一种考虑调峰需求的核电机组建模方法

本发明涉及电力系统建模，特别是一种考虑调峰需求的核电机组建模方法。

背景技术：

1、随着我国“3060”双碳目标的提出，电力系统中可再生能源比例持续上升，其间歇性和波动性对电网的安全稳定运行造成不利影响。同时核电在电源构成中所占比重也逐年增加，长此以往，核电机组带基荷满功率运行的传统运行方式将给电网带来不可忽视的调峰压力，严重挤占可再生能源的发电空间，甚至导致弃风弃光现象的出现。

2、目前，在国内外得到广泛应用的压水堆型核电机组可通过控制棒位移和硼浓度调节实现功率控制，核电机组参与日调峰运行的可行性和安全可靠性也得到了充分验证。然而，我国的核电几乎不参与电网调峰调度，考虑调峰需求的核电机组建模研究也并未充分开展。包括较为典型的“12-3-6-3”出力模型在内，现有核电机组出力模型大多运行方式单一，难以满足电力系统的灵活性要求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种考虑调峰需求的核电机组建模方法，本发明方法在保证核电机组运行安全性的前提下，建立了一种调峰深度、功率调节速度和调峰时段均可变的核电机组灵活出力模型，并对该模型下核电机组的运行成本进行了准确计算。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、根据本发明提出的一种考虑调峰需求的核电机组建模方法，具体步骤如下：

4、步骤1、考虑核电机组的实际运行工况和安全性，制定核电机组调峰运行原则；

5、步骤2、遵循核电机组调峰运行原则，建立核电机组输出功率线性表达式；

6、步骤3、在所得输出功率线性表达式的基础上，构建核电机组调峰运行约束；

7、步骤4、根据核电机组的具体运行状态，综合计算核电机组的运行成本。

8、作为本发明所述的一种考虑调峰需求的核电机组建模方法进一步优化方案，步骤1中核电机组调峰运行原则具体表述为：同一台核电机组每日最多参与电网调峰一次，核电机组功率可调范围在50％～100％，线性升降功率时长为1/2/3h，满功率运行和低功率运行的持续时间均不低于6h。

9、作为本发明所述的一种考虑调峰需求的核电机组建模方法进一步优化方案，步骤2中核电机组输出功率线性表达式，具体如下：

10、首先，将核电机组功率可调范围均分为ng个区间，通过对n和ng的不同取值，将调峰深度设定为核电机组功率可调范围内的任意值：

11、

12、

13、

14、其中，和分别为第i台核电机组功率可调范围的上、下限；ng为区间个数，n为所选区间的序号，ng和n均为正整数；为第i台核电机组输出功率的下降值；为第i台核电机组的调峰深度；为对应调峰深度下第i台核电机组在低功率运行状态时的输出功率；

15、在线性升降功率过程中，当核电机组处于过渡功率状态时的输出功率分别表示为：

16、

17、

18、

19、其中，为线性升降功率时长是3h时、第i台核电机组处于1/3过渡功率状态时的输出功率；为线性升降功率时长是2h时、第i台核电机组处于1/2过渡功率状态时的输出功率；为线性升降功率是3h时、第i台核电机组处于2/3过渡功率状态时的输出功率；

20、综上，核电机组的输出功率线性表达式为：

21、

22、其中，为第i台核电机组在t时刻的输出功率；为第i台核电机组处于过渡功率状态时的输出功率；hi,t、li,n,t、ui,n,x,t和di,n,x,t均为0-1变量，变量为1时，分别表示第i台核电机组在t时刻处在满功率运行状态、低功率运行状态、线性升功率过程中的第x种过渡功率状态、线性降功率过程中的第x种过渡功率状态；变量为0时，分别表示第i台核电机组在t时刻不处在满功率运行状态、低功率运行状态、线性升功率过程中的第x种过渡功率状态、线性降功率过程中的第x种过渡功率状态。

23、作为本发明所述的一种考虑调峰需求的核电机组建模方法进一步优化方案，步骤3中核电机组调峰运行约束包括功率状态互斥约束、满/低功率运行状态持续时间约束、升降功率对称约束、功率路径线性约束和日调峰次数约束。

24、作为本发明所述的一种考虑调峰需求的核电机组建模方法进一步优化方案，功率状态互斥约束、满/低功率运行状态持续时间约束、升降功率对称约束、功率路径线性约束和日调峰次数约束的表达式具体如下：

25、功率状态互斥约束：

26、

27、满/低功率运行状态持续时间约束：

28、

29、其中，min(a,b)表示两个变量a、b中的最小值，hi,τ表示第i台核电机组在v时刻处于满功率运行状态，li,n,τ表示第i台核电机组在τ时刻处于低功率运行状态，τ为一个可变的时刻，hi,t-1表示第i台核电机组在t-1时刻处于满功率运行状态，li,n,t-1表示第i台核电机组在t-1时刻处于低功率运行状态；

30、升降功率对称约束：

31、

32、其中，t表示调度周期的个数，ui,n,2,t表示第i台核电机组在t时刻处于线性升功率过程中的1/2过渡功率状态，di,n,2,t表示第i台核电机组在t时刻处于线性降功率过程中的1/2过渡功率状态，ui,n,3,t表示第i台核电机组在t时刻处于线性升功率过程中的2/3过渡功率状态，di,n,3,t表示第i台核电机组在t时刻处于线性降功率过程中的2/3过渡功率状态，ui,n,1,t表示第i台核电机组在t时刻处于线性升功率过程中的1/3过渡功率状态，ui,n,3,t+1表示第i台核电机组在t+1时刻处于线性升功率过程中的2/3过渡功率状态，di,n,1,t+1表示第i台核电机组在t+1时刻处于线性降功率过程中的1/3过渡功率状态；

33、功率路径线性约束包括三部分：线性升降功率时长为1h的时间耦合约束、线性升降功率时长为2h的时间耦合约束、线性升降功率时长为3h的时间耦合约束，线性升降功率时长为1h的时间耦合约束、线性升降功率时长为2h的时间耦合约束、线性升降功率时长为3h的时间耦合约束分别表示为公式(11)-(13)：

34、

35、

36、

37、其中，ui,n,2,t-1表示第i台核电机组在t-1时刻处于线性升功率过程中的1/2过渡功率状态，ui,n,3,t-1表示第i台核电机组在t-1时刻处于线性升功率过程中的2/3过渡功率状态，di,n,1,t-1表示第i台核电机组在t-1时刻处于线性降功率过程中的1/3过渡功率状态，di,n,2,t-1表示第i台核电机组在t-1时刻处于线性降功率过程中的1/2过渡功率状态；

38、日调峰次数约束：

39、

40、作为本发明所述的一种考虑调峰需求的核电机组建模方法进一步优化方案，步骤4中核电机组的运行成本包括核电常规运行成本和核电调峰运行成本，表示为：

41、cn＝cn，r+cn，p (15)

42、其中，cn为核电机组的运行成本；cn,r为核电常规运行成本；cn,p为核电调峰运行成本。

43、作为本发明所述的一种考虑调峰需求的核电机组建模方法进一步优化方案，核电常规运行成本包括运行维护成本、核燃料循环前端成本以及核燃料循环后端成本，计算方式如下：

44、

45、

46、其中，nn为核电机组的总数；和分别为第i台核电机组的核燃料成本系数和运维成本系数；为核燃料循环前端成本；为核燃料循环后端成本；为运行维护成本。

47、作为本发明所述的一种考虑调峰需求的核电机组建模方法进一步优化方案，核电调峰运行成本包括机组损耗成本、燃料附加成本、乏燃料处理附加成本以及调峰安全成本，计算方式如下：

48、

49、

50、其中，为第i台核电机组的调峰成本一次项系数；σn为核电经济-安全平衡系数；和分别为第i台核电机组的机组损耗成本系数、燃料附加成本系数、乏燃料处理附加成本系数以及调峰安全成本系数；

51、机组损耗成本系数表示为：

52、

53、其中，ucf0和ucf1分别为核电机组在常规运行和调峰运行状态下的机组能力因子；of为核电机组的运行系数；

54、燃料附加成本系数表示为：

55、

56、其中，aot0和aot1分别为核电机组在常规运行和调峰运行状态下的年利用小时数；和分别为核电机组在常规运行和调峰运行状态下的年平均功率；

57、乏燃料处理附加成本系数表示为：

58、

59、其中，rf0和rf1分别为核电机组在常规运行和调峰运行状态下的换料周期；

60、调峰安全成本系数表示为：

61、

62、其中，uel0和uel1分别为核电机组在常规运行和调峰运行状态下的非计划损失电量；xel0和xel1分别为核电机组在常规运行和调峰运行状态下的外部原因损失电量；lf为核电机组的负荷因子；ftn为核电上网电价；reg为核电机组参考发电容量。

63、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

64、本发明相比于常规的核电机组建模方法，在可再生能源规模和核电所占比重均逐年增大的大背景下，充分考虑了核电机组参与电网调峰的需求，在保证核电机组运行安全性的前提下，建立了一种调峰深度、功率调节速度和调峰时段均可变的核电机组灵活出力模型，并对该模型下核电机组的运行成本进行了准确计算；本发明提出的核电机组建模方法提高了电网运行灵活性，可为参与电网调峰的核电机组建模提供理论依据和技术支撑。