本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行領(lǐng)域，特別涉及一種電源容量配比的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對于能源的需求也越來越大，能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)也受到了全世界的廣泛重視，因此，新能源發(fā)電技術(shù)得到了國內(nèi)外的深入研究和推廣應(yīng)用。新能源發(fā)電技術(shù)因地制宜，可充分利用當(dāng)?shù)氐目稍偕Y源，包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，含有新能源的混合發(fā)電系統(tǒng)具有資源利用率高、發(fā)電設(shè)備可實(shí)現(xiàn)就地安裝且靠近電負(fù)荷端和用戶終端、系統(tǒng)容量小便于給獨(dú)立區(qū)域供電、可以采用獨(dú)立微網(wǎng)運(yùn)行也能與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行、清潔環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。
在混合發(fā)電系統(tǒng)中，各類電源之間是相互制約、相互關(guān)聯(lián)的，存在容量配比的優(yōu)化問題。電、熱系統(tǒng)之間也是相互關(guān)聯(lián)的，電力、熱力系統(tǒng)之間通過熱電聯(lián)產(chǎn)、熱泵、電制熱等發(fā)生耦合，從而使得兩個系統(tǒng)在時間和空間上是互補(bǔ)的，它們的運(yùn)行產(chǎn)生相互影響。在電熱綜合能源系統(tǒng)框架下，可以通過各類電源和熱源容量的配比關(guān)系，在滿足供電供熱約束的條件下使得供電供熱的總化石能源消耗最少，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排效益最大化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服上述問題或者至少部分地解決上述問題，本發(fā)明提供了一種適用于高比例可再生能源接入的電源容量配比的優(yōu)化方法，包括：
基于電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源和熱源的運(yùn)行特性和約束條件，以系統(tǒng)總化石能源消耗最少為目標(biāo)，對所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源容量配比進(jìn)行優(yōu)化。
優(yōu)選地，所述方法具體為：
s1.基于所述電網(wǎng)系統(tǒng)中電力和熱力需求約束、常規(guī)機(jī)組利用約束和可再生能源的出力約束，建立所述電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行約束條件；
s2.基于所述電網(wǎng)系統(tǒng)中電負(fù)荷和熱負(fù)荷情況、各類電源和熱源的化石能源消耗系數(shù)，建立所述電網(wǎng)系統(tǒng)的化石能源消耗表達(dá)式；
s3.結(jié)合所述運(yùn)行約束條件，基于所述化石能源消耗表達(dá)式進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行模擬，計算不同裝機(jī)配比下所述電網(wǎng)下電負(fù)荷和熱負(fù)荷所需的總化石能源消耗量。
優(yōu)選地，所述方法還包括：
s4.選取s3中總化石能源消耗量最少的電源裝機(jī)配比作為各類電源容量的最優(yōu)配比。
優(yōu)選地，所述電力和熱力需求約束包括功率平衡約束、熱負(fù)荷約束和系統(tǒng)備用約束。
優(yōu)選地，所述常規(guī)機(jī)組利用約束包括：
所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各常規(guī)機(jī)組最低利用率要求
其中，s為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中常規(guī)機(jī)組的裝機(jī)量，th為常規(guī)機(jī)組利用率要求，pmax/min為機(jī)組最大/最小出力；rd/u為機(jī)組的上下調(diào)節(jié)速率。
優(yōu)選地，所述可再生能源的出力約束具體為：任一時刻的可再生出力
優(yōu)選地，所述該時刻的最大典型出力值
優(yōu)選地，所述s2中化石能源消耗表達(dá)式為：
其中，i∈{各類電源}，j∈{各類熱源}，p為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源的電負(fù)荷功率，q為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源的熱負(fù)荷量，γ為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源的電出力化石能源消耗率，λ為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類熱源的熱出力化石能源消耗率。
優(yōu)選地，s3中，基于所述化石能源消耗表達(dá)式，選取典型日進(jìn)行典型可再生資源場景生產(chǎn)運(yùn)行模擬；
其中，所述典型日的負(fù)荷曲線為與該月工作日平均負(fù)荷最為接近的曲線。
優(yōu)選地，所述典型可再生資源場景是以所述典型日的負(fù)荷曲線為基礎(chǔ)，分別篩選出可再生資源場景中正調(diào)峰特性和反調(diào)峰特性最強(qiáng)的曲線并加以修正得到的。
本發(fā)明提供了一種在電熱綜合能源系統(tǒng)框架下適用于高比例可再生能源接入的電源容量配比的優(yōu)化方法，在電熱綜合能源系統(tǒng)框架下，可以通過各類電源和熱源容量的配比關(guān)系，在滿足供電供熱約束的條件下使得供電供熱的總化石能源消耗最少，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排效益最大化，為可再生能源和常規(guī)電源的協(xié)調(diào)發(fā)展和節(jié)能減排效益最大化提供科學(xué)指導(dǎo)。
附圖說明
圖1為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例中一種電源容量配比的優(yōu)化方法的整體流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明提供了一種電源容量配比的優(yōu)化方法，包括：
基于電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源和熱源的運(yùn)行特性和約束條件，以系統(tǒng)總化石能源消耗最少為目標(biāo)，對所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源容量配比進(jìn)行優(yōu)化。
其中，本發(fā)明的優(yōu)化方法適用于高比例可再生能源系統(tǒng)，該類系統(tǒng)是將電系統(tǒng)和熱系統(tǒng)綜合在一起，從供電和供熱兩個系統(tǒng)的整體角度進(jìn)行考慮，以整個系統(tǒng)總化石能源消耗量最小為目標(biāo)，更為清潔低碳，本發(fā)明的優(yōu)化方法對高比例可再生能源系統(tǒng)中常規(guī)電源與可再生能源之間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系進(jìn)行分析，能更好地規(guī)劃和指導(dǎo)電源的發(fā)展和配比。
常規(guī)火電、熱電聯(lián)產(chǎn)和可再生能源是電網(wǎng)系統(tǒng)中的主要電源類型。
在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖1所示，本發(fā)明提供的電源容量配比的優(yōu)化方法具體為：
s1.基于所述電網(wǎng)系統(tǒng)中電力和熱力需求約束、常規(guī)機(jī)組利用約束和可再生能源的出力約束，建立所述電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行約束條件；
s2.基于所述電網(wǎng)系統(tǒng)中電負(fù)荷和熱負(fù)荷情況、各類電源和熱源的化石能源消耗系數(shù)，建立所述電網(wǎng)系統(tǒng)的化石能源消耗表達(dá)式；
s3.結(jié)合所述運(yùn)行約束條件，基于所述化石能源消耗表達(dá)式進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行模擬，計算不同裝機(jī)配比下所述電網(wǎng)下電負(fù)荷和熱負(fù)荷所需的總化石能源消耗量。
該方法中，在考慮一定的電熱負(fù)荷下，分析目標(biāo)電網(wǎng)系統(tǒng)中供電、供熱系統(tǒng)總體效益最優(yōu)的機(jī)組配比關(guān)系模型，從而評價整個電網(wǎng)系統(tǒng)的總體效益。
使用電網(wǎng)系統(tǒng)中電力和熱力需求約束、常規(guī)機(jī)組利用約束和可再生能源的出力約束作為目標(biāo)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行約束條件，結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)的化石能源消耗表達(dá)式進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行模擬，以供電、供熱總化石能源消耗最小為目標(biāo)進(jìn)行分析，計算不同裝機(jī)配比下目標(biāo)電網(wǎng)下電負(fù)荷和熱負(fù)荷所需的總化石能源消耗量，分析目標(biāo)電網(wǎng)中不同類型電源的容量配比關(guān)聯(lián)關(guān)系。
其中，上述方法還可以包括：
s4.選取s3中總化石能源消耗量最少的電源裝機(jī)配比作為各類電源容量的最優(yōu)配比。
其中，電力和熱力需求約束可以包括功率平衡約束、熱負(fù)荷約束和系統(tǒng)備用約束。
功率平衡約束指任意時刻目標(biāo)電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源的出力總和應(yīng)與電負(fù)荷需求相同。
即，
熱負(fù)荷約束指電網(wǎng)系統(tǒng)的供熱量與供熱需求相等。
即，qre+qmei＝qr，其中，qr為電網(wǎng)系統(tǒng)的熱負(fù)荷需求，qre、qmei分別為熱電聯(lián)產(chǎn)、燃煤鍋爐的供熱量。
在供熱季，系統(tǒng)中有2種供熱方式：熱電聯(lián)產(chǎn)供熱和燃煤鍋爐供熱。
系統(tǒng)備用約束是指系統(tǒng)開機(jī)的電源在滿足負(fù)荷需求之余需要留有一定的備用，同時機(jī)組檢修等因素使得機(jī)組可用率小于1，裝置容量和開機(jī)容量之間要考慮一定的可用率。
chuo+cre+μw，cswind≥(1+μres)pload，max
chuo≤ηhuoshuo,cre≤ηresre，
其中，μw，c為風(fēng)電置信系數(shù)；μres為備用系數(shù)，η為機(jī)組裝機(jī)的可用率，chuo為常規(guī)火電每日開機(jī)容量，cre為熱電聯(lián)產(chǎn)每日開機(jī)容量(供熱季)，swind為風(fēng)電裝機(jī)容量，shuo為常規(guī)火電裝機(jī)容量。
在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，常規(guī)機(jī)組利用率通常使用常規(guī)機(jī)組的利用小時數(shù)來表征，可以反映機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，常規(guī)機(jī)組利用約束優(yōu)選包括：
電網(wǎng)系統(tǒng)中各常規(guī)機(jī)組最低利用率要求
其中，s為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中常規(guī)機(jī)組的裝機(jī)量，th為常規(guī)機(jī)組利用率要求，pmax/min為機(jī)組最大/最小出力；rd/u為機(jī)組的上下調(diào)節(jié)速率。
在目標(biāo)電網(wǎng)系統(tǒng)中可再生能源的出力約束具體可以為：
任一時刻的可再生出力
可再生能源如風(fēng)電，風(fēng)電具有隨機(jī)波動的出力特性，其出力約束與常規(guī)機(jī)組不同。在本發(fā)明的容量配比優(yōu)化分析中，可假設(shè)幾電裝機(jī)發(fā)生改變后的風(fēng)電出力是歷史風(fēng)電出力的比例伸縮，風(fēng)電的出力約束為每一時刻的風(fēng)電出力不能大于該時刻的最大典型出力值，即
對風(fēng)電而言，該時刻的最大典型出力值可以為：
其中，
在本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施方式中，化石能源消耗表達(dá)式優(yōu)選為：
其中，i∈{各類電源}，j∈{各類熱源}，p為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源的電負(fù)荷功率，q為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源的熱負(fù)荷量，γ為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類電源的電出力化石能源消耗率，λ為所述電網(wǎng)系統(tǒng)中各類熱源的熱出力化石能源消耗率。
在保證精度的前提下，為了減少計算量，本發(fā)明實(shí)施方式中優(yōu)選采用典型日運(yùn)行模擬的方法，即，
在上述s3中，基于所述化石能源消耗表達(dá)式，選取典型日進(jìn)行典型可再生資源場景生產(chǎn)運(yùn)行模擬；
其中，所述典型日的負(fù)荷曲線為與該月工作日平均負(fù)荷最為接近的曲線。
可以在全年數(shù)據(jù)中選擇典型日進(jìn)行電力電量計算。典型日的選擇通常需要考慮負(fù)荷和可再生能源的季節(jié)性和周期性。
典型日的選取方法可以為：逐月選取與該月工作日(非工作日)平均負(fù)荷最為接近的曲線為典型工作日(非工作日)負(fù)荷場景。
即，典型日的負(fù)荷曲線為與該月工作日平均負(fù)荷最為接近的曲線。
典型可再生資源場景是以所述典型日的負(fù)荷曲線為基礎(chǔ)，分別篩選出可再生資源場景中正調(diào)峰特性和反調(diào)峰特性最強(qiáng)的曲線并加以修正得到的。
可再生能源以風(fēng)資源為例，以典型負(fù)荷曲線為基礎(chǔ)，分別篩選出風(fēng)場景中正調(diào)峰特性和反調(diào)峰特性最強(qiáng)的曲線并加以修正作為典型風(fēng)場景?？紤]了風(fēng)電的不確定性和隨時間的波動性，通常選擇多個典型風(fēng)場景。
使用典型場景進(jìn)行配比研究雖然在計算精度上具有一定的誤差，但是該誤差不會影響到電源容量配比結(jié)果，并且大幅降低了計算量。
同時，還可以根據(jù)目標(biāo)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)性特性來調(diào)整典型場景的選擇和/或構(gòu)造，并將其體現(xiàn)在運(yùn)行約束中。
綜上所述，本發(fā)明在電熱綜合能源系統(tǒng)框架下，可以通過各類電源和熱源容量的配比關(guān)系，在滿足供電供熱約束的條件下使得供電供熱的總化石能源消耗最少，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排效益最大化，為可再生能源和常規(guī)電源的協(xié)調(diào)發(fā)展和節(jié)能減排效益最大化提供科學(xué)指導(dǎo)。
最后，本發(fā)明的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。