一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法技术

本发明专利技术是一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法，包括以下步骤：S1、将火电机组分为常规调峰和深度调峰两个工作状态，计算不同工况的运行能耗成本，得到固定成本函数；S2、根据火电机组深度调峰的低负荷稳燃特性，建立相应的旋转备用约束，出力约束和爬坡约束；S3、根据ASF模型，建立考虑深度调峰频率特性的频率安全约束；S4、根据S1、S2、S3得到综合运行成本最小的目标函数及相关约束；S5、对S4的目标函数采用主次问题协调求解，得到最终的机组组合方案。本方法兼顾了深度调峰下机组组合的经济性和频率安全性，可为参与深度调峰的火电机组提供高效的运行策略，以缓解高比例新能源并网带来的运行问题。网带来的运行问题。

【技术实现步骤摘要】
一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法


[0001]本专利技术涉及新能源发电领域，具体的说是涉及一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法。

技术介绍

[0002]在“碳达峰、碳中和”的时代环境下，构建以新能源为主体的电力系统成为重要趋势，预计到2030年，新能源发电量将达到传统火力发电量的一半。然而新能源发电所占比重不断提高，增加了等效负荷的峰谷差，加剧了电力系统调峰负担。火电机组进行深度调峰改造，进一步降低最小技术出力，可消纳更多新能源出力，缓解系统的调峰压力。
[0003]从调度的长时间尺度看，机组出力依靠锅炉燃烧提供能量，然而火电机组运行在深度调峰工作状态下，锅炉燃烧、水动力等工况变差，容易引起锅炉灭火、水循环停滞或倒流等事故，故在调度时，深度调峰的火电机组灵活性较差，不能提供旋转备用。从功率扰动的短时间尺度看，锅炉的反应时间很长，对机组出力的影响减弱，机组出力变化依靠调速系统，因此火电机组运行在深度调峰工作状态下，具备一定的弱于常规调峰的频率响应能力。
[0004]随着新能源出力增加，常规调峰机组逐步退出或转成深度调峰工作状态，造成剩余工作机组的频率响应能力将更容易达到极限。传统的火电机组深度调峰经济调度方法，不能保证功率扰动下的频率稳定，因此有必要研究如何平衡深度调峰下的经济性和频率安全性。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法，该方法兼顾了深度调峰下机组组合的经济性和频率安全性，可为高比例新能源并网系统中处于深度调峰工况下的火电机组运行策略的制定提供参考。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术是一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将火电机组分为常规调峰和深度调峰两个工作状态，计算不同工况的运行能耗成本，得到固定成本函数；
[0009]S2、根据火电机组深度调峰的低负荷稳燃特性，建立相应的旋转备用约束，出力约束和爬坡约束；
[0010]S3、根据ASF模型，建立考虑深度调峰频率特性的频率安全约束；
[0011]S4、根据S1、S2、S3得到综合运行成本最小的目标函数及相关约束；
[0012]S5、对S4的目标函数采用主次问题协调求解，得到最终的机组组合方案。
[0013]优选地，所述步骤S1的具体过程为：
[0014]S11、火电机组常规调峰工作状态的运行成本。
[0015]S12、火电机组深度调峰工作状态的运行成本。
[0016]优选地，所述步骤S1的成本计算具体过程为：
[0017]S11、常规调峰阶段，运行煤耗成本根据耗量特性进行计算，其运行煤耗成本为：
[0018]C(P)＝(aP2+bP+c)S
coal
[0019]式中：C(P)为火电机组煤耗成本；P为机组实时出力；a、b、c为煤耗特性曲线的系数；S
coal
为煤炭价格。
[0020]S12、机组工作在深度调峰状态，由于交变应力作用下导致机组寿命减少带来的寿命损耗成本，按照转子材料的低周疲劳特性关系进行计算，得到寿命损耗成本：
[0021]w(P)＝η(P)P
n
S
unit
[0022]式中：w(P)为机组寿命损耗成本；η(P)为机组运行损耗率；S
unit
为汽轮机的购买成本；P
n
为火电机组的容量。
[0023]其中：
[0024][0025]深度调峰运行下火电机组锅炉燃煤利用率低导致的附加煤耗成本为：
[0026]F(P)＝λPS
coal
[0027]式中：F(P)为机组附加煤耗成本；λ为机组在深度调峰和常规调峰运行下的煤耗率之差。
[0028]火电机组在进行深度调峰时将获得补偿收益，调峰的深度越大，收益越高，其补偿收益计算如下：
[0029]C
rev
(P)＝c
p
(P
n
‑
P)
[0030]式中：C
rev
为补偿收益；c
p
为补偿价格。
[0031]故机组在不同时间段的运行成本为：
[0032][0033]式中：C
cost
为火电机组总运行成本；P
i,t
为机组i在时段t的实际出力；P
i,max
为机组i的常规调峰最大出力；P
i,min
为机组i的常规调峰最小出力；P
i,deep
为机组i的深度调峰最小出力。
[0034]优选地，所述步骤S2的具体过程为：
[0035]S21、根据火电机组深度调峰的无法提供旋转备用的性质，建立相应电网侧的旋转备用约束；
[0036]S22、根据火电机组深度调峰的低负荷稳燃性质，建立火电机组深度调峰下的出力约束。
[0037]S23、机组工作在深度调峰状态时出力不能随意变动，但在常规调峰和深度调峰两种工作状态之间相互切换时，存在着爬坡约束条件。
[0038]优选地，所述步骤S2的约束计算具体过程为：
[0039]S21、考虑火电机组深度调峰下无法提供旋转备用后，某个时间段上系统需要预留总的旋转备用为：
[0040][0041]式中：N为火电机组台数；U
i,t
为机组i在时段t的启停状态，当U
i,t
＝1时，机组处于运行状态，当U
i,t
＝0时，机组处于停机状态；D
i,t
为机组i在时段t的工作状态，当D
i,t
＝1时，机组处于常规调峰工作状态，当D
i,t
＝0时，机组处于深度调峰工作状态；ρ为旋转备用系数；P
d,t
为系统在时段t的总负荷。
[0042]S22、当火电机组进行深度调峰时，随着机组负荷降低，锅炉燃烧、水动力等工况逐渐变差，容易引起锅炉灭火、水循环停滞或倒流等事故。此时，为了保证机组的稳定运行，机组出力不宜随意波动，得到火电机组深度调峰下的出力约束：
[0043][0044]S22、机组在常规调峰和深度调峰两种工作状态之间相互切换时，存在着爬坡约束条件，可表示为：
[0045][0046]式中：P
deepdown,i
，P
deepup,i
为机组i在常规调峰和深度调峰状态切换时的最大爬坡功率。
[0047]优选地，所述步骤S3的具体过程为：根据ASF模型，建立考虑深度调峰频率响应特性的频率安全约束。
[0048]优选地，所述步骤S3的约束计算具体过程为：
[0049]S31、当发生功率扰动时，发电机
‑
负荷的功率差，和频率波动之间的关系可表示为成微分方程：
[005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法，其特征在于：所述深度调峰机组组合方法包括如下步骤：步骤1：将火电机组分为常规调峰和深度调峰两个工作状态，计算火电机组常规调峰工作状态和火电机组深度调峰工作状态的运行能耗成本，得到固定成本函数；步骤2：根据火电机组深度调峰的低负荷稳燃特性，建立相应的旋转备用约束、出力约束和爬坡约束；步骤3：根据ASF模型，建立考虑深度调峰频率特性的频率安全约束；步骤4：根据步骤1、步骤2、步骤3得到综合运行成本最小的目标函数及相关约束；步骤5：对步骤4的目标函数采用主次问题协调求解，得到最终的机组组合方案。2.根据权利要求1所述一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法，其特征在于：步骤1中成本的计算具体过程包括如下步骤：步骤1
‑
1：机组工作在常规调峰状态，运行煤耗成本根据耗量特性进行计算，其运行煤耗成本为：C(P)＝(aP2+bP+c)S
coal
式中：C(P)为火电机组煤耗成本，P为机组实时出力，a、b、c为煤耗特性曲线的系数，S
coal
为煤炭价格；步骤1
‑
2：机组工作在深度调峰状态，运行能耗成本为由于交变应力作用下导致机组寿命减少带来的寿命损耗成本，按照转子材料的低周疲劳特性关系进行计算，得到所述寿命损耗成本：w(P)＝η(P)P
n
S
unit
式中：w(P)为机组寿命损耗成本，η(P)为机组运行损耗率，S
unit
为汽轮机的购买成本，P
n
为火电机组的容量，其中，深度调峰运行下火电机组锅炉燃煤利用率低导致的附加煤耗成本为：F(P)＝λPS
coal
式中：F(P)为机组附加煤耗成本，λ为机组在深度调峰和常规调峰运行下的煤耗率之差；火电机组在进行深度调峰时将获得补偿收益，调峰的深度越大，收益越高，其补偿收益计算如下：C
rev
(P)＝c
p
(P
n
‑
P)式中：C
rev
为补偿收益；c
p
为补偿价格；机组在不同时间段的运行成本为：式中：C
cost
为火电机组总运行成本，P
i,t
为机组i在时段t的实际出力，P
i,max
为机组i的常规调峰最大出力，P
i,min
为机组i的常规调峰最小出力，P
i,deep
为机组i的深度调峰最小出力。
3.根据权利要求1所述一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法，其特征在于：所述步骤2具体包括如下步骤：步骤2
‑
1：根据火电机组深度调峰的无法提供旋转备用的性质，时段t上系统需要预留总的旋转备用为：式中：N为火电机组台数；U
i,t
为机组i在时段t的启停状态，当U
i,t
＝1时，机组处于运行状态，当U
i,t
＝0时，机组处于停机状态；D
i,t
为机组i在时段t的工作状态，当D
i,t
＝1时，机组处于常规调峰工作状态，当D
i,t
＝0时，机组处于深度调峰工作状态；ρ为旋转备用系数；P
d,t
为系统在时段t的总负荷；步骤2
‑
2：根据火电机组深度调峰的低负荷稳燃性质，建立火电机组深度调峰下的出力约束：式中：P
i,t
为机组i在时段t的实际出力，P
i,max
为机组i的常规调峰最大出力，P
i,min
为机组i的常规调峰最小出力，P
i,deep
为机组i的深度调峰最小出力；步骤2
‑
3：机组工作在深度调峰状态时出力不能随意变动，但在常规调峰和深度调峰两种工作状态之间相互切换时，存在着爬坡约束条件，表示为：式中：P
deepdown,i
，P
deepup,i
为机组i在常规调峰和深度调峰状态切换时的最大爬坡功率。4.根据权利要求1所述一种计及频率动态响应的深度调峰机组组合方法，其特征在于：所述步骤3建立考虑深度调峰频率特性的频率安全约束具体为：步骤3
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志莹，徐明志，王铭炜，郭杰，于国强，刘克天，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：