CN110661283B - 一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法和装置,以最小化弃水目标作为一级优化目标,最小化***煤耗目标作为二级优化目标,构建利用冰蓄冷***实现弃水消纳的调度模型的统一目标函数;考虑电力***功率平衡、电力***潮流分布、线路传输容量以及电力***上、下旋备用的因素,构建电力***运行约束;考虑火电机组运行特性、水电机组运行特性的因素构建电力***机组特性约束;考虑冰蓄冷装置电热耦合、热量平衡、蓄冷***容量的因素构建冰蓄冷***运行约束;考虑建筑物的热力等效模型、制冷保障的因素构建建筑物热力特性约束。对包含冰蓄冷装置的电力***进行全面、详细建模,能够实现对弃水消纳能力评估以及弃水消纳能力最大化。
Description
技术领域
本发明涉及可再生能源与高效节能技术领域,更具体地,涉及一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法和装置。
背景技术
清洁能源,又名绿色能源,是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源,主要包括太阳能、风能、水能、地热、潮汐能和生物能等。清洁能源以其易获取性、可再生性和发电过程的环保性等优点,受到了全世界的关注,被认为是未来的主要发展方向之一。作为清洁发展机制(clean development mechanisms,CDM)公认的一种清洁能源,水能在我国近十年来得以大力的发展利用,并已经取得显著的成果。以西南地区为例,我国西南地区河流众多且流量丰富,具有较大的水资源储备。西南的水电产能得以集中投产,同时随着近年来我国对可再生能源的扶持力度不断增大,西南地区的水电发展速度始终维持在较高水平。
在电力***中,由于水电厂来水具有较大的不确定性,当水电站来水突然增加时,如果***不能吸纳这部分富余电能,将导致水电厂发生弃水,目前,由于输电通道、电网结构、受端电网受电能力等限制,国内电网清洁能源的送出需求不能得到充分满足,由此导致弃水在多个省区矛盾突出。弃水消纳问题的本质在于电网与电源建设的结构性、阶段性失配,关键在于电力送出需求超出电网通道安全稳定限额;通过优化调度能在一定程度上缓解弃水消纳矛盾,但是目前尚无专门针对弃水消纳业务的电网实时调度实用方法。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法和装置,解决了现有技术中弃水现象较为严重,且现有的弃水消纳运行模式不足以实现对弃水消纳能力的评估以及消纳能力的最大化的问题。
根据本发明的一个方面,提供一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法,包括:
以电力***中水电厂最小化弃水作为一级优化目标,以电力***中火电厂最小化煤耗作为二级优化目标,构建弃水消纳的统一目标函数;
构建电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数,以及冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数;
基于所述统一目标函数、电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数、冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数构建弃水消纳调度模型,对电力***中的弃水量和冰蓄冷***的消纳量进行控制。
根据本发明的另一个方面,还提供了一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度装置,其特征在于,包括:
至少一个处理器;以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器,其中:
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法。
根据本发明的另一个方面,还提供了一种非暂态计算机可读存储介质,其特征在于,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行如上述基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法。
本发明提出一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法和装置,以最小化弃水目标作为一级优化目标,最小化***煤耗目标作为二级优化目标,构建利用冰蓄冷***实现弃水消纳的调度模型的统一目标函数;考虑电力***功率平衡、电力***潮流分布、线路传输容量以及电力***上、下旋备用的因素,构建电力***运行约束;考虑火电机组运行特性、水电机组运行特性的因素构建电力***机组特性约束;考虑冰蓄冷装置电热耦合、热量平衡、蓄冷***容量的因素构建冰蓄冷***运行约束;考虑建筑物的热力等效模型、制冷保障的因素构建建筑物热力特性约束。本方法通过对包含冰蓄冷装置的电力***进行全面、详细的建模,能够实现对弃水消纳能力的评估以及弃水消纳能力的最大化。
附图说明
图1为根据本发明实施例的基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法流程示意图;
图2根据本发明实施例的基于冰蓄冷***的弃水消纳调度装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
随着我国负荷增长速度逐步放缓,同时外送通道有限且外网接纳意愿逐步降低,导致西南地区的水电上网日益受阻,弃水现象较为严重。与此同时,以川渝地区为主要代表,西南地区夏季炎热,导致供冷需求非常大;因此为了保证清洁能源得到充分利用,需要在更大范围内通过跨省或跨区交易来消纳这部分水能资源。而当电力***内水电站可能出现弃水时,对***是否吸纳弃水、吸纳对少,应从技术上的可行性和经济上的合理性两面加以分析,只有当***有足够的吸纳空间,同时吸纳这部分弃水在经济上是有利的,这种情况吸纳弃水才有经济意义。
由于工业发展和人民物质文化生活水平的提高,空调的普及率逐年增长,电力消耗增长迅速,高峰电力紧张,离峰电力又得不到充分应用。因此,如何转移高峰电力需求,“移峰填谷”,平衡电力供应,提高电能的有效利用,就成为当前许多国家重视解决的问题。采用“分时电价”政策以及某些鼓励性政策进一步推动了使用离峰电力的积极性。这就使离峰蓄冷技术得到重视和发展。冰蓄冷***是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中,白天融冰将所储存冷量释放出来,以减少电网高峰时段空调用电负荷及空调***装机容量。
因此本实施例中,一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法,其特征在于,包括:
以电力***中水电厂最小化弃水作为一级优化目标,以电力***中火电厂最小化煤耗作为二级优化目标,构建弃水消纳的统一目标函数;
构建电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数,以及冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数;
基于所述统一目标函数、电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数、冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数构建弃水消纳调度模型,对电力***中的弃水量和冰蓄冷***的消纳量进行控制。
具体的,在本实施例中,以降低***弃水量为一级目标,减小***煤耗为二级目标,全面地考虑了***的运行约束,具体包括:电力***运行约束、电力***机组特性约束、冰蓄冷***运行约束以及建筑物热力特性约束,建立了利用冰蓄冷***实现弃水消纳的调度模型,能够实现对弃水消纳能力的评估以及消纳能力的最大化,其中考虑电力***功率平衡、电力***潮流分布、线路传输容量以及电力***上、下旋备用的因素,构建电力***运行约束函数;考虑火电机组运行特性、水电机组运行特性的因素构建电力***机组特性约束函数;考虑冰蓄冷装置电热耦合、热量平衡、蓄冷***容量的因素构建冰蓄冷***运行约束函数;考虑建筑物的热力等效模型、制冷保障的因素构建建筑物热力特性约束函数。通过对包含冰蓄冷装置的电力***进行全面、详细的建模,能够实现对弃水消纳能力的评估以及弃水消纳能力的最大化。
在本实施例中,以电力***中水电厂最小化弃水作为一级优化目标,具体包括:
基于电力***中水电厂个数、每个水电厂的最大发电泄水量及水电厂在调度周期内各个时段的泄水流量,以水电厂最小化弃水作为一级优化目标,构建一级优化目标函数:
在本实施例中,调度周期是指调度部门滚动安排电力***中机组出力的最小时间间隔,在本实施例中一天。所述调度时段是指一个调度周期内对连续时间的最小离散间隔,在本实施例中为15min。
在上述实施例的基础上,以电力***中火电厂最小化煤耗作为二级优化目标,具体包括:
基于电力***中火电厂个数、每个火电厂的煤耗因子及火电厂在调度周期内各个时段的出力,以最小化煤耗作为二级优化目标,构建二级优化目标函数:
在上述实施例的基础上,所述统一目标函数为:
式中,ε为耦合因子。ε为一、二级优化目标的耦合因子。ε通常取值较小,例如10-6。当存在弃水时,由于ε很小,则优化问题主要满足一级优化目标,二级优化目标几乎不起作用。而当不存在弃水时,则目标函数中第一项为0,则优化目标转变为二级优化目标。
在上述实施例的基础上,构建电力***运行约束函数具体包括,构建电力***功率平衡约束、电力***潮流分布约束、线路传输容量约束、上旋备用约束、下旋备用约束;
由于电力***需要满足实时的功率平衡,从发电角度包括火电厂、水电厂的出力,从用电角度包括常规电负荷一级冰蓄冷电负荷,因此,在本实施例中,电力***功率平衡约束为:
式中,Nl、Nc分别为非冰蓄冷负荷、冰蓄冷负荷的个数;为第 i个水电厂在调度周期内第t个时段的出力;为第i个非冰蓄冷负荷在调度周期内第t个时段的有功功率;为第i个冰蓄冷负荷在调度周期内第t个时段的制冷功率;
电力***潮流分布的计算采用直流潮流计算模型,电力***潮流分布约束为:
线路传输容量约束为:
上旋备用约束、下旋备用约束为:
在上述实施例的基础上,构建电力***机组特性约束函数具体包括,构建火电机组运行特性约束和水电机组运行特性约束;
由于火电机组的出力调节速率有限,且火电存在固定容量,因此在本实施例中,火电机组运行特性约束为:
水电机组的出力主要取决于水头高度,同时水头高度的下降同泄水流量程成正比,在本实施例中,水电机组运行特性约束为:
在上述实施例的基础上,构建冰蓄冷***运行约束函数具体包括,构建冰蓄冷***电热耦合关系约束、冰蓄冷***热量平衡关系约束和蓄冷***容量约束;
冰蓄冷***电热耦合关系约束为:
冰蓄冷***的冷负荷一方面可以通过电制冷来实现,另一方面也可以通过融冰制冷来实现,二者互为补充,在本实施例中,冰蓄冷***热量平衡关系约束为:
蓄冷***的蓄冷量变化取决于蓄冷功率及耗散,这里认为耗散同蓄冷量成正比。同时受运行条件的约束,蓄冷***在调度周期的始末应该具有相同的蓄冷量,在本实施例中,蓄冷***容量约束为:
式中,Si,t为第i个冰蓄冷***在调度周期内第t个时段的蓄冰量; kloss为蓄冰装置的耗散系数;Si,max为第i个冰蓄冷***的蓄冰量上限;分别为第i个冰蓄冷***的融冰速率上限、蓄冰速率上限。
在上述实施例的基础上,构建冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数具体包括,构建冰蓄冷***中建筑物的热力等效模型约束和制冷保障约束;
在本实施例中,建筑物的热力等效模型的微分形式为:
在本实施例中采用前向差分来对微分项处理,进而得到如下结果:
冰蓄冷***中建筑物的热力等效模型约束为:
在本实施例中,设定随着环境温度的变化,室内最适温度设定值也会随之变化,二者满足一次关系,制冷保障约束为:
在本实施例中,得到上述的统一目标函数、电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数、冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数,则可以建立弃水消纳调度模型,对电力***中的弃水量和冰蓄冷***的消纳量进行控制,由于该消纳调度模型以降低***弃水量为一级优化目标,减小***煤耗为二优化级目标,全面地考虑了***的运行约束,具体包括:电力***运行约束、电力***机组特性约束、冰蓄冷***运行约束以及建筑物热力特性约束,因此,能够实现对弃水消纳能力的评估以及消纳能力的最大化。
图2是示出本申请实施例的基于冰蓄冷***的弃水消纳调度设备的结构框图。
参照图2,所述基于冰蓄冷***的弃水消纳调度设备,包括:处理器(processor)810、存储器(memory)830、通信接口(Communications Interface)820和总线840;
其中,
所述处理器810、存储器830、通信接口820通过所述总线840完成相互间的通信;
所述处理器810用于调用所述存储器830中的程序指令,以执行上述各方法实施例所提供的基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法,例如包括:
以电力***中水电厂最小化弃水作为一级优化目标,以电力***中火电厂最小化煤耗作为二级优化目标,构建弃水消纳的统一目标函数;
构建电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数,以及冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数;
基于所述统一目标函数、电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数、冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数构建弃水消纳调度模型,对电力***中的弃水量和冰蓄冷***的消纳量进行控制。
本实施例还公开一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度设备,包括:
至少一个处理器;以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器,其中:
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法,例如包括:
以电力***中水电厂最小化弃水作为一级优化目标,以电力***中火电厂最小化煤耗作为二级优化目标,构建弃水消纳的统一目标函数;
构建电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数,以及冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数;
基于所述统一目标函数、电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数、冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数构建弃水消纳调度模型,对电力***中的弃水量和冰蓄冷***的消纳量进行控制。
本实施例还公开一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,计算机能够执行上述各方法实施例所提供的基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法,例如包括:
以电力***中水电厂最小化弃水作为一级优化目标,以电力***中火电厂最小化煤耗作为二级优化目标,构建弃水消纳的统一目标函数;
构建电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数,以及冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数;
基于所述统一目标函数、电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数、冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数构建弃水消纳调度模型,对电力***中的弃水量和冰蓄冷***的消纳量进行控制。
本实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法,,例如包括:
以电力***中水电厂最小化弃水作为一级优化目标,以电力***中火电厂最小化煤耗作为二级优化目标,构建弃水消纳的统一目标函数;
构建电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数,以及冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数;
基于所述统一目标函数、电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数、冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数构建弃水消纳调度模型,对电力***中的弃水量和冰蓄冷***的消纳量进行控制。
综上所述,本发明提出一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法和装置,以最小化弃水目标作为一级优化目标,最小化***煤耗目标作为二级优化目标,构建利用冰蓄冷***实现弃水消纳的调度模型的统一目标函数;考虑电力***功率平衡、电力***潮流分布、线路传输容量以及电力***上、下旋备用的因素,构建电力***运行约束;考虑火电机组运行特性、水电机组运行特性的因素构建电力***机组特性约束;考虑冰蓄冷装置电热耦合、热量平衡、蓄冷***容量的因素构建冰蓄冷***运行约束;考虑建筑物的热力等效模型、制冷保障的因素构建建筑物热力特性约束。本方法通过对包含冰蓄冷装置的电力***进行全面、详细的建模,能够实现对弃水消纳能力的评估以及弃水消纳能力的最大化。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的显示装置的测试设备等实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法,其特征在于,包括:
以电力***中水电厂最小化弃水作为一级优化目标,以电力***中火电厂最小化煤耗作为二级优化目标,构建弃水消纳的统一目标函数;
构建电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数,以及冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数;
基于所述统一目标函数、电力***运行约束函数、电力***机组特性约束函数、冰蓄冷***运行约束函数、冰蓄冷***建筑物热力特性约束函数构建弃水消纳调度模型,对电力***中的弃水量和冰蓄冷***的消纳量进行控制;
其中,以电力***中水电厂最小化弃水作为一级优化目标,具体包括:
基于电力***中水电厂个数、每个水电厂的最大发电泄水量及水电厂在调度周期内各个时段的泄水流量,以水电厂最小化弃水作为一级优化目标,构建一级优化目标函数;
其中,以电力***中火电厂最小化煤耗作为二级优化目标,具体包括:
基于电力***中火电厂个数、每个火电厂的煤耗因子及火电厂在调度周期内各个时段的出力,以最小化煤耗作为二级优化目标,构建二级优化目标函数。
5.根据权利要求4所述的基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法,其特征在于,构建电力***运行约束函数具体包括,构建电力***功率平衡约束、电力***潮流分布约束、线路传输容量约束、上旋备用约束、下旋备用约束;
电力***功率平衡约束为:
式中,Nl、Nc分别为非冰蓄冷负荷、冰蓄冷负荷的个数;为第i个火电厂在调度周期内第t个时段的出力;为第i个水电厂在调度周期内第t个时段的出力;为第i个非冰蓄冷负荷在调度周期内第t个时段的有功功率;为第i个冰蓄冷负荷在调度周期内第t个时段的制冷功率;
电力***潮流分布约束为:
线路传输容量约束为:
上旋备用约束、下旋备用约束为:
7.根据权利要求1所述的基于冰蓄冷***的弃水消纳调度方法,其特征在于,构建冰蓄冷***运行约束函数具体包括,构建冰蓄冷***电热耦合关系约束、冰蓄冷***热量平衡关系约束和蓄冷***容量约束;
冰蓄冷***电热耦合关系约束为:
冰蓄冷***热量平衡关系约束为:
蓄冷***容量约束为:
Si,N=Si,0
0≤Si,t≤Si,max
9.一种基于冰蓄冷***的弃水消纳调度装置,其特征在于,包括:
至少一个处理器;以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器,其中:
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至8任一所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质,其特征在于,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至8任一所述的方法。
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"负荷聚合商模式下的冰蓄冷空调弃风消纳研究";张文彦;《电力需求侧管理》;20180531;第20卷(第3期);第28-33、39页 * |
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