基于热电联产的光热发电及热电机组联合调峰优化模型制造技术

本发明专利技术涉及一种基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型。具体包括：(1)分析光热发电运行机理并根据其能量流动过程建立其简化模型；(2)建立抽汽式热电机组运行模型；(3)建立基于热电联产运行模式的光热电站与热电机组联合系统运行模型；(4)根据系统中各机组运行约束，建立光热发电调峰优化模型并求解。与传统优化模型相比,本发明专利技术增加了系统热平衡约束、热电机组的热电耦合约束及光热电站运行约束等，有效解决了冬季供暖期电力系统低谷时段的弃风问题，提高了电力系统风电消纳水平及系统运行经济性。

【技术实现步骤摘要】
基于热电联产的光热发电及热电机组联合调峰优化模型
本专利技术涉及一种基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型，属于电力系统及其自动化领域。
技术介绍
目前，“三北”地区在冬季供暖期由于系统调峰能力不足而导致的大量弃风问题已引起了全社会的关注。究其原因，主要在于热电机组在“三北”地区所占比例较高，而该类机组在冬季供暖期由于“以热定电”运行约束导致其调峰能力大大降低甚至丧失，从而无法为系统接纳风电提供足够的调峰容量。若在满足供热需求的条件下降低热电机组承担的热负荷，即可提高其调峰能力。近年来，光热发电迅速发展，目前，典型光热电站的蓄热系统可支持电站在无光照条件下满负荷发电15h，克服了传统光伏电站昼发夜停的现象，具有良好的可调度性。同时，光热电站可对自身出力进行快速调节，最快可达到每分钟调节20％的装机容量，远高于普通火电机组每分钟调节2％～5％的装机容量，从而可为系统提供一定的爬坡支撑。除此之外，其大容量的蓄热系统及快速充放热机制可使其直接承担系统中的部分热负荷，从而在一定程度上解耦热电机组“以热定电”运行约束，提高热电机组调峰能力，且不受供热需求限制，也无需热电厂单独配置蓄热系统。因此，其良好的可调度性及快速调节能力为它参与电力系统调峰及促进风电消纳创造了得天独厚的条件。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型，包括以下步骤，步骤1，分析光热发电运行机理并根据其能量流动过程建立其简化模型；步骤2，建立抽汽式热电机组运行模型；步骤3，建立基于热电联产运行模式的光热发电与热电机组联合系统运行模型；步骤4，根据系统中各机组运行约束，建立联合系统调峰优化模型并求解。1.分析光热发电运行机理并根据其能量流动过程建立其简化模型1.1)分析光热发电运行机理；光热电站通常由3部分组成，光场(solarfield,SF)、蓄热系统(thermalstoragesystem,TSS)和热力循环(powercycle,PC)。其中光场主要用于收集太阳能，按聚光形式的不同可分为槽式、塔式、蝶式及线性菲涅尔式；蓄热系统主要用于存储多余能量，以备光照不足时继续支撑电站稳定运行；热力循环部分包含一系列热力学元件，从而进行朗肯循环，其中最主要的是汽轮机组。光场、蓄热系统及热力循环之间通过传热流体(heat-transferfluid,HTF)相互联系，并进行能量的传递。目前主流的传热流体为热导油，在光场中，传热流体可由低于300℃被加热至高于390℃，再经输热管道与蓄热系统及热力循环部分进行热交换，其中传热流体与蓄热系统之间可进行双向热交换，从而实现对蓄热系统的充放热操作。1.2)建立基于热电联产运行模式的光热电站简化模型；其中，Ptth,S-H为传热流体在光场中所吸收的热功率；Ptth,H-P为传热流体输送至PC环节的热功率；Ptth,T-H、Ptth,H-T为传热流体与蓄热系统之间的热交换功率；为光热电站对外供热功率。系统接收到的功率为，Ptth，solar＝ηSFSSFRt其中，ηSF为光热转换效率；SSF为镜场面积；Rt为t时刻的光照直接辐射指数(DNI)。系统所能利用的光热功率由此输入值和弃光量共同决定，Ptth，S-H＝Ptth，solar-Ptth，cuit其中，Ptth,curt为光热电站弃光功率。除此之外，蓄热系统的充、放热过程都会引起热损失，因此可以用充、放热效率来刻画这一特性，Ptth，c＝ηcPtth，H-TPtth，d＝Ptth，T-H/ηd其中，Ptth,c、Ptth,d为蓄热系统充、放热功率；ηc、ηd为蓄热系统充放热效率。最后，PC模块的能量流可以刻画为输入热功率和电功率的函数关系，其中，为PC模块电功率。2.建立抽汽式热电机组运行模型抽汽式热电机组运行模型为，其中，cv(>0)表示机组进气量不变时多抽取单位供热功率后发电功率的减小量，cv1表示机组在最大进气量时的cv值，cv2表示机组在最小进气量下的cv值；cm(>0)为机组的背压工况弹性系数；与分别为机组在纯凝工况时的最大、最小电出力；为机组最大供热功率；为机组背压工况曲线与在横轴上的截距；为机组供热功率。3.建立基于热电联产运行模式的光热电站与热电机组联合系统运行模型3.1)分析光-热联合系统电热运行特性设光热电站供热功率为对于某个热负荷h，通过光热电站供热，可使热电机组所需承担的热负荷在h的基础上降低即热电机组所需承担的实际热负荷为换言之，对于某一发电功率，通过光热电站补偿供热，使得联合系统整体供热能力较之前单一热电机组提高了这相当于将图1中的AB段与BC段向右平移了个单位，如图3所示。因此，光热电站与热电机组联合供热时联合系统电热运行区间如图3中AGHICDA所围区间。由图中可以看出，在供热需求h下，若只采用单一热电机组供热，其电功率只可在PF～PE之间调节；而通过光热电站辅助供热，可使得热电机组电功率调节范围拓宽至PM～PN，由此导致的供热不足部分则由光热电站进行补偿，从而提高了系统的调峰容量。3.2)评估光-热联合系统调峰能力通常，机组的调峰容量是体现机组调峰能力的重要指标，将其定义为机组最大电出力与最小电出力之差，以反映机组跟踪负荷变化的能力。本专利技术所讨论的热电机组假设均只承担采暖负荷，由于采暖负荷日内变化很小，因此可近似认为是恒定不变的。设采暖负荷为h，如图2所示。若采用热电机组单独供热，则其最大发电功率为：最小发电功率为：此时，机组的调峰容量为：而与光热电站组成联合系统后，设光热电站供热功率为由联合系统热电特性可知，在热负荷为h时，热电机组最大发电功率变为：最小发电功率变为：此时，机组的调峰容量为：因此，由于光热电站供热为系统增加的调峰容量为：ΔS＝ΔS1+ΔS2＝S2-S1其中，所增加的上调峰容量为：下调峰容量为：由此可见，系统调峰容量增量与光热电站供热功率呈线性关系，随着光热电站供热功率的增加，系统调峰容量增量也越大。3.3)建立光-热联合系统运行模型根据光热联合系统电热运行特性及调峰能力，建立光-热联合系统运行模型：其中，为机组在最小电出力下的供热功率；h为热负荷；为光热电站供热功率；为光热电站最大供热功率。4.建立基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型具体过程如下，4.1)建立基于系统运行经济性的目标函数；minF＝F1+F2其中，F1为纯凝式机组运行成本；F2为热电机组运行成本。对于纯凝式机组，其运行成本可近似表示为其发电功率的二次函数，其中：ai、bi、ci为纯凝式机组发电成本系数，且均大于零；T为总时刻数；n为机组台数；Pi,t为纯凝机组发电功率。由于热电机组还承担供热任务，根据其电热运行特性，其运行成本为电、热出力折算为纯凝工况下的发电成本，因此热电机组运行成本为，其中，PCHPi,t,为第i台热电机组在t时刻时其供热功率与发电功率折算为纯凝工况时的发电功率；为第i台热电机组在t时刻时的发电功率；为第i台热电机组在t时刻时的供热功率；m为热电机组台数；Ai、Bi、Ci、Di、Ei本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，分析光热发电运行机理并根据其能量流动过程建立其简化模型；步骤2，建立抽汽式热电机组运行模型；步骤3，建立基于热电联产运行模式的光热发电与热电机组联合系统运行模型；步骤4，根据系统中各机组运行约束，建立联合系统调峰优化模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，分析光热发电运行机理并根据其能量流动过程建立其简化模型；步骤2，建立抽汽式热电机组运行模型；步骤3，建立基于热电联产运行模式的光热发电与热电机组联合系统运行模型；步骤4，根据系统中各机组运行约束，建立联合系统调峰优化模型。2.根据权利要求1所述的一种基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型，其特征在于：步骤1具体包括，1)分析光热发电运行机理；2)建立基于热电联产运行模式的光热电站简化模型；其中，Ptth,S-H为传热流体在光场中所吸收的热功率；Ptth,H-P为传热流体输送至PC环节的热功率；Ptth,T-H、Ptth,H-T为传热流体与蓄热系统之间的热交换功率；为光热电站对外供热功率；3)系统接收到的功率为，Ptth,solar＝ηSFSSFRt其中，ηSF为光热转换效率；SSF为镜场面积；Rt为t时刻的光照直接辐射指数DNI；4)系统所能利用的光热功率由此输入值和弃光量共同决定，Ptth,S-H＝Ptth,solar-Ptth,curt其中，Ptth,curt为光热电站弃光功率；5)蓄热系统的充、放热过程都会引起热损失，因此利用充、放热效率来刻画这一特性，Ptth,c＝ηcPtth,H-TPtth,d＝Ptth,T-H/ηd其中，Ptth,c、Ptth,d为蓄热系统充、放热功率；ηc、ηd为蓄热系统充放热效率；6)PC模块的能量流可以刻画为输入热功率和电功率的函数关系，其中，为PC模块电功率。3.根据权利要求1所述的一种基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型，其特征在于：步骤2具体包括,建立基于抽汽式热电机组运行原理,建立抽汽式热电机组运行模型：其中，cv(>0)表示机组进气量不变时多抽取单位供热功率后发电功率的减小量，cv1表示机组在最大进气量时的cv值，cv2表示机组在最小进气量下的cv值；cm(>0)为机组的背压工况弹性系数；与分别为机组在纯凝工况时的最大、最小电出力；为机组最大供热功率；为机组背压工况曲线与在横轴上的截距；为机组供热功率。4.根据权利要求1所述的一种基于热电联产运行模式的光热发电及热电机组联合调峰优化模型，其特征在于：步骤3具体包括，1)分析光-热联合系统电热运行特性2)评估光-热联合系统调峰能力设采暖负荷为h，采用热电机组单独供热，则其最大发电功率为：最小发电功率为：此时，机组的调峰容量为：而与光热电站组成联合系统后，设光热电站供热功率为由联合系统热电特性可知，在热负荷为h时，热电机组最大发电功率变为：最小发电功率变为：此时，机组的调峰容量为：因此，由于光热电站供热为系统增加的调峰容量为：ΔS＝ΔS1+ΔS2＝S2-S1其中，所增加的上调峰容量为：下调峰容...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宁渤，丁坤，董海鹰，房磊，李津，周识远，陈钊，马明，张健美，陟晶，黄蓉，张珍珍，
申请(专利权)人：甘肃省电力公司风电技术中心，国网甘肃省电力公司，兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62