CN111324849A - 一种考虑热网特性的电热联合***优化调度方法 - Google Patents

一种考虑热网特性的电热联合***优化调度方法 Download PDF

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CN111324849A CN202010099334.4A CN202010099334A CN111324849A CN 111324849 A CN111324849 A CN 111324849A CN 202010099334 A CN202010099334 A CN 202010099334A CN 111324849 A CN111324849 A CN 111324849A
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Abstract

本发明公开了一种考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，包括以下步骤：S1：设定电热联合***参数；S2：设定电热联合***日煤耗量最小为目标函数，考虑能量平衡约束、电网运行约束和热网特性约束，建立考虑热网特性的电热联合***优化调度模型；S3：采用非线性规划求解器对电热联合***优化调度模型进行求解，确定考虑热网特性的电热联合***优化调度策略。由于考虑了热网特性，本发明提出的电热联合***优化调度方法可充分发掘热网储热能力，优化***运行工况，增加热电联产机组灵活调度空间，促进风电消纳，并提高***运行的经济性。

Description

一种考虑热网特性的电热联合***优化调度方法
技术领域
本发明涉及电热联合***的运行和控制技术领域，具体涉及一种考虑热网特性的电热联合***优化调度方法。
背景技术
近年来，随着化石燃料的逐渐枯竭以及环境污染的日益加剧，加大以风电为代表的可再生能源的开发与利用已成为世界各国的当务之急。受电网调度资源的限制，我国部分电网，尤其风电资源较为丰富的“三北”地区出现了较为普遍的“弃风”现象，严重制约了当前可再生能源的持续发展。
对当前“弃风”现象进行深入分析可发现：电力***、热力***这两大能源***相对割裂的调度、运行模式是导致“弃风”的重要原因之一。实际上，电力***与热力***通过热电联产机组耦合在一起，形成一个以电力***为中心的多能源耦合***。现阶段，“弃风”主要发生在“三北”地区的冬季供暖期，其中，热电联产机组均工作于“以热定电”模式，其调峰能力受到了热力***的制约，直接降低了电力***的整体调峰能力，进而导致了电网运行效率下降与大规模“弃风”现象。针对该问题，本发明充分利用热网特性，为提升***调峰能力和风电接纳能力提供一种新的技术方案。
热力***由热源、热网和热负荷三部分组成，承担着热力生产、输送和交换的职能。其中，热延迟和温度损失是热网特性的两个主要表现形式，由于热水在供热管道内流动缓慢，供热管道首端温降较之末端温降存在传输时延，这就表明了供热管道内储存了一部分的热能。此外，热水由于与供热管道外界环境存在温差，在传输过程中进行热交换而产生了温度损失。然而，现有研究在电热联合***优化调度仅考虑热功率平衡约束，而忽略热网特性对电热联合***优化调度的影响，在一定程度上制约了电力***对风电的接纳，增加了“弃风”。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提出了一种考虑热网特性的电热联合***优化调度方法。以电热联合***日煤耗量最小为目标函数，考虑能量平衡约束、电网运行约束和热网特性约束，建立电热联合***优化调度模型，采用非线性规划求解器对模型进行求解，最终确定考虑热网特性的电热联合***优化调度策略。
本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：
一种考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，包括以下步骤：
S1：设定电热联合***参数，所述***参数包括：电、热负荷预测数据，风电预测功率，风电机组、火电机组、热电联产机组的运行参数，热网运行参数；
S2：建立考虑热网特性的电热联合***优化调度模型，包括：设定所述电热联合***日煤耗量最小为目标函数，分别考虑能量平衡约束、电网运行约束和热网特性约束；
S3：采用非线性规划求解器对步骤S2得到的所述电热联合***优化调度模型进行求解，确定考虑热网特性的电热联合***优化调度策略。
作为本发明的优选技术方案：步骤S2中所述目标函数采用公式(1)表示：
C＝min(CH+CR) (1)
公式(1)中，C为***日煤耗量；CH为火电机组日煤耗量；CR为热电联产机组日煤耗量；
其中，火电机组日煤耗量CH采用公式(2)表示：
Figure BDA0002386413060000021
公式(2)中，a2,v、a1,v、a0,v为火电机组v煤耗量系数；Pv,t为第t个调度时段内火电机组v的发电功率；v为火电机组索引；t为调度时刻索引；ΩH为火电机组集合；Γ为调度时段集合；
其中，热电联产机组日煤耗量CR采用公式(3)表示：
Figure BDA0002386413060000022
公式(3)中，b5,k、b4,k、b3,k、b2,k、b1,k、b0,k为热电联产机组k煤耗量系数；PR,k,t为第t个调度时段内热电联产机组k的发电功率；QR,k,t为第t个调度时段内热电联产机组k的产热功率；k为热电联产机组索引；ΩR为热电联产机组集合。
作为本发明的优选技术方案：步骤S2中所述能量平衡约束采用公式(4)表示：
Figure BDA0002386413060000023
公式(4)中，PW,o,t为第t个调度时段内风电场o的发电功率；Dm,t为第t个调度时段内电网节点m的用电负荷；o为风电场索引；m为电网节点索引；ΩW为风电场集合；ΩB为电网节点集合。
作为本发明的优选技术方案：步骤S2中所述电网运行约束包括运行安全约束、机组爬坡约束、旋转备用约束、电网潮流约束；
其中，所述运行安全约束采用公式(5)表示：
Figure BDA0002386413060000031
公式(5)中，
Figure BDA0002386413060000032
分别为火电机组v发电功率的最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000033
为热电联产机组k发电功率的最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000034
为热电联产机组k产热功率的最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000035
为第t个调度时段内风电场o发电功率的最大值；
所述机组爬坡约束采用公式(6)表示：
Figure BDA0002386413060000036
公式(6)中，
Figure BDA0002386413060000037
分别为火电机组v发电功率向上、向下爬坡速率；
Figure BDA0002386413060000038
分别为热电联产机组k发电功率向上、向下爬坡速率；Δt为调度时段间隔；
所述旋转备用约束采用公式(7)表示：
Figure BDA0002386413060000039
公式(7)中，
Figure BDA00023864130600000310
分别为第t个调度时段内火电机组v可提供的向下、向上旋转备用容量；Edown、Eup分别为***向下、向上旋转备用需求；
所述电网潮流约束采用公式(8)表示：
Figure BDA00023864130600000311
公式(8)中，SFl,m为电网线路l对节点m输入电功率的偏移因子；Fl为电网线路l的输电容量；l为电网线路索引；ΩL为电网线路集合。
作为本发明的优选技术方案：步骤S2中所述热网特性约束包括热电联产机组电热特性约束、温度混合约束、流量连续性约束、管道热延迟约束和温降约束；
其中，所述热电联产机组电热特性约束采用公式(9)表示：
Figure BDA0002386413060000041
公式(9)中，CA,k、CB,k分别为背压、进气工况下热电联产机组k的热电比；mk,t为第t个调度时段内热电联产机组k所在供热管道的热水流量；Tyg,k,t、Tyh,k,t分别为第t个调度时段内供水、回水网络中热电联产机组k所在供热管道的热水温度；
Figure BDA0002386413060000042
分别为供水网络中热电联产机组所在供热管道的热水温度最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000043
分别为回水网络中热电联产机组所在供热管道的热水温度最大值、最小值；Cp为热水的比热容；Ek为常数；
所述温度混合约束采用公式(10)和(11)表示：
Figure BDA0002386413060000044
Figure BDA0002386413060000045
公式(10)、(11)中，
Figure BDA0002386413060000046
分别为第t个调度时段内供水、回水网络中供热管道i的首端温度；
Figure BDA0002386413060000047
分别为第t个调度时段内供水、回水网络中供热管道i的末端温度；Tjg,j,t、Tjh,j,t分别为第t个调度时段内供水、回水网络中热网节点j的热水温度；mwg,i,t、mwh,i,t分别为第t个调度时段内供水、回水网络中供热管道i的热水流量；i为供热管道索引；j为热网节点索引；Ωs,j、Ωe,j分别为以热网节点j为首端、末端的管道集合；Ωnode为热网节点集合；
所述流量连续性约束采用公式(12)和(13)表示：
Figure BDA0002386413060000048
Figure BDA0002386413060000049
公式(12)、(13)中，
Figure BDA00023864130600000410
分别为供水、回水网络中供热管道i的热水流量最大值；Ωd为供热管道集合；
所述管道热延迟约束采用公式(14)表示：
Figure BDA0002386413060000051
公式(14)中，τwg,i,t、τwh,i,t分别为供水、回水网络中供热管道i的热延迟时间；Li为供热管道i的长度；vwg,i,t、vwh,i,t分别为供水、回水网络中供热管道i的热水流速；
所述管道温降约束采用公式(15)和(16)表示：
Figure BDA0002386413060000052
Figure BDA0002386413060000053
公式(15)、(16)中，
Figure BDA0002386413060000054
分别为第t个调度时段内考虑热延迟的供水、回水网络中供热管道i的末端温度；Two,i,t为第t个调度时段内供热管道i的土壤环境温度；
Figure BDA0002386413060000055
分别为供水网络中供热管道温度最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000056
分别为回水网络中供热管道温度最大值、最小值；λ为供热管道单位长度上的热效率。
本发明所述考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)可充分发掘热网储热能力，优化***运行工况。(2)增加热电联产机组灵活调度空间，促进风电消纳，提高***运行的经济性。
附图说明
图1为考虑热网特性的电热联合***优化调度方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提出了一种考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，包括以下步骤：
S1：设定电热联合***参数，主要包括：电、热负荷预测数据，风电预测功率，风电机组、火电机组、热电联产机组的运行参数，热网运行参数；
S2：以电热联合***日煤耗量最小为目标函数，综合考虑能量平衡约束、电网运行约束和热网特性约束，建立考虑热网特性的电热联合***优化调度模型；
电热联合***优化调度模型的目标函数采用下式表示：
C＝min(CH+CR) (1)
式中，C为***日煤耗量；CH为火电机组日煤耗量；CR为热电联产机组日煤耗量；
其中，火电机组日煤耗量CH采用下式表示：
Figure BDA0002386413060000061
式中，a2,v、a1,v、a0,v为火电机组v煤耗量系数；Pv,t为第t个调度时段内火电机组v的发电功率；v为火电机组索引；t为调度时刻索引；ΩH为火电机组集合；Γ为调度时段集合；
其中，热电联产机组日煤耗量CR采用下式表示：
Figure BDA0002386413060000062
式中，b5,k、b4,k、b3,k、b2,k、b1,k、b0,k为热电联产机组k煤耗量系数；PR,k,t为第t个调度时段内热电联产机组k的发电功率；QR,k,t为第t个调度时段内热电联产机组k的产热功率；k为热电联产机组索引；ΩR为热电联产机组集合；
电热联合***优化调度模型的约束条件包括能量平衡约束、电网运行约束和热网特性约束。其中，能量平衡约束采用下式表示：
Figure BDA0002386413060000063
式中，PW,o,t为第t个调度时段内风电场o的发电功率；Dm,t为第t个调度时段内电网节点m的用电负荷；o为风电场索引；m为电网节点索引；ΩW为风电场集合；ΩB为电网节点集合；
电网运行约束包括运行安全约束、机组爬坡约束、旋转备用约束、电网潮流约束。其中，运行安全约束采用下式表示：
Figure BDA0002386413060000071
式中，
Figure BDA0002386413060000072
分别为火电机组v发电功率的最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000073
为热电联产机组k发电功率的最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000074
为热电联产机组k产热功率的最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000075
为第t个调度时段内风电场o发电功率的最大值；
机组爬坡约束采用下式表示：
Figure BDA0002386413060000076
式中，
Figure BDA0002386413060000077
分别为火电机组v发电功率向上、向下爬坡速率；
Figure BDA0002386413060000078
分别为热电联产机组k发电功率向上、向下爬坡速率；Δt为调度时段间隔；
旋转备用约束采用下式表示：
Figure BDA0002386413060000079
式中，
Figure BDA00023864130600000710
分别为第t个调度时段内火电机组v可提供的向下、向上旋转备用容量；Edown、Eup分别为***向下、向上旋转备用需求；
电网潮流约束采用下式表示：
Figure BDA00023864130600000711
式中，SFl,m为电网线路l对节点m输入电功率的偏移因子；Fl为电网线路l的输电容量；l为电网线路索引；ΩL为电网线路集合；
热网特性约束包括热电联产机组电热特性约束、温度混合约束、流量连续性约束、管道热延迟约束和温降约束。其中，热电联产机组电热特性约束采用下式表示：
Figure BDA0002386413060000081
式中，CA,k、CB,k分别为背压、进气工况下热电联产机组k的热电比；mk,t为第t个调度时段内热电联产机组k所在供热管道的热水流量；Tyg,k,t、Tyh,k,t分别为第t个调度时段内供水、回水网络中热电联产机组k所在供热管道的热水温度；
Figure BDA0002386413060000082
分别为供水网络中热电联产机组所在供热管道的热水温度最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000083
分别为回水网络中热电联产机组所在供热管道的热水温度最大值、最小值；Cp为热水的比热容；Ek为常数；
温度混合约束采用公式(10)和(11)表示：
Figure BDA0002386413060000084
Figure BDA0002386413060000085
式中，
Figure BDA0002386413060000086
分别为第t个调度时段内供水、回水网络中供热管道i的首端温度；
Figure BDA0002386413060000087
Figure BDA0002386413060000088
分别为第t个调度时段内供水、回水网络中供热管道i的末端温度；Tjg,j,t、Tjh,j,t分别为第t个调度时段内供水、回水网络中热网节点j的热水温度；mwg,i,t、mwh,i,t分别为第t个调度时段内供水、回水网络中供热管道i的热水流量；i为供热管道索引；j为热网节点索引；Ωs,j、Ωe,j分别为以热网节点j为首端、末端的管道集合；Ωnode为热网节点集合；
流量连续性约束采用公式(12)和(13)表示：
Figure BDA0002386413060000089
Figure BDA00023864130600000810
式中，
Figure BDA00023864130600000811
分别为供水、回水网络中供热管道i的热水流量最大值；Ωd为供热管道集合；
管道热延迟约束采用下式表示：
Figure BDA0002386413060000091
式中，τwg,i,t、τwh,i,t分别为供水、回水网络中供热管道i的热延迟时间；Li为供热管道i的长度；vwg,i,t、vwh,i,t分别为供水、回水网络中供热管道i的热水流速；
管道温降约束采用公式(15)和(16)表示：
Figure BDA0002386413060000092
Figure BDA0002386413060000093
式中，
Figure BDA0002386413060000094
分别为第t个调度时段内考虑热延迟的供水、回水网络中供热管道i的末端温度；Two,i,t为第t个调度时段内供热管道i的土壤环境温度；
Figure BDA0002386413060000095
分别为供水网络中供热管道温度最大值、最小值；
Figure BDA0002386413060000096
分别为回水网络中供热管道温度最大值、最小值；λ为供热管道单位长度上的热效率。
S3：采用非线性规划求解器对电热联合***优化调度模型进行求解，确定考虑热网特性的电热联合***优化调度策略。
通过本发明提出考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)可充分发掘热网储热能力，优化***运行工况。(2)增加热电联产机组灵活调度空间，促进风电消纳，提高***运行的经济性。
以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设定电热联合***参数，所述***参数包括：电、热负荷预测数据，风电预测功率，风电机组、火电机组、热电联产机组的运行参数，热网运行参数；
S2：建立考虑热网特性的电热联合***优化调度模型，包括：设定所述电热联合***日煤耗量最小为目标函数，分别考虑能量平衡约束、电网运行约束和热网特性约束；
S3：采用非线性规划求解器对步骤S2得到的所述电热联合***优化调度模型进行求解，确定考虑热网特性的电热联合***优化调度策略。
2.根据权利要求1所述的考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，其特征在于，步骤S2中所述目标函数采用公式(1)表示：
C＝min(CH+CR) (1)
公式(1)中，C为***日煤耗量；CH为火电机组日煤耗量；CR为热电联产机组日煤耗量；
其中，火电机组日煤耗量CH采用公式(2)表示：
Figure FDA0002386413050000011
公式(2)中，a2,v、a1,v、a0,v为火电机组v煤耗量系数；Pv,t为第t个调度时段内火电机组v的发电功率；v为火电机组索引；t为调度时刻索引；ΩH为火电机组集合；Γ为调度时段集合；
其中，热电联产机组日煤耗量CR采用公式(3)表示：
Figure FDA0002386413050000012
公式(3)中，b5,k、b4,k、b3,k、b2,k、b1,k、b0,k为热电联产机组k煤耗量系数；PR,k,t为第t个调度时段内热电联产机组k的发电功率；QR,k,t为第t个调度时段内热电联产机组k的产热功率；k为热电联产机组索引；ΩR为热电联产机组集合。
3.根据权利要求1所述的考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，其特征在于，步骤S2中所述能量平衡约束采用公式(4)表示：
Figure FDA0002386413050000013
公式(4)中，PW,o,t为第t个调度时段内风电场o的发电功率；Dm,t为第t个调度时段内电网节点m的用电负荷；o为风电场索引；m为电网节点索引；ΩW为风电场集合；ΩB为电网节点集合。
4.根据权利要求1所述的考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，其特征在于，步骤S2中所述电网运行约束包括运行安全约束、机组爬坡约束、旋转备用约束、电网潮流约束；
其中，所述运行安全约束采用公式(5)表示：
Figure FDA0002386413050000021
公式(5)中，
Figure FDA0002386413050000022
分别为火电机组v发电功率的最大值、最小值；
Figure FDA0002386413050000023
为热电联产机组k发电功率的最大值、最小值；
Figure FDA0002386413050000024
为热电联产机组k产热功率的最大值、最小值；
Figure FDA0002386413050000025
为第t个调度时段内风电场o发电功率的最大值；
所述机组爬坡约束采用公式(6)表示：
Figure FDA0002386413050000026
公式(6)中，
Figure FDA0002386413050000027
分别为火电机组v发电功率向上、向下爬坡速率；
Figure FDA0002386413050000028
分别为热电联产机组k发电功率向上、向下爬坡速率；Δt为调度时段间隔；
所述旋转备用约束采用公式(7)表示：
Figure FDA0002386413050000029
公式(7)中，
Figure FDA00023864130500000210
分别为第t个调度时段内火电机组v可提供的向下、向上旋转备用容量；Edown、Eup分别为***向下、向上旋转备用需求；
所述电网潮流约束采用公式(8)表示：
Figure FDA00023864130500000211
公式(8)中，SFl,m为电网线路l对节点m输入电功率的偏移因子；Fl为电网线路l的输电容量；l为电网线路索引；ΩL为电网线路集合。
5.根据权利要求1所述的考虑热网特性的电热联合***优化调度方法，其特征在于，步骤S2中所述热网特性约束包括热电联产机组电热特性约束、温度混合约束、流量连续性约束、管道热延迟约束和温降约束；
其中，所述热电联产机组电热特性约束采用公式(9)表示：
Figure FDA0002386413050000031
公式(9)中，CA,k、CB,k分别为背压、进气工况下热电联产机组k的热电比；mk,t为第t个调度时段内热电联产机组k所在供热管道的热水流量；Tyg,k,t、Tyh,k,t分别为第t个调度时段内供水、回水网络中热电联产机组k所在供热管道的热水温度；
Figure FDA0002386413050000032
分别为供水网络中热电联产机组所在供热管道的热水温度最大值、最小值；
Figure FDA0002386413050000033
分别为回水网络中热电联产机组所在供热管道的热水温度最大值、最小值；Cp为热水的比热容；Ek为常数；
所述温度混合约束采用公式(10)和(11)表示：
Figure FDA0002386413050000034
Figure FDA0002386413050000035
公式(10)、(11)中，
Figure FDA0002386413050000036
分别为第t个调度时段内供水、回水网络中供热管道i的首端温度；
Figure FDA0002386413050000037
分别为第t个调度时段内供水、回水网络中供热管道i的末端温度；Tjg,j,t、Tjh,j,t分别为第t个调度时段内供水、回水网络中热网节点j的热水温度；mwg,i,t、mwh,i,t分别为第t个调度时段内供水、回水网络中供热管道i的热水流量；i为供热管道索引；j为热网节点索引；Ωs,j、Ωe,j分别为以热网节点j为首端、末端的管道集合；Ωnode为热网节点集合；
所述流量连续性约束采用公式(12)和(13)表示：
Figure FDA0002386413050000041
Figure FDA0002386413050000042
公式(12)、(13)中，
Figure FDA0002386413050000043
分别为供水、回水网络中供热管道i的热水流量最大值；Ωd为供热管道集合；
所述管道热延迟约束采用公式(14)表示：
Figure FDA0002386413050000044
公式(14)中，τwg,i,t、τwh,i,t分别为供水、回水网络中供热管道i的热延迟时间；Li为供热管道i的长度；vwg,i,t、vwh,i,t分别为供水、回水网络中供热管道i的热水流速；
所述管道温降约束采用公式(15)和(16)表示：
Figure FDA0002386413050000045
Figure FDA0002386413050000046
公式(15)、(16)中，
Figure FDA0002386413050000047
分别为第t个调度时段内考虑热延迟的供水、回水网络中供热管道i的末端温度；Two,i,t为第t个调度时段内供热管道i的土壤环境温度；
Figure FDA0002386413050000048
分别为供水网络中供热管道温度最大值、最小值；
Figure FDA0002386413050000049
分别为回水网络中供热管道温度最大值、最小值；λ为供热管道单位长度上的热效率。
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Application publication date: 20200623

Assignee: Nantong suluda Intelligent Manufacturing Technology Co.,Ltd.

Assignor: NANTONG University

Contract record no.: X2023980052244

Denomination of invention: An optimized scheduling method for electric heating combined systems considering the characteristics of heating networks

Granted publication date: 20211214

License type: Common License

Record date: 20231214