PDF《计及燃气-蒸汽联合循环机组的热电联合调度模型》

第47 卷第8期电力系统保护与控制 Vol.

47 No.8 2019年4月16日Power System Protection and Control Apr. 16,

2019 DOI: 10.7667/PSPC180468 计及燃气-蒸汽联合循环机组的热电联合调度模型 杨凯淇

1 ,许丹2,谢华宝

1 ,丁强2,胡林献

1 (1.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江 哈尔滨 150001;

2.中国电力科学研究院,北京 100089) 摘要:为了解决北方城市冬季供暖期的空气污染问题,我国正积极发展 煤改气 技术,将传统的燃煤热电机组 改为燃气热电机组.建立了燃气-蒸汽联合循环机组的数学模型,并以系统成本最低为目标函数,构建了包含燃气- 蒸汽联合循环机组的热电联合系统调度模型.分析了燃气-蒸汽联合循环机组替换传统热电机组后,燃气-蒸汽联 合循环机组比例变化、风电渗透率不同对电网弃风率的影响.算例分析表明,燃气-蒸汽联合循环机组替换常规 热电机组虽然增加了运行成本,但有利于电网消纳弃风. 关键词:热电联合系统;

燃气-蒸汽联合循环机组;

调度模型;

风电消纳 Combined heat and power dispatching model based on gas-steam combined cycle unit YANG Kaiqi1 , XU Dan2 , XIE Huabao1 , DING Qiang2 , HU Linxian1 (1. College of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China;

2. China Electric Power Research Institute, Beijing 100089, China) Abstract: In order to solve the problem of air pollution in the northern cities during the winter heating period, China is actively developing the coal to gas technology, which changes the combined heat and power units to gas-steam combined cycle units. In this paper, the mathematical model of the gas-steam combined cycle unit is established. With the minimum system cost as the objective function, a thermal power combined system scheduling model including the gas-steam combined cycle units is constructed. The gas-steam combined cycle units are used to replace the combined heat and power units. After that, the influence of the proportion changes of gas-steam combined cycle units and different wind power penetration rates on the wind power abandonment rate is analyzed. The example analysis shows that replacing the combined heat and power units with the gas-steam combined cycle units increases the operating cost, but it is beneficial to the power grid to absorb the abandoned wind power. This work is supported by Science and Technology Project of State Grid Corporation of China Key Techniques Research and Application of Global Decision-making and Spot Market . Key words: combined heat and power dispatching;

gas-steam combined cycle unit;

scheduling model;

wind power consumption

0 引言 每年冬季,北京和天津等北方城市需要燃烧大 量煤炭来供暖,导致雾霾十分严重,极大地影响了 人们的工作和生活[1-2] .近年来,为了解决冬季雾霾 这一严重问题,北京、天津等大城市正结合自身特 点发展 煤改气 技术,用燃气-蒸汽联合循环机组 替代传统燃煤机组. 燃气-蒸汽联合循环机组具有热 基金项目:国家电网公司科技项目资助 全局计划决策与现 货市场核心技术研究与应用 效率高、耗水量低、占地面积小、自动化程度高、环 境友好等优点[3-6] .目前该技术成熟,运行经验丰富, 必将成为我国热电联产行业发展的主要方向[7-11] . 针对燃气-蒸汽联合循环机组的建模及其优化 调度已有所研究.文献[12]以系统成本和能量损耗 最小为目标函数建立了包含燃气-蒸汽联合循环机 组的热电联合系统调度模型.文献[13]基于热电企 业的现场数据,以电厂利润总额为目标函数进行优 化调度计算,但调度模型比较简化,精确度不高. 文献[14]对比分析了 9E 型燃气-蒸汽联合循环机组 不同调峰方式的经济性,认为启停调峰方式的经济 -

138 - 电力系统保护与控制 性最好.文献[15]研究了燃气-蒸汽联合循环系统的 模式转换特性并建立了热电联合调度模型,研究表 明相较于传统热电机组,燃气机组发电功率的调节 更加灵活.文献[16]认为 9E 级燃气-蒸汽联合循环 机组的能源利用率优于燃煤机组,且9E 系列联合 循环机组的调峰运行可靠性优于其他等级的燃气- 蒸汽联合循环机组.文献[17]建立了二氧化碳排放 量与天然气消耗量最小的多目标优化模型. 由上可知, 已有文献主要研究燃气-蒸汽联合循 环机组的经济性及其对电网调峰、环境污染的影 响[12-17] .本文则重点研究燃气-蒸汽联合循环机组 替换传统热电机组后, 燃气-蒸汽联合循环机组比例 变化、 风电渗透率(风电装机容量占系统总装机容量 的百分比)不同对电网弃风率的影响.为此,首先建 立了燃气-蒸汽联合循环机组的数学模型, 构建了包 含燃气-蒸汽联合循环机组、 常规热电机组、 纯凝火 电机组、风电机组与电锅炉的热电联合系统优化调 度模型, 然后对比分析了燃气-蒸汽联合循环机组比 例变化、 燃气-蒸汽联合循环机组替换传统热电机组 后不同风电渗透率电网对弃风率的影响. 研究表明: 燃气-蒸汽联合循环机组的使用不仅有利于环境保 护,而且有利于电网消纳弃风.

1 燃气-蒸汽联合循环机组数学模型 燃气-蒸汽联合循环机组有三种基本形式: 不补 燃的余热锅炉型、有补燃的余热锅炉型和增压锅炉 型. 其中, 不补燃余热锅炉型燃气-蒸汽联合循环热 电机组技术成熟、应用较广、效率高,本文针对该 类型燃气-蒸汽联合循环机组进行研究. 不补燃的余热锅炉型联合循环机组的热力系统 如图

1 所示.燃气轮机产生的烟气余热进入余热锅 炉,加热余热锅炉中的水蒸发至热蒸汽,热蒸汽驱 动汽轮机做功.此联合循环系统的优点为:系统较 为简单,启停速度较快,技术成熟且成本低. 图1不补燃余热锅炉型联合循环的热力系统图 Fig.

1 Heat system diagram of waste heat boiler combined cycle without replenishment 机组的天然气消耗量与燃气轮机发电功率关 系为

2 f

1 1

2 1

3 V a P a P a ? ? ? (1) 式中: f V 为燃气-蒸汽联合循环热电机组天然气消耗 量;

1 P 为燃气轮机发电功率;

1 a 、

2 a 、

3 a 为拟合系数. 蒸汽机由于供热功率损失的发电功率与供热功 率关系为 2S H P dQ ? (2) 式中: 2S P 为蒸汽轮机由于供热损失的发电功率;

H Q 为蒸汽轮机供热功率;

d 为拟合系数. 蒸汽轮机发电功率与燃气轮机发电功率、供热 功率之间关系

2 1 2S

1 H P bP c P bP dQ c ? ? ? ? ? ? (3) 式中: ........