值增加为阴影部分，即：abcd区域和efgh区域；在合作博弈理论下，通过合理的分配方法，将合作产生的多余利润进行分配，从而使每个参与者的收益多于合作之前收益；当弃风电量不满足剩余热负荷需求，热电机组提高出力，风电机组上网量也为OX+XA+YB，热电机组热电偶和特性，产热同时会产生相应的电量，故火电机组电出力值降低，此时火电机组上网电量为XC,热电机组上网电量为CZ，火电机组降低电出力，单位电量净利润值降低为klij区域。4.根据权利要求1所述的一种基于合作博弈提高风电消纳的热电联合调度方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：步骤3-1，确定目标函数：热电厂、风电场和火电厂达成合作协议后，以合作净收益最大为目标，确定最优的电厂合作调度方案，优化目标函数为：maxF(S)＝f1+f2+f3式中：f1,f2,f3分别为热电厂、风电场、火电厂在调度周期内的净利润；热电厂、风电场、火电厂在调度周期内的净利润表达式为：式中：T为一个调度周期，取T＝24h；NR,NW,NG分别为热电机组、风电机组、火电机组数；PR,i,t,PW,i,t,PG,i,t分别为热电机组、风电机组、火电机组i在t时刻向电负荷提供的供电功率；HR,i,t为热电机组i在时刻向t热负荷提供的供热功率；PQW,i,t为风电机组i在t时刻向蓄热式电锅炉提供的弃风功率；ui,vi,wi为热电机组煤耗成本系数；ai,bi,ci为火电机组煤耗成本系数；C1,C2,C3分别为热电机组、风电机组、火电机组运行维护成本；热电机组、风电机组、火电机组的运行维护成本分别看做为热电机组向热、电负荷提供供电供热功率之和的线性函数、风电机组向电负荷提供供电功率的线性函数、火电机组向电负荷提供供电功率的线性函数；各项运行维护成本表达式为：式中：βR,βW,βG分别为热电机组、风电机组、火电机组支付成本；步骤3-2，确定约束条件，包括：步骤3-2-1，功率平衡约束电功率平衡约束：热功率平衡约束：式中：HEB,t为t时刻电锅炉制热功率；HHstor,t为t时刻蓄热装置储放热出力；PL,t,HL,t分别为t时刻电、热负荷值；步骤3-2-1，机组相关约束：1)火电机组约束，机组出力上下限约束：机组爬坡约束：-Δri,down≤PG,i,t-PG,i,t-1≤Δri,up式中：分别为火电机组i的最大、最小出力；Δri,up,Δri,down分别为火电机组i的上爬坡限制和下爬坡限制；2)热电机组约束，热电机组同时兼备供电供热两个方面，考虑出力上下限时，同时考虑电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽君，梁旭日，王心蕊，张兴，吴文华，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13