一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划方法技术方案

本发明专利技术涉及一种面向风电消纳的热‑电综合系统输储鲁棒规划方法，通过配置蓄热电锅炉、电储能装置以及增大输电线路传输能力来抑制风电快速波动、缓解输电线路堵塞；提出风电不确定性模型和储能系统消纳风电控制策略；以输电网前期投资成本和系统运行成本最小为目标，综合考虑系统中各机组的运行约束、储能系统的运行约束，以及系统电/热平衡等约束条件，建立一种面向风电消纳的热‑电综合系统输储鲁棒规划模型；最后采用分层迭代法对其鲁棒模型进行求解，得出储能最优位置、容量及功率和输电线路最佳规划方案，提升输电网风电消纳能力。

【技术实现步骤摘要】
一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划方法
本专利技术涉及电力系统与热力系统联合调度
，尤其涉及一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划方法。
技术介绍
随着全球化石能源的枯竭，同时生态环境逐渐恶化，发展可再生能源已逐渐成为各国重要的选择。然而由于风电等清洁能源具有波动性强，随机性大等特点，大量的风电进入电网势必会改变电网能源结构，对电网安全运行产生巨大威胁，从而产生严重的弃风现象。目前中国“三北地区”弃风严重原因主要分为两个方面，一方面是风电场建造偏远，受输电网结构限制，大量风电因线路堵塞无法向电网内部进行输送。另一方面，电网系统受机组爬坡率和调节范围的限制，无法应对风电的波动。同时在中国“三北地区”供热期间，热电联产机组“以热定电”的运行方式进一步降低电网系统的调峰能力，使得弃风问题更加严重。目前提高电网系统中机组的调峰能力的方法主要是通过储能系统，来增强电网系统的灵活性，消纳更多的风电资源。目前大部分研究主要考虑电储能的配置，然而由于目前电池使用寿命低、造价高、效率低等问题，无法大规模投入使用，同时中国“三北地区”主要包含电、热两种负荷，通过配置热储能装置可以解耦“三北地区”热电联产机组“以热定电”的运行方式，实现机组深调峰，因此配置储能系统需要考虑配置储热和储电两种储能系统更具有意义。在输电网线路规划问题中，已有很多研究，通过对输电网线路的合理规划，可以改变输电线路电网结构，增加输电线路容量，从而将风电及时送出。然而目前大部分面向风电消纳的输电网规划研究并没有考虑储能系统的接入，同时相对于输电线路规划，储能系统建设周期较短，因此考虑输电线路与储能系统的联合规划可以有效缩短建设周期，具有可观的经济效益。同时由于风电具有较强的间歇性和波动性，会影响系统配置的经济性和可靠性，目前在输电网优化运行及储能优化配置中大部分都是以确定性风电场景来计算，因此在输电网规划中要充分考虑风电的不确定性。目前在输电网中考虑风电不确定性方法主要分为两种。一种是随机规划法，采用采用蒙特卡洛、拉丁超立方法生成风电场景并进行缩减，但为保证模型可靠，需要考虑大量场景，计算量大，增加问题的复杂性；另一种是鲁棒规划法，一般以最恶劣场景建立模型进行规划，保证系统稳定性。因此在输电网线路和储能系统联合规划中考虑风电的不确定性和随机性具有重要意义。针对以上问题，对热-电综合系统输储鲁棒规划研究，可以缓解输电线路堵塞，减少线路和储能投资成本，实现机组深调峰，提高输电网风电渗透率具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划方法。通过合理配置蓄热电锅炉、电储能装置以及增大输电线路传输能力来抑制风电快速波动、缓解输电线路堵塞，同时提出风电不确定性模型，建立热-电综合系统输储鲁棒规划模型，以经济性为指标，最终获得储能最优位置、功率及容量和输电线路最佳规划方案。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术所提出的一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划方法，包括以下步骤：步骤S1：建立包含常规火电机组、热电联产机组、风电机组、电储能装置以及蓄热电锅炉的热-电综合系统；步骤S2：建立风电不确定性模型，通过改变不确定集取端点个数的大小来保证规划结果既安全稳定又避免过于保守，同时确定储能系统消纳风电控制策略；步骤S3：以输电网前期投资成本和系统运行成本之和最小为目标函数，综合考虑系统中各机组的运行约束、储能系统的运行约束，以及系统电/热平衡等约束条件，建立一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划模型；步骤S4：基于分层迭代法对其鲁棒模型进行求解，得出储能最优位置、功率及容量和输电线路最佳规划方案，提升输电网风电渗透率。进一步的，所述步骤S1中，热-电综合系统主要由电源、储能系统、系统负荷三部分组成；电源部分包括常规火电机组、热电联产机组、风力发电机组3种机组；储能系统包括蓄热电锅炉和电储能装置，其中蓄热电锅炉包括电锅炉和蓄热罐两部分；系统负荷包括电负荷和热负荷。进一步的，所述步骤S2具体包括：步骤S2.1：风电不确定模型表达式如下：式中：为节点i风电场在t时刻的预测值；为节点i风电功率在t时刻向上波动的上限；ΔPw,i,t为节点i风电功率在t时刻向下波动的下限；Pw,i,t为节点i风电场在t时刻的考虑不确定性后的实际功率；以及uw,i,t为0、1变量；当取1时，Pw,i,t则取风电预测功率上限；当uw,i,t取1时，Pw,i,t处于风电预测功率下限；当uw,i,t同时为0，Pw,i,t则取预测值；Γ为风电不确定性参数；步骤S2.2：储能系统消纳风电策略储能系统包括电储能装置和蓄热电锅炉；具体控制策略为先根据风电预测值来计算是否有弃风，当有弃风时，先启动电锅炉和热电联产机组同时产热，所产生的热一部分用来供给热网所需的热负荷，另一部分由蓄热罐存储起来，如果还存在弃风，则电储能装置需将多余的风电存储起来，然后判断考虑风电不确定性后风电实际功率与风电并网功率是否相等，然后电储能装置进行充放电，保证热-电综合系统电平衡；当计算无弃风时，蓄热罐放热满足热负荷需求，同时电储能装置进行放电满足电负荷需求，然后判断考虑风电不确定性后风电实际功率与风电并网功率是否相等，然后电储能装置进行充放电，保证热-电综合系统电平衡；进一步的，所述步骤S3具体包括：建立面向风电消纳的热-电综合系统输储确定规划模型，系统总目标函数为：式中：Ctotal为热-电综合系统总成本；Cinv为输电线路和储能系统的投资成本；Ωs为典型场景集；λl为热-电综合系统第l场景发生的概率；Cope为热-电综合系统的运行成本；步骤S3.1：输储投资成本Cinv：Cinv＝Cline+Cess式中：Cline为新建线路的投资成本；Cess为新建储能系统的投资成本，包括蓄热电锅炉、电储能装置；步骤S3.2：系统的运行成本Cope：Cope＝Cgen+Cchp+Cqf式中：Cgen、Cchp、Cqf分别为常规火电机组、热电联产机组运行成本以及弃风惩罚成本；步骤S3.3：系统约束条件热-电综合系统模型约束主要包含前期储能配置约束和确定配置后热-电综合系统的运行约束；步骤S3.3.1：储能系统配置约束；步骤S3.3.2：确定配置后热-电综合系统的运行约束；进一步的，所述步骤S4具体包括：步骤S4.1：初始化原问题上界、下界以及迭代次数；步骤S4.2：根据风电预测、电(热)负荷预测数据，根据储输系统投资成本公式计算储输系统投资主问题，获得线路扩展决策和储能装置、功率容量，更新原问题下界；步骤S4.3：根据风电不确定性模型考虑风电不确定集下，计算系统运行成本子问题，判断是否可行；如果可行，则进行下一步；如果不可行，则给主问题增加不可行割平面，跳转到步骤S4.2，根据储输系统投资成本公式重新计算储输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤S1：建立包含常规火电机组、热电联产机组、风电机组、电储能装置以及蓄热电锅炉的热-电综合系统；/n步骤S2：建立风电不确定性模型，通过改变不确定集取端点个数的大小来保证规划结果既安全稳定又避免过于保守，同时确定储能系统消纳风电控制策略；/n步骤S3：以输电网前期投资成本和系统运行成本之和最小为目标函数，综合考虑系统中各机组的运行约束、储能系统的运行约束，以及系统电/热平衡等约束条件，建立一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划模型；/n步骤S4：基于分层迭代法对其鲁棒模型进行求解，得出储能最优位置、功率及容量和输电线路最佳规划方案，提升输电网风电渗透率。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：建立包含常规火电机组、热电联产机组、风电机组、电储能装置以及蓄热电锅炉的热-电综合系统；
步骤S2：建立风电不确定性模型，通过改变不确定集取端点个数的大小来保证规划结果既安全稳定又避免过于保守，同时确定储能系统消纳风电控制策略；
步骤S3：以输电网前期投资成本和系统运行成本之和最小为目标函数，综合考虑系统中各机组的运行约束、储能系统的运行约束，以及系统电/热平衡等约束条件，建立一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划模型；
步骤S4：基于分层迭代法对其鲁棒模型进行求解，得出储能最优位置、功率及容量和输电线路最佳规划方案，提升输电网风电渗透率。


2.根据权利要求1所述的一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划方法，其特征在于：所述步骤S1中，热-电综合系统主要由电源、储能系统、系统负荷三部分组成；电源部分包括常规火电机组、热电联产机组、风力发电机组3种机组；储能系统包括蓄热电锅炉和电储能装置，其中蓄热电锅炉包括电锅炉和蓄热罐两部分；系统负荷包括电负荷和热负荷。


3.根据权利要求1所述的一种面向风电消纳的热-电综合系统输储鲁棒规划方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
步骤S2.1：风电不确定模型表达式如下：



式中：为节点i风电场在t时刻的预测值；为节点i风电功率在t时刻向上波动的上限；ΔPw,i,t为节点i风电功率在t时刻向下波动的下限；Pw,i,t为节点i风电场在t时刻的考虑不确定性后的实际功率；以及uw,i,t为0、1变量；当取1时，Pw,i,t则取风电预测功率上限；当uw,i,t取1时，Pw,i,t处于风电预测功率下限；当uw,i,t同时为0，Pw,i,t则取预测值；Γ为风电不确定性参数；
步骤S2.2：储能系统消纳风电策略
储能系统包括电储能装置和蓄热电锅炉；具体控制策略为先根据风电预测值来计算是否有弃风，当有弃风时，先启动电锅炉和热电联产机组同时产热，所产生的热一部分用来供给热网所需的热负荷，另一部分由蓄热罐存储起来，如果还存在弃风，则电储能装置需将多余的风电存储起来，然后判断考虑风电不确定性后风电实际功率与风电并网功率是否相等，然后电储能装置进行充放电，保证热-电综合系统电平衡；当计算无弃风时，蓄热罐放热满足热负荷需求，同时电储能装置进行放电满足电负...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东升，郑海洪，张化光，周博文，李广地，金硕巍，罗艳红，王迎春，闫士杰，杨波，柴琦，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21