PDF《促进风电消纳的蓄热罐运行策略》

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a e p s G i n f o . c o m 促进风电消纳的蓄热罐运行策略 于炎娟1 ,陈红坤1 ,姜欣1 ,陶玉波2 ,于仁炎3 ( 1. 武汉大学电气工程学院,湖北省武汉市

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2. 国网江苏省电力公司检修分公司,江苏省南京市

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0 6;

3. 北方光电集团有限公司,陕西省西安市

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6 5 ) 摘要:热电厂中配置蓄热罐有助于改善其调峰能力和提高风电接纳水平.鉴于蓄热罐的引入一定 程度上增加了电厂调度的难度, 提出了基于双线性模型的调度策略以开展热电机组与蓄热罐的协 调运行.所提调度策略中采用了蓄热罐运行状态的预判方法, 并重点应用了弃风率和成本增长率 的技术指标, 通过调整电出力以减小弃风, 控制热出力以降低运行成本, 并进一步考虑风电的不确 定性, 制定了最优调度方案.算例分析表明, 所提调度策略能够高效利用蓄热罐的蓄放热能力, 提 高风电接纳量与优化机组成本. 关键词:热电联产;

风电;

蓄热罐;

蓄放热策略 收稿日期:

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修回日期:

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1 2. 上网日期:

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0 引言 中国风电资源主要集中在西北、 华北、 东北( 简称 三北 ) 地区, 这些地区的风电装机容量已达全国 总风电装机容量的8 6. 4%.风电和热电联产机组在 三北 地区的电源结构中均占有较高比重[

1 ] .热电 机组具有 以热定电 的运行特性, 在冬季供暖期, 供 热需求限制了热电机组的调峰能力, 使得 风热冲 突 尤为严重,

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1 3 年 三北 地区弃风率仍高达20%以上[

2 ] . 为提高热电机组的运行灵活性, 需要解决热电 耦合约束问题.现有的方法包括利用电锅炉[

3 G 4] 、 热泵[

5 G 6] 以电制热, 利用蓄热罐补偿供热[

7 G

9 ] , 或利用热 力传输网络的蓄热能力[

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1 1] 及建筑的热惯性[

1 2] 提 高热电机组供热灵活性.其中, 蓄热罐补偿供热不 仅可提高风电接纳量, 且节煤效果好, 投资成本低, 是促进风电消纳的理想方案之一[

1 3 ] .在丹麦等欧 洲国家, 通过配置蓄热罐与热电机组协调运行, 已成 为提高风电等可再生能源并网量的重要措施[

1 4 ] . 目前, 国内外已开展较多关于热电厂配置蓄热 罐促进风电消纳的研究.文献[

1 5 ] 分析了热电厂配 置蓄热罐后消纳风电的可行性.文献[

1 6 ] 介绍了热 电厂安装蓄热罐后的运行方案, 分析了安装蓄热罐 前后热电机组的调峰能力.文献[

1 7 ] 研究了储热装 置应 用在不同位置对消纳弃风效果的影响. 文献[

1 8 ] 分析了蓄热罐提升风电接纳量的机理, 建立 了包含风电、 纯凝机组、 热电机组和蓄热罐的综合调 度模型.文献[

1 9 ] 考虑风电不确定性, 提出了一种 简化的求解电热综合调度模型的方法.文献[

2 0 ] 详 细分析了蓄热罐运行原理, 建立了含蓄热罐及电锅 炉的电热综合调度模型.文献[

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2 0] 虽都涉及了 电热综合调度模型的建立, 但仅以弃风或成本最小 为目标, 或将两者以罚函数形式组合相加, 未能结合 弃风与蓄热罐蓄放热状态间的关系来分配机组出 力, 且忽略了蓄热罐参数配置对调度结果的影响. 为充分发挥蓄热罐配合热电机组供热的作用, 在尽可能减少弃风的同时减小机组运行成本, 本文 提出了基于双线性模型的调度策略以解决电热综合 调度问题.首先, 预判蓄热罐的蓄放热状态, 建立蓄 放热状态标志向量;

其次, 根据供电及供热需求, 优 化蓄热罐及机组出力值.在优化调度中综合考虑弃 风率和机组运行成本增长率, 能达到分别通过调整 热电机组电出力、 热出力来减少弃风、 运行成本的目 的, 并且在考虑风电不确定性的基础上, 通过对风电 预测误差区间的处理制定出最佳调度方案.最后, 分析了蓄热罐在不同初始蓄热量及容量配置组合下 对风电消纳结果的影响.算例分析验证了本文建立 的蓄放热模型能有效利用蓄热罐的蓄放热能力, 且 能在提高风电接纳量的同时减少运行成本.

1 蓄热罐促进风电消纳的机理 目前应用较广泛的蓄热罐采用水作为储热介 质, 通常集中安装在热电厂侧, 并与供热网络连接,

7 3 第4 1卷第7期2017年4月1 0日Vol.41N o . 7A p r .

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6 其工作原理可参见文献[

1 6 ] .本文蓄热罐即采用该 模式.蓄热罐罐体的隔热效果较好, 其一日内通过 罐体壁损失的 热量不足总蓄热量的0. 7% [

2 0] , 且日 内总损失也不超过1%, 因此建模时未考虑热损失. 蓄热罐热量由热电机组提供, 并以热水形式存 储.在电负荷高峰时段, 通常风电具有充足的上网 空间, 此时热电机组不必以低功率运行, 可适当提高 热出力, 在满足供热需求的同时, 将多余热量由蓄热 罐存储.在电负荷低谷时段, 将蓄热罐存储的热量 提供给热负荷, 便减小了对热电机组的供热需求, 即 减小了供热对供电的束缚, 使热电机组可灵活调整 电出力, 为风电提供更多上网空间.事实上, 热电机 组在一个周期内的总供热量并未减少, 相当于将电 负荷低谷时段的热负荷转移到了电负荷高峰时段, 这与抽水蓄能的削峰填谷效果类似.在一个调度周 期内, 使蓄热罐总蓄热量等于总放热量, 即保持每个 调度周期初始时刻的蓄热量不变.通过蓄热罐和热 电机组的灵活配合, 可达到促进风电消纳的目的.

2 热电联产机组的运行特性 热电联产机组主要有背压式和抽气式两类, 由 于中国北方地区主要采用抽汽式燃煤机组, 因此本 文仅针对这类机组进行讨论. 热电机组的电功率和热功率的运行区间可以用 一个多边形区域来表示, 如附录 A 图A1所示.通 常该多边形运行区域可视为凸区域或者可以分割成 多个凸的子区域, 凸区域内每个运行点处对应的机 组运行 成本可以表示为热功率和电功率的凸函数[

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2 2] .根据凸多边形的特殊性质: 凸多边形区域 内的任意一点, 都可由该凸区域顶点的凸组合( 凸组 合是一类特殊的线性组合) 表示[

2 3] .本文即采用凸 组合的方法来描述热电机组的运行特性. 热电机组运行区域的端点用坐标( q i, k , p i, k ) 表示, 端点处的运行成本用c i, k 表示, 其中, i 为热电机 组编号, k 为端点编号.运行特性区域内任意一点 处的电功率 Pt i 及热功率Qt i, 以及该运行点处的成 本Ct i 都可由端点的线性组合表示: Qt i =∑ Mi k=1 q i, k xt i, k Pt i =∑ Mi k=1 p i, k xt i, k Ct i =∑ Mi k=1 c i, k xt i, k ∑ Mi k=1 xt i, k =1 0≤xt i, k ≤1 ì ? í ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (

1 ) 式中: Mi 为机组 i运行区域的端点总数;

x t i, k 为组合 系数. 另外, 纯凝机组的运行成本也可近似为电功率 的线性表达式[

2 0] 为: Ct j= a j Pt j+ b j (

2 ) 式中: a j 和b j 为纯凝机组j 成本函数的系数.

3 风电功率预测误差的处理 目前风电预测软件在日前预测上仍具有

1 4% 至2 0%的平均绝对误差, 因此, 有必要考虑风电预 测误差对系统调度运行的影响.若风电预测值偏 小, 会使得本可以通过蓄热罐消纳的风电未被消纳;

若预测值偏大, 虽然制定的调度计划可以提供更大 的风电消纳空间, 但会导致蓄热罐过多地蓄放热, 增 加了对蓄热罐容量配置的要求.因此, 本文采用误 差区间来描述风电不确定性, 并在该波动区间内选 择一条代表性的曲线来表示风电功率值. 3.

1 风电功率预测误差区间 风电预测误差具有一定的概率分布特性, 目前 用于描述其误差分布特性的模型包括正态分布、 柯 西分布、 B e t a分布等.其中, 正态分布模型应用最 为广泛, 该模型统计方法简单且易于使用.本文即 假设风电功率预测误差服从正态分布. 假设风电功率预测值 为Pt w, 当预测误差达到

9 9%置信水平时, 误差区间记为[ e 1, e 2] .则实际风 电功率的波动区间可表示为[ Pt w+ e 1, Pt w+ e 2] . 3.

2 风电预测曲线的选取 风电功率波动区间[ Pt w+ e 1, Pt w+ e 2] 内包含了 无数种可能的风电出力场景, 为了选择出用于调度 优化计算的风电出力场景, 本文借鉴文献[

1 9] 中的 实用化方法来处理误差区间. 将波动区间离散化为L 条等间隔的曲线, 每条 曲线都对应一个发生的概率.每两条曲线的间隔为 ( e 2- e 1) / ( L-1 ) , 第l( l=1, 2, ?, L) 条曲线的风 电预测值为: Pt w, l=Pt w+ e 1+ ( e 2- e 1) ( l-1 ) L-1 (

3 ) 以曲线l为中心, 宽度为( e 2- e 1) / ( L-1 ) 的区 间带对 应的概率来近似表示曲线l 发生的概率f( l) : f( l) =F e

1 + (

2 l-1 ) ( e

2 -e 1)

2 ( L -1 ) ? è ? ? ? ÷ - F e

1 + (

2 l-3 ) ( e

2 -e 1)

2 ( L -1 ) ? è ? ? ? ÷ F( x) =

1 2 π σ ∫ x -∞ e - ( y- μ)

2 2 σ

2 d y - ∞ Pt l o a d, 则当考虑供热........