一种考虑灵活性改造机组协调优化运行方法及系统与流程

本发明属于电力，具体地而言为一种虑灵活性改造机组协调优化运行方法及系统。

背景技术：

1、目前火电厂电力系统中发电的主要形式之一。承担着居民生活和工业生产的电力供应任务。因此，有必要对热电联产机组进行改造，提高机组运行的灵活性。

2、目前阶段热电联产系统存在以下不足：

3、(1)风力发电和光伏发电的间歇性和波动性增加了对电力系统灵活性的需求，使装机容量超过1250gw的机组面临严峻的转型压力。

4、(2)热电强耦合限制了热电联产机组的运行灵活性，造成了严重的弃风与备用容量不足的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种考虑灵活性改造机组协调优化运行方法，解决严重的弃风与备用容量不足的问题。

2、本发明另一方面还提供了另一种考虑灵活性改造机组协调优化运行系统。

3、本发明是这样实现的，

4、一种考虑灵活性改造机组协调优化运行方法，该方法包括：

5、当需要降低热电联产机组的最小电输出时，控制热电联产系统中汽轮机各级抽汽流量，将输入到汽轮机的多余热能储存起来，并将储存的热能随后用于内部储热，所述内部储热包括预热流经蓄热式加热的给水；

6、以及

7、用于外部储热，所述外部储热包括热电联产系统中释放或存储热功率。

8、进一步地，控制热电联产系统中汽轮机各级抽汽流量，将输入到汽轮机的多余热能储存起来之前，初始的热电联产系统初始的热电联产系统满足的功率平衡的方程为：

9、

10、

11、其中：

12、为t时刻锅炉热输入功率；

13、为在t时刻用于预热给水的蓄热式加热模块的热输出功率；

14、为在t时刻锅炉产生的热输出功率；

15、ηcoal为锅炉中的煤燃烧效率；

16、q为煤的基础净热值；

17、mt为t时刻锅炉内煤粉燃烧率；

18、计算设置内部储热模块后，内部储热模块的热功率平衡的方程为：

19、

20、其中：

21、ei为内部储热储热量；

22、ηc,its为内部储热充电效率；

23、pic,pr为内部储热的充电功率；

24、为外部储热的充电功率；

25、ηd,its为外部储热充电效率；

26、使内部储热模块的吸热功率等于汽轮机的每一级的抽汽的热功率与蓄热式加热模块的热功率平衡，功率平衡满足：

27、

28、其中：

29、为在t时刻用于预热给水的蓄热式加热模块的热输出功率；

30、为在t时刻，在涡轮机中已做功的乏汽的热功率。

31、进一步地，该方法还包括：设置正常范围外的高热负荷和低热负荷阈值，超出高热负荷或低于低热负荷阈值的期间，通过内部储热与外部储热释放或存储热功率，释放或存储热功率的过程中满足的功率平衡表达式如下：

32、

33、其中：

34、ptconp为热电联产机组在纯凝气条件下t时刻的电输出功率；

35、为涡轮机在时间t的净热输入功率；

36、ptexp为t时刻时，在抽汽条件下热电联产机组的电输出功率；

37、ptexh为t时刻时，在抽汽条件下热电联产机组的热输出功率。

38、进一步地，外部储热时满足的热功率平衡方程为：

39、

40、其中：

41、ex为外部储热储热量；

42、ηc,ets为外部储热吸热效率；

43、pxc,ph为外部储热的吸热功率；

44、为外部储热的放热功率；

45、ηd,ets为外部储热放热效率。

46、进一步地，该方法还包括：

47、建立日前优化调度模型，决策变量包括热电联产系统和常规燃煤火电机组的运行状态和备用供应状态，以及风电场的并网功率；

48、所述日前优化调度模型的目标函数是在日前调度期间，使热电联产系统的运行成本、储备相关成本和弃风惩罚成本最小，运行成本包括发电成本、热电联产系统和常规火电机组的启停成本以及弃风和切负荷的惩罚成本；备用相关成本包括提供备用容量的补偿成本和备用风险的惩罚成本；目标函数表示为：

49、

50、其中：

51、为t时刻g锅炉的开关状态；

52、为单位时间间隔热电联产单位g的基本和固定运行成本；

53、为热电联产机组g是否集成内部储热的二元变量；

54、为单位时间间隔内部蓄热单位g的基本和固定运行成本；

55、为单位时间间隔外部蓄热单位g的基本和固定运行成本；

56、为单位时间间隔的热电联产机组g由于集成内部蓄热模块而增加的基本运行成本；

57、为单位时间间隔的热电联产机组g由于集成外部蓄热模块而增加的基本运行成本；

58、λcoal为煤单价；

59、mg,t为t时刻内机组g煤粉的燃烧率；

60、为t时刻常规燃煤火电机组g的发电量；

61、λsu、λsd分别为锅炉单次启、停费用；

62、分别为t时刻锅炉g的启、停状态；

63、分别为电/热负荷减载惩罚系数；

64、ptl,e,cur、ptl,h,cur分别为电、热负荷在时间t的负荷削减；

65、为弃风惩罚系数；

66、为t时刻风力机组f的输出；

67、为t时刻风力机组f的需求；

68、λ+、λ-分别为正/负备用容量的单位补偿成本；

69、分别为t时刻的正/负准备金要求；

70、为t时刻考虑机会约束目标规划的运行成本；

71、使得电网的功率平衡和城市供热区的热功率平衡满足：

72、

73、其中：

74、为t时刻在抽汽条件下热电联产机组g的电输出功率；

75、为t时刻常规燃煤火电机组g的发电量；

76、ptl,e为t时刻的热负荷需求；

77、ptl,e,cur为t时刻的电力负载削减；

78、为热电联产机组g在时间t的净热功率输出；

79、ptl,h为t时刻的热负荷需求；

80、ptl,h,cur为t时刻的热负荷削减，

81、将热功率平衡作为约束，求解目标函数使日前调度期间热电联产系统的运行成本、备用相关成本以及弃风惩罚成本最小的热电联产系统。

82、进一步地，通过所述日前最优调度模型计算改造后的热电联产系统的备用风险以及给定风险概率下正、负储备能力的允许偏差，用于在备用容量的补偿成本和备用风险的罚款成本之间进行权衡；

83、备用风险计算为:

84、

85、其中：

86、为正储备不足的惩罚系数；

87、为在t时刻的电力减载预期风险；

88、为负储备不足惩罚系数；

89、为t时刻的电力弃风的预期风险；

90、给定风险概率下正、负储备能力的允许偏差计算为：

91、

92、

93、其中：

94、ptl,e为t时刻的热负荷需求；

95、ptl,e,cur为t时刻的电力负载削减；

96、为在t时刻，在抽汽条件下热电联产机组g的电输出功率；

97、为在t时刻，为热电联产机组g提供的备用容量；

98、为在t时刻，火电机组g的发电量；

99、为在t时刻，火电机组g在时间提供的正备用容量；

100、为在t时刻，火电机组g在时间提供的负备用容量；

101、为在t时刻风力机组f的输出；

102、为在t时刻的弃风量；

103、为在t时刻，负备用容量的不足；

104、为在t时刻，正备用容量的不足；

105、α为储备金风险概率。

106、一种考虑灵活性改造机组协调优化运行系统，包括：

107、内部储热模块，用于当需要降低热电联产机组的最小电输出时，控制热电联产系统中汽轮机各级抽汽流量，将输入到汽轮机的多余热能储存起来，并将储存的热能随后将用于预热流经蓄热式加热模块的给水；

108、外部储热模块，用于为热电联产系统中蒸汽热电联产模块释放或存储热功率。

109、进一步地，还包括有功率平衡计算模块，计算初始的热电联产系统的功率平衡的方程为：

110、

111、

112、其中：

113、为t时刻锅炉热输入功率；

114、为在t时刻用于预热给水的蓄热式加热模块的热输出功率；

115、为在t时刻锅炉产生的热输出功率；

116、ηcoal为锅炉中的煤燃烧效率；

117、q为煤的基础净热值；

118、mt为t时刻锅炉内煤粉燃烧率；

119、计算设置内部储热模块后，内部储热模块的热功率平衡的方程为：

120、

121、其中：

122、ei为内部储热储热量；

123、ηc,its为内部储热充电效率；

124、pic,pr为内部储热的充电功率；

125、为外部储热的充电功率；

126、ηd,its为外部储热充电效率；

127、使内部储热模块的吸热功率等于汽轮机的每一级的抽汽的热功率与蓄热式加热模块的热功率平衡，功率平衡满足：

128、

129、其中：

130、为在t时刻用于预热给水的蓄热式加热模块的热输出功率；

131、为在t时刻，在涡轮机中已做功的乏汽的热功率。

132、进一步地，调节模块，设置正常范围外的高热负荷和低热负荷阈值，超出高热负荷或低于低热负荷阈值的期间，通过内部储热模块与外部储热模块释放或存储热功率，并通过功率平衡计算模块计算满足的功率平衡，以及满足该功率平衡，功率平衡表达式如下：

133、

134、其中：

135、ptconp为热电联产机组在纯凝气条件下t时刻的电输出功率；

136、为涡轮机在时间t的净热输入功率；

137、ptexp为t时刻时，在抽汽条件下热电联产机组的电输出功率；

138、ptexh为t时刻时，在抽汽条件下热电联产机组的热输出功率。

139、进一步地，所述功率平衡计算模块计算设置的外部储热模块的热功率平衡方程满足：

140、

141、其中：

142、ex为外部储热储热量；

143、ηc,ets为外部储热吸热效率；

144、pxc,ph为外部储热的吸热功率；

145、为外部储热的放热功率；

146、ηd,ets为外部储热放热效率。

147、进一步地，所述系统还包括日前优化调度模型，决策变量包括热电联产系统和常规燃煤火电机组的运行状态和备用供应状态，以及风电场的并网功率；

148、所述日前优化调度模型的目标函数是在日前调度期间，使热电联产系统的运行成本、储备相关成本和弃风惩罚成本最小，运行成本包括发电成本、热电联产系统和常规火电机组的启停成本以及弃风和切负荷的惩罚成本；备用相关成本包括提供备用容量的补偿成本和备用风险的惩罚成本；目标函数表示为：

149、

150、其中：

151、为t时刻g锅炉的开关状态；

152、为单位时间间隔热电联产单位g的基本和固定运行成本；

153、为热电联产机组g是否集成内部储热的二元变量；

154、为单位时间间隔内部蓄热单位g的基本和固定运行成本；

155、为单位时间间隔外部蓄热单位g的基本和固定运行成本；

156、为单位时间间隔的热电联产机组g由于集成内部蓄热模块而增加的基本运行成本；

157、为单位时间间隔的热电联产机组g由于集成外部蓄热模块而增加的基本运行成本；

158、λcoal为煤单价；

159、mg,t为t时刻内机组g煤粉的燃烧率；

160、为t时刻常规燃煤火电机组g的发电量；

161、λsu、λsd分别为锅炉单次启、停费用；

162、分别为t时刻锅炉g的启、停状态；

163、分别为电/热负荷减载惩罚系数；

164、ptl,e,cur、ptl,h,cur分别为电、热负荷在时间t的负荷削减；

165、为弃风惩罚系数；

166、为t时刻风力机组f的输出；

167、为t时刻风力机组f的需求；

168、λ+、λ-分别为正/负备用容量的单位补偿成本；

169、分别为t时刻的正/负准备金要求；

170、为t时刻考虑机会约束目标规划的运行成本；

171、使得电网的功率平衡和城市供热区的热功率平衡满足：

172、

173、其中：

174、为t时刻在抽汽条件下热电联产机组g的电输出功率；

175、为t时刻常规燃煤火电机组g的发电量；

176、ptl,e为t时刻的热负荷需求；

177、ptl,e,cur为t时刻的电力负载削减；

178、为热电联产机组g在时间t的净热功率输出；

179、ptl,h为t时刻的热负荷需求；

180、ptl,h,cur为t时刻的热负荷削减，

181、将热功率平衡作为约束，求解目标函数使日前调度期间热电联产系统的运行成本、备用相关成本以及弃风惩罚成本最小的热电联产系统。

182、进一步地，所述日前最优调度模型计算改造后的热电联产系统的备用风险以及给定风险概率下正、负储备能力的允许偏差，用于在备用容量的补偿成本和备用风险的罚款成本之间进行权衡；

183、备用风险计算为:

184、

185、其中：

186、为正储备不足的惩罚系数；

187、为在t时刻的电力减载预期风险；

188、为负储备不足惩罚系数；

189、为t时刻的电力弃风的预期风险；

190、给定风险概率下正、负储备能力的允许偏差计算为：

191、

192、

193、其中：

194、ptl,e为t时刻的热负荷需求；

195、ptl,e,cur为t时刻的电力负载削减；

196、为在t时刻，在抽汽条件下热电联产机组g的电输出功率；

197、为在t时刻，为热电联产机组g提供的备用容量；

198、为在t时刻，火电机组g的发电量；

199、为在t时刻，火电机组g在时间提供的正备用容量；

200、为在t时刻，火电机组g在时间提供的负备用容量；

201、为在t时刻风力机组f的输出；

202、为在t时刻的弃风量；

203、为在t时刻，负备用容量的不足；

204、为在t时刻，正备用容量的不足；

205、α为储备金风险概率。

206、本发明与现有技术相比，有益效果在于：

207、1)本发明系统热电联产机组具有一定的调节能力和备用供应能力。采用内部和外部两种灵活性，可以在更大程度上实现热电解耦，从而提高机组运行的灵活性，同时解决弃风问题。

208、2)基于双储热的系统可以显著拓展热电联产机组的运行区域，有利于提高热电联产机组的运行灵活性和所能提供的备用容量。在实时运行过程中，热电联产机组的运行区域会随着外部蓄热模块和内部蓄热模块的初始储能水平而不断变化。

209、3)本发明系统从考虑热电联产机组改造的整体角度，用于评估热电联产机组改造后的运行效益和风容调节能力的提高以及备用风险的降低。