CN114069613A - 基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法及*** - Google Patents

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Abstract

本公开提出了基于企业用能的自备电厂参与调峰的调控方法及***，增加热负荷需求约束和热电耦合约束，构建调峰辅助服务市场出清模型；获取自备电厂的次日生产需求和用能特性；根据调峰辅助服务市场出清模型进行调频出清，按照竞价原则进行调峰与机组计划统一出清，得到自备电厂日前调峰中标电量。通过在自备电厂参与调峰辅助服务市场时考虑企业用能特性，可以保障自备电厂在满足企业供热、供汽等用能需求的前提下参与辅助服务市场，而对企业的正常生产过程不造成影响。同时，在本公开所提方法下，自备电厂可以公平、公开、公正参与电力***调度，促进新能源消纳。

Description

基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法及***
技术领域
本公开涉及电力调控相关技术领域，具体的说，是涉及基于企业用能的自备电厂参与调峰的调控方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。
近年来，新能源在世界范围内发展形势迅猛，其并网发电的比例不断升高。高比例新能源接入电网，在实现节能减排效益的同时，因其波动性和不确定性，也给电网运行调度带来了巨大挑战。如何增强调度灵活性以促进新能源消纳，是电力***运行中亟待解决的问题。随着各国电力现货市场的建设逐步成熟，发展辅助服务市场以提升新能源消纳水平成为新的研究和实践热点。
自备电厂是指企业为满足自身用热、用电需求而投资建设的电厂。在满足一定技术要求的情况下，电厂可以进行余电上网。热电机组由于容量大、调节能力强，已成为越来越受重视的电网灵活调节资源，自备电厂消纳新能源的各种途径和方法得到了广泛研究。在辅助服务市场建设中，自备电厂承担调峰义务，将自备电厂作为调峰市场主体也已成为业界共识。
自备电厂的运行与企业生产、用能特性密切相关，受限于其多样化的自用负荷、差异化的目录电价及并网方式等。电力调度部门目前采取的调峰方案，仅仅是从用电的角度考虑，使得调度方案不能适应自备电厂的用电以及余电上网的合理分配，不能调动自备电厂参与调峰的积极性，如文献“[7]黄怡凡，张海静，王磊等.基于企业生产特性的自备电厂灵活性调节评估方法[J].电力需求侧管理，2021,23(1):61-66.”建立了以企业用电成本最低为目标的基于企业生产特性的评估模型，实现了对自备电厂灵活性调节能力更精准的评估，但是，文中单纯从用电的角度考虑，这对企业正常的生产过程有较大影响。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了基于企业用能的自备电厂参与调峰的调控方法及***，通过在自备电厂参与调峰辅助服务市场时考虑企业用能特性，可以保障自备电厂在满足企业供热、供汽等用能需求的前提下参与辅助服务市场，而对企业的正常生产过程不造成影响。同时，在本公开所提方法下，自备电厂可以公平、公开、公正参与电力***调度，促进新能源消纳。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
一个或多个实施例提供了基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，包括如下步骤：
基于简化后的自备电厂热电联产机组的热电耦合关系，确定热电联产机组的可调度范围；
增加热负荷需求约束和热电耦合约束，构建调峰辅助服务市场出清模型；
获取自备电厂所属企业的次日发用电计划曲线；
在日前市场中，获取次日电网运行预测数据及发电主体的报价，根据可调度范围与自备电厂的次日发用电计划曲线，根据调峰辅助服务市场出清模型进行调频出清，按照竞价原则进行调峰与机组计划统一出清，得到自备电厂日前调峰中标电量。
一个或多个实施例提供了基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控***，包括：
热电耦合关系简化模块：被配置为基于简化后的自备电厂热电联产机组的热电耦合关系，确定热电联产机组的可调度范围；
出清模型构建模块：被配置为用于增加热负荷需求约束和热电耦合约束，构建调峰辅助服务市场出清模型；
获取模块：被配置为用于获取自备电厂所属企业的次日发用电计划曲线；
第一出清模块：被配置为在日前市场中，获取次日电网运行预测数据及发电主体的报价，根据可调度范围与自备电厂的次日发用电计划曲线，根据调峰辅助服务市场出清模型进行调频出清，按照竞价原则进行调峰与机组计划统一出清，得到自备电厂日前调峰中标电量。
还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法所述的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本实施例充分考虑了自备电厂的发用电特点，提出一种基于企业用能特性的自备电厂参与调峰市场的调控方法，该方法考虑了自备电厂热电联产机组“以热定电”的原则以及所属企业的用能特性，能够更加全面的反映自备电厂的发用电特点；构建的出清模型增加了热负荷需求约束和热电耦合约束，可使自备电厂在满足企业供热供汽需求的前提下参与调峰，不影响企业的正常生产过程；与此同时，该方法可以激励自备电厂主动参与调峰交易，对于促进新能源消纳具有明确的实用价值和现实意义。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
图1是本公开实施例1的方法的流程图；
图2是本公开实施例1的简化后的热电耦合关系图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
实施例1
在一个或多个实施方式公开的技术方案中，如图1-2所示，基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，包括如下步骤：
步骤1、基于简化后的自备电厂热电联产机组的热电耦合关系，确定热电联产机组的可调度范围；
步骤2、增加热负荷需求约束和热电耦合约束，构建调峰辅助服务市场出清模型；
步骤3、获取自备电厂所属企业的次日发用电计划曲线；
步骤4、在日前市场中，获取次日电网运行预测数据及发电主体的报价，根据可调度范围与自备电厂的次日发用电计划曲线，根据调峰辅助服务市场出清模型进行调频出清，按照竞价原则进行调峰与机组计划统一出清，得到自备电厂日前调峰中标电量。
进一步地，还包括：
步骤5、在日内市场，根据调峰辅助服务市场出清模型，对未来设定时间段辅助服务市场有偿调峰交易进行滚动出清；
进一步地，还包括：
步骤6、根据日内出清结果完成预结算，并在临时调用调峰信息维护后，进行最终出清结算，获得自备电厂提供的调峰电量，确定调峰补偿量。
本实施例充分考虑了自备电厂的发用电特点，提出一种基于企业用能特性的自备电厂参与调峰市场的调控方法，该方法考虑了自备电厂热电联产机组“以热定电”的原则以及所属企业的用能特性，能够更加全面的反映自备电厂的发用电特点；该方法可使自备电厂在满足企业供热供汽需求的前提下参与调峰，不影响企业的正常生产过程；与此同时，该方法可以激励自备电厂主动参与调峰交易，对于促进新能源消纳具有明确的实用价值和现实意义。
下面对上述步骤进行具体说明。
步骤1中，简化自备电厂热电联产机组的热电耦合关系的方法，可以根据抽气量以及运行工况以分段线性化的方式进行化简。
具体的，首先根据热电联产机组的热负荷抽汽量的不同，将热电关系曲线划分为四个不同的区间，然后分别根据对应的工况以分段线性化的方式进行化简，得到每个区间上下两段曲线共八段曲线。如图2所示，为化简后的热电耦合关系曲线，具体为：
Figure BDA0003335792340000061
式中，n指抽汽区间，Pn，max、Pn，min分别为第n个区间内的上下两段曲线，an，an+1，bn，bn+1为已知常数，Qn为区间n的热负荷抽气量。
本实施例中，划分为四个区间是示例，可以根据具体的需要划分为多个区间，从而获得多段曲线。
步骤1中，具体的，以遵循企业生产“以热定电”的原则，在确定热负荷后，根据对应的热电关系曲线，得出热电联产机组的可调度范围。
步骤2中，以调峰辅助服务市场费用与安全约束惩罚值之和最小为目标，构建调峰辅助服务市场出清模型中的目标函数为：
Figure BDA0003335792340000062
其中，N为机组侧集合；T为时刻集合；X为报价段数；NC为安全约束集合，包括线路和断面安全约束；Ci，t(ni，t，x)为机组分段报价曲线，是与机组申报的各段调峰量和对应能量价格有关的分段线性函数；ni，t，x为第i个机组申报的各段调峰量；bi，t，x为第i个机组在t时刻处于x段的中标调峰容量；M为市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子；
Figure BDA0003335792340000079
为安全约束c在t时刻的正向潮流松弛变量；
Figure BDA00033357923400000710
为安全约束c在t时刻的反向潮流松弛变量。
该模型包含的约束条件有：
(1)***负荷平衡约束：存在新能源进入情况下的***负荷平衡约束，表示在每个时段，所有机组出力和联络线注入功率之和等于***总有功负荷与新能源有功负荷之差，即：
Figure BDA0003335792340000071
式中，NT为联络线集合；Pi，t为第i个机组在t时刻的出力；Tj，t为第j条联络线在t时刻的注入功率；Dt为t时刻的***总有功负荷；
Figure BDA0003335792340000072
为t时刻的***新能源负荷。
(2)旋转备用约束：在每个时段，所有机组的上(下)调旋转备用之和要大于等于***的上(下)调旋转备用需求，即：
Figure BDA0003335792340000073
Figure BDA0003335792340000074
式中，
Figure BDA0003335792340000075
为第i个机组在t时刻提供的上调旋转备用；
Figure BDA0003335792340000076
为第i个机组在t时刻提供的下调旋转备用；
Figure BDA0003335792340000077
为***在t时刻的上调旋转备用需求；
Figure BDA0003335792340000078
为***在t时刻的下调旋转备用需求。
(3)爬坡约束：在相邻两个时段的机组出力之差，不大于其上爬坡能力，或者，不小于其下爬坡能力；即：
Figure BDA0003335792340000081
Figure BDA0003335792340000082
式中，
Figure BDA0003335792340000083
为第i个机组的最大上调速率；
Figure BDA0003335792340000084
为第i个机组的最大下调速率。
(4)线路安全约束：在每个时段，对于任意一条线路都不能存在越限情况，即不能超过线路的传输极限；约束公式如下：
Figure BDA0003335792340000085
Figure BDA0003335792340000086
式中，Gi-l为第i个机组所在节点对第l条线路的发电机输出功率转移分布因子；Gj-l为第j条联络线所在节点对第l条线路的发电机输出功率转移分布因子；Gk-l为第k个节点对第l条线路的发电机输出功率转移分布因子；K为节点集合；Dk，t为第k个节点在t时刻的负荷值；
Figure BDA0003335792340000087
为第l条线路的潮流传输极限。
(5)断面安全约束：在每个时段，对于任意一个断面都不能存在越限情况，即不能超过断面的传输极限；约束公式如下：
Figure BDA0003335792340000088
Figure BDA0003335792340000091
式中，Gi-s为第i个机组所在节点对第s个断面的发电机输出功率转移分布因子；Gj-s为第j条联络线所在节点对第s个断面的发电机输出功率转移分布因子；Gk-s为第k个节点对第s个断面的发电机输出功率转移分布因子；
Figure BDA0003335792340000092
为第个断面在t时刻的潮流传输上限；
Figure BDA0003335792340000093
为第s个断面在t时刻的潮流传输下限。
(6)有功负荷平衡约束：每个时段，***的有功负荷等于所有节点的有功负荷之和；
计算公式如式(12)所示：
Figure BDA0003335792340000094
(7)在每个时段，任意机组的出力与中标的可调峰容量之和要大于等于机组的出力下限；
计算公式如式(13)所示：
Figure BDA0003335792340000095
式中，
Figure BDA0003335792340000096
为第i个机组在t时刻的出力下限。
(8)机组出力上下限约束；
计算公式如式(14)所示：
Figure BDA0003335792340000097
式中，
Figure BDA0003335792340000098
为第i个机组在t时刻的出力上限。
(9)在每个时段，任意机组在某一段中标的调峰容量要小于等于在该段的申报容量；
计算公式如式(15)所示：
Figure BDA0003335792340000101
考虑热电联产机组特性，新增的约束有：
(1)热负荷需求约束：各机组热功率之和应等于热负荷总需求；计算公式如式(16)所示：
Figure BDA0003335792340000102
式中，Qload，t为t时刻的热负荷总需求；Qi，t为第i个机组在t时刻的热功率；Nth为热电联产机组的数量，相应的，常规机组的数量变为N-Nth。
(2)热电耦合约束：即为图2所示的热电关系曲线，用式(1)表示。
步骤3中，获取自备电厂所属企业次日用电计划曲线，具体的包括：获取运行日前一天自备电厂所属企业根据次日生产需求和用能特性上报的次日发用电计划曲线，包括最高出力、最低出力，以及供热、供汽条件下的可调空间。
步骤4中，其中，次日电网运行预测数据包括负荷预测、新能源预测信息，电网的联络线信息、机组设置状态等。
各发电主体报价完成后，根据调频需求，按照竞价原则出清确认调频机组，而后根据调频出清结果设置AGC机组；其中，各发电主体可以包括新能源电厂、火电厂、自备电厂等。
调频出清完成后，再按照竞价原则进行调峰与机组计划统一出清，得到自备电厂日前调峰中标电量及出清价格；
其中，竞价原则指“价格优先，容量优先，时间优先”。
在工程实践中，调度机构通常每15分钟调度一次发电机，全日共确定96次调度功率，各时段间的功率调度曲线采用线性插值法确定，第τ秒钟计划出力的计算公式为：
Figure BDA0003335792340000111
式中，Pt为全天96点功率曲线上某一时间点的调度功率，Pt+1为下一时间点的调度功率，τ的取值为0-899。
步骤6中，在日内市场滚动出清，具体的包括如下过程：
(1)应先进行数据准备，根据设定的滚动出清的时间间隔获取电网运行数据，包括：提取超短期负荷预测、新能源预测、最新联络线计划，并根据机组实际运行情况更正状态；
(2)设定时间段可以为2小时，对未来2小时辅助服务市场有偿调峰交易进行滚动出清，并且调峰与机组计划统一出清，得到自备电厂日内调峰中标电量及出清价格；
进一步地，当自备电厂不具备日内实时交易出清及执行条件时，仅参与日前交易出清，日内执行日前交易出清结果。
步骤6中，最终出清结算时，综合计算自备电厂提供的调峰电量，确定调峰补偿量，具体步骤为：
(1)自备电厂t时刻的计划调整量ΔPj，t为：
ΔPj，t＝Pb，t-Pt (18)
式中，Pb，t为：根据第j个自备电厂申报的各机组出力值之和确定的t时刻基准出力值，Pt为全天96点功率曲线上某一时间点的调度功率。
(2)自备电厂t时刻的计划调峰中标量Pz，t为：
Figure BDA0003335792340000121
式中，Pf，t为t时刻自备电厂上下网计划值(上网为正、下网为负)。
(3)自备电厂t时刻的调峰下网出力Ps，t为：
Figure BDA0003335792340000122
式中，P1，t为t时刻自备电厂所属企业的实际负荷。
(4)自备电厂t时刻的实际调峰量Pu，t为：
Pu，t＝Pb，t-Pg，t (21)
式中，Pg，t为t时刻自备电厂的发电出力值。
经过综合考虑，确定自备电厂的调峰补偿量，如式(22)所示
Pc，t＝min{Pz，t，Ps，t，Pu，t} (22)
下面采用具体算例对上述提出的方法进行验证。
以某省级辅助服务市场为例，使用该市场修改后的数据。在通过对某自备电厂热电联产机组热电耦合关系进行简化，得出给定热负荷下的可调度范围后，该自备电厂典型日申报的发用电计划，其7:30-11:00的数据如表1所示。在将热负荷需求约束和热电耦合约束加入到辅助服务市场出清模型后，求解得出该自备电厂实际发用电计划，其7:30-11:00的数据如表2所示。
表1某自备电厂申报发用电计划值
Figure BDA0003335792340000123
Figure BDA0003335792340000131
表2某自备电厂实际发用电量
Figure BDA0003335792340000132
表3自备电厂参与调峰前后弃风量
Figure BDA0003335792340000133
Figure BDA0003335792340000141
进一步为了检验该方法对促进新能源消纳的效果，计算自备电厂参与调峰前后，电网主动弃风量的变化，其7:30-11:00的数据如表3所示。由表3可以看出，当电网出现弃风时，自备电厂参与调峰可有效减少电网主动弃风量。可见，自备电厂可以有效发挥调峰作用，促进可再生能源消纳。
实施例2
基于实施例1，本实施例提供基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控***，包括：
热电耦合关系简化模块：被配置为基于简化后的自备电厂热电联产机组的热电耦合关系，确定热电联产机组的可调度范围；
出清模型构建模块：被配置为用于增加热负荷需求约束和热电耦合约束，构建调峰辅助服务市场出清模型；
获取模块：被配置为用于获取自备电厂的次日生产需求和用能特性；
第一出清模块：被配置为在日前市场中，获取次日电网运行预测数据及发电主体的报价，根据可调度范围与自备电厂的次日发用电计划曲线，根据调峰辅助服务市场出清模型进行调频出清，按照竞价原则进行调峰与机组计划统一出清，得到自备电厂日前调峰中标电量。
进一步地，还包括：
第二出清模块：被配置为用于在日内市场，根据调峰辅助服务市场出清模型，对未来设定时间段辅助服务市场有偿调峰交易进行滚动出清；
进一步地，还包括：
第三出清模块：被配置为用于根据日内出清结果完成预结算，并在临时调用调峰信息维护后，进行最终出清结算，获得自备电厂提供的调峰电量，确定调峰补偿量。
实施例3
本实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1的方法所述的步骤。
本公开所提出的电子设备可以是移动终端以及非移动终端，非移动终端包括台式计算机，移动终端包括智能手机(Smart Phone，如Android手机、IOS手机等)、智能眼镜、智能手表、智能手环、平板电脑、笔记本电脑、个人数字助理等可以进行无线通信的移动互联网设备。
应理解，在本公开中，该处理器可以是中央处理单元CPU，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
该存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，其特征是，包括如下步骤：
基于简化后的自备电厂热电联产机组的热电耦合关系，确定热电联产机组的可调度范围；
增加热负荷需求约束和热电耦合约束，构建调峰辅助服务市场出清模型；
获取自备电厂所属企业的次日发用电计划曲线；
在日前市场中，获取次日电网运行预测数据及发电主体的报价，根据可调度范围与自备电厂的次日发用电计划曲线，根据调峰辅助服务市场出清模型进行调频出清，按照竞价原则进行调峰与机组计划统一出清，得到自备电厂日前调峰中标电量。
2.如权利要求1所述的基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，其特征是：在日内市场，根据调峰辅助服务市场出清模型，对未来设定时间段辅助服务市场有偿调峰交易进行滚动出清。
3.如权利要求2所述的基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，其特征是：根据日内出清结果完成预结算，并在临时调用调峰信息维护后，进行最终出清结算，获得自备电厂提供的调峰电量，确定调峰补偿量。
4.如权利要求1所述的基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，其特征是：简化自备电厂热电联产机组的热电耦合关系的方法为：根据抽汽量以及运行工况以分段线性化的方式进行化简；
或者，热电联产机组的可调度范围的确定方法为：在确定热负荷后，根据对应的简化后的热电耦合关系，得出热电联产机组的可调度范围。
5.如权利要求1所述的基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，其特征是：所述调峰辅助服务市场出清模型，以调峰辅助服务市场费用与安全约束惩罚值之和最小为目标。
6.如权利要求1所述的基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，其特征是：热负荷需求约束为各机组热功率之和应等于热负荷总需求；
热电耦合约束，为简化后的热电耦合关系。
7.如权利要求1所述的基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，其特征是，调峰辅助服务市场出清模型的约束还包括：***负荷平衡约束；旋转备用约束；爬坡约束；输电线路安全约束；断面安全约束；有功负荷平衡约束；机组出力中标的可调峰容量之和要大于等于机组的出力下限；机组出力上下限约束；任意机组在某一段中标的调峰容量要小于等于在该段的申报容量。
8.如权利要求1所述的基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控方法，其特征是，获取自备电厂次日生产需求和用能特性，包括次日用电计划曲线，包括最高出力、最低出力，以及供热、供汽条件下的可调空间。
9.基于企业用能特性的自备电厂参与调峰的调控***，其特征是，包括：
热电耦合关系简化模块：被配置为基于简化后的自备电厂热电联产机组的热电耦合关系，确定热电联产机组的可调度范围；
出清模型构建模块：被配置为用于增加热负荷需求约束和热电耦合约束，构建调峰辅助服务市场出清模型；
获取模块：被配置为用于获取自备电厂的次日生产需求和用能特性；
第一出清模块：被配置为在日前市场中，获取次日电网运行预测数据及发电主体的报价，根据可调度范围与自备电厂的次日发用电计划曲线，根据调峰辅助服务市场出清模型进行调频出清，按照竞价原则进行调峰与机组计划统一出清，得到自备电厂日前调峰中标电量。
10.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-8任一项方法所述的步骤。
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