考虑火电动态特性的综合能源生产单元日前优化调度方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑火电动态特性的综合能源生产单元日前优化调度方法，考虑短调度时间尺度的火电机组动态特性，建立系统日前动态优化调度模型；求解日前动态优化调度模型，获得当前调度时刻火电机组调度指令、以及由调度指令通过闭环控制模型输出的优化后的输出功率；以火电机组调度指令为火电机组PID控制的输入，以火电机组PID控制输出的实际功率追踪优化后的输出功率，获得追踪偏差，将追踪偏差转换为成本增项增加到日前动态优化调度模型的目标函数中，作为下一个调度时刻的初始值，直至完成最后一个调度时刻，获得最优调度方案。本发明专利技术降低了系统实际供电与负荷的偏差，提升系统运行的平稳性和经济性。提升系统运行的平稳性和经济性。提升系统运行的平稳性和经济性。

【技术实现步骤摘要】
考虑火电动态特性的综合能源生产单元日前优化调度方法


[0001]本专利技术涉及优化调度
，尤其是一种考虑火电动态特性的综合能源生产单元日前优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着电力行业能源清洁低碳转型需求的提升，如何升级改造高碳排放量的火电机组、同时在电力系统高比例接入可再生能源的问题亟待解决。综合能源生产单元(integrated energy product ion un it,I EPU)概念的引入为解决这一问题提供了新思路，它通过耦合电转气(power to gas,P2G)和碳捕集与储存(carbon capture and storage，CCS)技术,综合利用风光等可再生能源，以及存量火电机组进行大规模电解制氢，并与从火电机组中捕集的二氧化碳合成甲烷，在促进可再生能源消纳与碳减排的基础上实现了碳资源化利用，支撑电力系统绿色、低碳、经济运行。
[0003]为了保证I EPU系统的灵活调度能力，需要建立合理的优化调度模型。目前根据能流传输特性，将优化调度模型分为稳态模型和动态模型。稳态模型通常忽略异质能流传输过程的时间延迟和动态特性，认为功率或流量的输入与输出相等，因此只有在长时间尺度下的优化调度才具有一定的准确性。动态模型通过质量守恒、动量守恒、能量守恒的偏微分方程来描述能量传输的时延特性与动态特性，由于该模型能更好的模拟实际能流在短时间尺度下的传输行为，可提高优化调度结果的准确性。
[0004]然而大多数动态优化调度的研究集中于分析电、气、热三种网络传输介质的动态特性差异，而很少关注设备运行的动态性能。申请人研究认为，火电机组作为I EPU的关键供能设备，其给煤量的输入到功率的输出存在显著的惯性环节，导致其实际的输出功率变化会滞后于输入功率指令的变化，从而使火电机组的实际输出功率与优化调度方案制定的输出功率设定值存在偏差。由此可见，在短时间尺度下将火电机组的动态性能考虑在I EPU的优化调度中能够保证系统准确平稳运行。因此，为了实现I EPU的绿色经济运行与灵活调度能力，并针对系统设备动态性能不可忽略的特点，提出一种综合能源生产单元日前动态优化调度方法很有必要性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种考虑火电动态特性的综合能源生产单元日前优化调度方法，目的是降低实际供电与负荷的偏差，提升系统运行的平稳性和经济性。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本申请提供一种考虑火电动态特性的综合能源生产单元日前优化调度方法，包括：
[0008]建立系统日前动态优化调度模型，所述日前动态优化调度模型基于常规调度时间尺度下系统中各设备的数学模型，考虑短调度时间尺度的火电机组动态特性，以系统全生命周期成本最低为目标，以系统电能平衡、物料平衡和设备运行状态为约束条件而建立；
[0009]所述火电机组动态特性通过闭环控制模型描述；
[0010]所述各设备的数学模型包括用于描述设备存储状态的模型、以及用于描述设备能量或物料输出状态的出力模型；
[0011]以典型日的系统历史数据作为输入，求解所述日前动态优化调度模型，获得当前调度时刻内设备的调度方案和系统全生命周期成本，所述调度方案包括火电机组调度指令、以及由所述调度指令通过所述闭环控制模型输出的优化后的输出功率；以所述火电机组调度指令为火电机组PID控制的输入，得到火电机组PID控制输出的实际功率，以所述优化后的输出功率为追踪目标，获得追踪偏差，将所述追踪偏差转换为成本增项增加到所述日前动态优化调度模型的目标函数中，对所述系统全生命周期成本进行修正，作为下一个调度时刻的初始值，重复以上过程直至完成最后一个调度时刻，获得最优调度方案。
[0012]进一步技术方案为：
[0013]所述日前动态优化调度模型以系统全生命周期成本最低为目标，其目标函数为：
[0014]F
static
＝min(F1+F2+F3)
[0015][0016][0017][0018]式中，F
static
全生命周期成本，F1,F2,F3分别为运行成本、碳排放成本和资源购置成本；OM
k
、P
k,t
设备k的运行成本、以及第t个调度时刻内的功率；为碳排放成本系数，为CCS捕集的用于P2G过程的CO2量，为P2G过程中参与甲烷合成反应的CO2量；c
Coal
为燃煤量m
Coal,t
的成本系数，c
demand
为电负荷P
demand,t
的售价，c
NG
为向甲烷市场出售甲烷量的售价。
[0019]所述各设备的数学模型，包括：
[0020]氢气储存设备模型及二氧化碳储存设备模型，分别用于描述设备当前调度时刻的储存量；
[0021]光伏出力模型，用于描述当前调度时刻光伏机组的输出功率P
pv,t
；
[0022]CCS模型：
[0023][0024][0025][0026]其中，火电机组CO2排放量e
PGU
、P
PGU,t
为火电机组的碳排放强度和输出功率；分别为CCS捕集的CO2总量、CCS捕集的用于P2G过程的CO2量、CCS捕集过程中CO2耗散量；P
CCS,t
为CCS耗电量，为单位碳捕集电耗。
[0027]P2G模型：
[0028][0029]其中，电解槽的功率甲烷合成设备的功率P
P2G,t
为P2G的功率；分别为电解槽产H2的电耗系数及产氢量；分别为甲烷合成设备产CH4的电耗系数及产甲烷量，其中ω为甲烷合成反应的平衡系数，为P2G过程中参与甲烷合成反应的CO2量；
[0030]以上各数学模型中，下标t均代表第t个调度时刻。
[0031]系统电能平衡约束条件包括：
[0032][0033]系统物料平衡约束包括：
[0034][0035][0036]式中，分别为电解水产氢量和P2G制甲烷的耗氢量，分别为氢气储存设备的取出量和存入量；分别为二氧化碳储存设备的取出量和存入量；下标t代表第t个调度时刻。
[0037]系统设备运行状态的约束条件包括：
[0038]火电机组出力上下限约束及爬坡约束、CCS功率上下限约束、电解槽功率上下限约束及爬坡约束、甲烷合成设备出力上下限约束及爬坡约束、氢气储存设备存气量及进出气量约束、二氧化碳储存设备存气量及进出气量约束。
[0039]氢气储存设备模型及二氧化碳储存设备模型中，设定典型日内启始调度时刻和终点调度时刻的储氢量相等，启始调度时刻和终点调度时刻的储碳量相等。
[0040]所述火电机组动态特性考虑了功率变化的惯性环节，所述闭环控制模型的传递函数为：
[0041][0042]其中，火电机组从输入给煤量m
coal
到输出功率的传递函火电机组PID控制器的传递函数s为拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑火电动态特性的综合能源生产单元日前优化调度方法，其特征在于，包括：建立系统日前动态优化调度模型，所述日前动态优化调度模型基于常规调度时间尺度下系统中各设备的数学模型，考虑短调度时间尺度的火电机组动态特性，以系统全生命周期成本最低为目标，以系统电能平衡、物料平衡和设备运行状态为约束条件而建立；所述火电机组动态特性通过闭环控制模型描述；所述各设备的数学模型包括用于描述设备存储状态的模型、以及用于描述设备能量或物料输出状态的出力模型；以典型日的系统历史数据作为输入，求解所述日前动态优化调度模型，获得当前调度时刻内设备的调度方案和系统全生命周期成本，所述调度方案包括火电机组调度指令、以及由所述调度指令通过所述闭环控制模型输出的优化后的输出功率；以所述火电机组调度指令为火电机组PID控制的输入，得到火电机组PID控制输出的实际功率，以所述优化后的输出功率为追踪目标，获得追踪偏差，将所述追踪偏差转换为成本增项增加到所述日前动态优化调度模型的目标函数中，对所述系统全生命周期成本进行修正，作为下一个调度时刻的初始值，重复以上过程直至完成最后一个调度时刻，获得最优调度方案。2.根据权利要求1所述考虑火电动态特性的综合能源生产单元日前优化调度方法，其特征在于，所述日前动态优化调度模型以系统全生命周期成本最低为目标，其目标函数为：F
static
＝min(F1+F2+F3)))式中，F
static
为全生命周期成本，F1,F2,F3分别为运行成本、碳排放成本和资源购置成本；OM
k
、P
k,t
为设备k的运行成本、以及第t个调度时刻内的功率；为碳排放成本系数，为CCS捕集的用于P2G过程的CO2量，为P2G过程中参与甲烷合成反应的CO2量；c
Coal
为燃煤量m
Coal,t
的成本系数，c
demand
为电负荷P
demand,t
的售价，c
NG
为向甲烷市场出售甲烷量的售价。3.根据权利要求2所述考虑火电动态特性的综合能源生产单元日前优化调度方法，其特征在于，所述各设备的数学模型，包括：氢气储存设备模型及二氧化碳储存设备模型，分别用于描述设备当前调度时刻的储存量；光伏出力模型，用于描述当前调度时刻光伏机组的输出功率P
pv,t
；CCS模型：CCS模型：CCS模型：
其中，火电机组CO2排放量e
PGU
、P
PGU,t
为火电机组的碳排放强度和输出功率；分别为CCS捕集...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立，左逢源，张薇，叶俊杰，尹瑞麟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：