CN109638818A - 一种储热式电采暖***容量优化配置方法和装置 - Google Patents

一种储热式电采暖***容量优化配置方法和装置 Download PDF

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李宝聚
孙勇
李驰
王晶
李湃
白婕
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Abstract

本发明提供了一种储热式电采暖***容量优化配置方法和装置，先获取电力***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。本发明实现了储热式电采暖***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***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。

Description

一种储热式电采暖***容量优化配置方法和装置
技术领域
本发明涉及电力***技术领域，具体涉及一种储热式电采暖***容量优化配置方法和装置。
背景技术
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***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***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***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。
发明内容
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，本发明提供一种储热式电采暖***容量优化配置方法和装置，先获取电力***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***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***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***约束和热力***约束，电力***约束包括根据弃风率确定的弃风率约束，本发明实现了储热式电采暖***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。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种储热式电采暖***容量优化配置方法，所述储热式电采暖***包括电力***和热力***，所述热力***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***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***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***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***约束和热力***约束，所述电力***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***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***的耗电功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***的直接上网热功率；
Ln表示储热式电采暖***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***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***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***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***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***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***的耗电功率；η表示储热式电采暖***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***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***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，本发明还提供一种储热式电采暖***容量优化配置装置，所述储热式电采暖***包括电力***和热力***，所述热力***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***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***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***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***约束和热力***约束，所述电力***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***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***的耗电功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***的直接上网热功率；
Ln表示储热式电采暖***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，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***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。
所述热力***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***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***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；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***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***的耗电功率；η表示储热式电采暖***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***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***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。
确定模块具体用于：
采用分支定界法求解所述预先构建的容量优化配置模型。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的储热式电采暖***容量优化配置方法中，先获取电力***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***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***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***约束和热力***约束，电力***约束包括根据弃风率确定的弃风率约束，本发明实现了储热式电采暖***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；
本发明提供的技术方案通过分支定界法求解容量优化配置模型，容量优化配置模型中的目标函数以储热式电采暖***的年度总经济费用最小为目标构建，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***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。
本发明可在保障居民供暖质量不变的前提下，提升***消纳大规模风电的灵活性。
附图说明
图1是本发明实施例中储热式电采暖***容量优化配置方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种储热式电采暖***容量优化配置方法，具体流程图如图1所示，其中的储热式电采暖***包括换热器装置、电换热装置和储热装置；换热器装置指的输入输出都是热能，电换热装置为电能输入热能输出。本发明实施例提供的储热式电采暖***容量优化配置方法具体过程如下：
S101：获取电力***的弃风率(弃风率通过弃风电量除以风电可发电量得到)；
S102：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***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；
上述S102中的容量优化配置模型包括以储热式电采暖***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***约束和热力***约束，所述电力***约束包括根据弃风率确定的弃风率约束。
上述的目标函数按下式构建：
其中，表示储热式电采暖***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，ΔT的单位为小时；
均为优化变量，表示节点n下换热器装置的装机容量，其单位为MW，表示节点n下储热装置的储热容量，其单位为MWh，表示节点n下电换热装置的装机容量，其单位为MW；
Cn表示换热器装置单位投资建设费用，其单位为元/MW；Cn'表示储热装置单位建设投资费用，其单位为元/MWh；Cn”表示电换热装置单位投资建设费用，其单位为元/MW；
Pt,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***的耗电功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***的直接上网热功率，Pt,n、和Ht,n的单位均为MW；
Ln表示储热式电采暖***的全生命周期，其单位为年；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，和的单位均为元/MWh。
其中的电力***约束还包括火电机组爬坡约束、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；
其中的热力***约束包括热平衡约束、热电联产机组热功率约束、热负荷约束、热网约束和运行约束；其中的运行约束包括电换热约束、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。
上述火电机组包括热电联产机组和非热电联产机组；其中的热电联产机组包括背压机组和抽汽机组其中的非热电联产机组包括纯凝机组；
上述火电机组爬坡约束如下式：
其中，t表示仿真时间点，g表示火电机组索引，分别表示t时刻、t-1时刻节点n下第g台火电机组的有功出力，两者单位均为MW；
表示节点n下第g台火电机组向上爬坡率，表示节点n下第g台火电机组向下爬坡率，两者单位均为MW/min；
火电机组最小启停机时间约束如下式：
其中，分别表示t时刻、t-1时刻节点n下第g台火电机组的状态，为1表示运行状态，为0时表示停机状态；
分别表示t时刻、t+k时刻节点n下第g台火电机组是否发出启机指令， 为1表示发出启机指令，为0表示未发出启机指令；
分别表示t时刻、t+k时刻节点n下第g台火电机组是否发出停机指令， 为1表示发出停机指令，为0表示未发出停机指令；
k表示表示仿真时间步长，Kon表示火电机组最小启机时间，Koff表示火电机组最小停机时间；
火电机组出力约束如下式：
其中，c表示纯凝机组索引，表示t时刻节点n下第c台纯凝机组的有功出力，和分别表示节点n下第c台纯凝机组的出力上限和下限，和的单位均为MW；
b表示背压机组索引，表示t时刻节点n下第b台背压机组的电功率，表示t时刻节点n下第b台背压机组的热功率，和的单位均为MW；表示节点n下第b台背压机组的电功率下限；表示节点n下第b台背压机组的电-热耦合系数；
e表示抽汽机组索引，表示t时刻节点n下第e台抽汽机组的电功率，表示t时刻节点n下第e台抽汽机组的热功率，和的单位均为MW；和分别表示节点n下第e台抽汽机组的电功率上限和下限，单位均为MW；表示节点n下第e台抽汽机组的电-热耦合系数；Nc表示节点n下纯凝机组总台数，Nb表示节点n下背压机组总台数，Ne表示节点n下抽汽机组的总台数；NG表示火电机组总台数；
负荷平衡约束如下式：
其中，w表示风电场索引，Nw表示风电场总数，m表示节点索引，L为负荷索引，NL表示总负荷数；Lt,n,m表示t时刻节点n和节点m之间线路的传输功率，其单位为MW；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L个负荷的负荷值；
线路传输容量约束如下式：
其中，表示节点n和节点m之间线路的传输断面限额，其单位为MW；
旋转备用约束如下式：
其中，RP表示正旋转备用容量，RN表示负旋转备用，表示风电场发电的可信容量，单位均为MW；
弃风率约束如下式：
其中，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个风电场的理论功率。
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，和的单位均为MW；
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；
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；
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，其单位为MW；ε表示热网管道损耗系数。
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***的耗电功率，和Pt,n的单位均为MW；η表示储热式电采暖***电热转换系数；
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***的耗电功率上限；
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；
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***的放热功率上限；
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；
热耗散约束如下式：
其中，表示储热装置散热系数。
本发明通过优化配置一定容量的储热式电采暖，改进热电联产机组的热-电运行模式，在夜间风电大发过剩时段，热电联产机组降低发电功率给风电留出更多的上网空间，而热电联产机组相应减少的供热量，则由储热式电采暖的电锅炉设备消耗另一部分风电满足供热需求，如果此时供热仍然不足，那么储热装置将释放热量进行填补；在白天用电高峰时段，此时电锅炉可以部分停运，热电联产机组增大汽轮机进汽量和抽汽量，如果热量仍有富余，将多余的热量存储到储热装置。可在保障居民供暖质量不变的前提下，提升***消纳大规模风电的灵活性。
根据换热器装置和电换热装置各自的装机容量对换热器装置和电换热装置分别进行配置，并根据储热装置的储热容量对储热装置进行配置。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种储热式电采暖***容量优化配置装置，其中的储热式电采暖***包括换热器装置、电换热装置和储热装置；本发明实施例提供的储热式电采暖***容量优化配置装置包括获取模块和确定模块，下面分别介绍这两个模块的功能：
其中的获取模块，用于获取电力***的弃风率；
其中的确定模块，用于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***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；
上述的容量优化配置模型包括以储热式电采暖***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***约束和热力***约束，所述电力***约束包括根据弃风率确定的弃风率约束。
本发明实施例提供的储热式电采暖***容量优化配置装置除了包括获取模块和确定模块，还包括构建模块，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***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，ΔT的单位为小时；
均为优化变量，表示节点n下换热器装置的装机容量，其单位为MW，表示节点n下储热装置的储热容量，其单位为MWh，表示节点n下电换热装置的装机容量，其单位为MW；
Cn表示换热器装置单位投资建设费用，其单位为元/MW；Cn'表示储热装置单位建设投资费用，其单位为元/MWh；Cn”表示电换热装置单位投资建设费用，其单位为元/MW；
Pt,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***的耗电功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***的直接上网热功率，Pt,n、和Ht,n的单位均为MW；
Ln表示储热式电采暖***的全生命周期，其单位为年；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，和的单位均为元/MWh。
电力***约束还包括火电机组爬坡约束、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***约束包括热平衡约束、热电联产机组热功率约束、热负荷约束、热网约束和运行约束；运行约束包括电换热约束、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。
火电机组包括热电联产机组和非热电联产机组，热电联产机组包括背压机组和抽汽机组，非热电联产机组包括纯凝机组。
火电机组爬坡约束如下式：
其中，t表示仿真时间点，g表示火电机组索引，分别表示t时刻、t-1时刻节点n下第g台火电机组的有功出力，两者单位均为MW；
表示节点n下第g台火电机组向上爬坡率，表示节点n下第g台火电机组向下爬坡率，两者单位均为MW/min；
火电机组最小启停机时间约束如下式：
其中，分别表示t时刻、t-1时刻节点n下第g台火电机组的状态，为1表示运行状态，为0时表示停机状态；
分别表示t时刻、t+k时刻节点n下第g台火电机组是否发出启机指令， 为1表示发出启机指令，为0表示未发出启机指令；
分别表示t时刻、t+k时刻节点n下第g台火电机组是否发出停机指令， 为1表示发出停机指令，为0表示未发出停机指令；
k表示表示仿真时间步长，Kon表示火电机组最小启机时间，Koff表示火电机组最小停机时间；
火电机组出力约束如下式：
其中，c表示纯凝机组索引，表示t时刻节点n下第c台纯凝机组的有功出力，和分别表示节点n下第c台纯凝机组的出力上限和下限，和的单位均为MW；
b表示背压机组索引，表示t时刻节点n下第b台背压机组的电功率，表示t时刻节点n下第b台背压机组的热功率，和的单位均为MW；表示节点n下第b台背压机组的电功率下限；表示节点n下第b台背压机组的电-热耦合系数；
e表示抽汽机组索引，表示t时刻节点n下第e台抽汽机组的电功率，表示t时刻节点n下第e台抽汽机组的热功率，和的单位均为MW；和分别表示节点n下第e台抽汽机组的电功率上限和下限，单位均为MW；表示节点n下第e台抽汽机组的电-热耦合系数；Nc表示节点n下纯凝机组总台数，Nb表示节点n下背压机组总台数，Ne表示节点n下抽汽机组的总台数；NG表示火电机组总台数；
负荷平衡约束如下式：
其中，w表示风电场索引，Nw表示风电场总数，m表示节点索引，L为负荷索引，NL表示总负荷数；Lt,n,m表示t时刻节点n和节点m之间线路的传输功率，其单位为MW；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L个负荷的负荷值；
线路传输容量约束如下式：
其中，表示节点n和节点m之间线路的传输断面限额，其单位为MW；
旋转备用约束如下式：
其中，RP表示正旋转备用容量，RN表示负旋转备用，表示风电场发电的可信容量，单位均为MW；
弃风率约束如下式：
其中，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个风电场的理论功率。
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，和的单位均为MW；
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；
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；
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，其单位为MW；ε表示热网管道损耗系数。
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***的耗电功率，和Pt,n的单位均为MW；η表示储热式电采暖***电热转换系数；
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***的耗电功率上限；
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；
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***的放热功率上限；
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；
热耗散约束如下式：
其中，表示储热装置散热系数。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种储热式电采暖***容量优化配置方法，所述储热式电采暖***包括电力***和热力***，所述热力***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***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***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***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***约束和热力***约束，所述电力***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***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***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***的耗电功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***的直接上网热功率；
Ln表示储热式电采暖***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***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***容量优化配置方法，其特征在于，所述电力***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***容量优化配置方法，其特征在于，所述热力***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***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***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***容量优化配置方法，其特征在于，所述热力***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***的耗电功率；η表示储热式电采暖***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***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***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***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***容量优化配置装置，所述储热式电采暖***包括电力***和热力***，所述热力***包括换热器装置、电换热装置和储热装置；其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于获取电力***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***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***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***约束和热力***约束，所述电力***约束包括根据弃风率确定的弃风率约束。
9.根据权利要求8所述的储热式电采暖***容量优化配置装置，其特征在于，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***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***的耗电功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***的直接上网热功率；
Ln表示储热式电采暖***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。
10.根据权利要求8或9所述的储热式电采暖***容量优化配置装置，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。
11.根据权利要求8所述的储热式电采暖***容量优化配置装置，其特征在于，所述电力***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。
12.根据权利要求8或9所述的储热式电采暖***容量优化配置装置，其特征在于，所述热力***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***的热耗散功率，表示t时刻节点n下储热式电采暖***的放热功率，Ht,n表示t时刻节点n下储热式电采暖***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。
13.根据权利要求12所述的储热式电采暖***容量优化配置装置，其特征在于，所述热力***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***的耗电功率；η表示储热式电采暖***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***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***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。
14.根据权利要求8所述的储热式电采暖***容量优化配置装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：
采用分支定界法求解所述预先构建的容量优化配置模型。
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