基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法，包括，建立面向新能源消纳辅助调峰的火电机组制氢系统的经济模型，包括辅助调峰费用模型和辅助调峰收益模型，建立火电机组和制氢系统协同运行的控制策略，基于火电和制氢系统约束条件，以总效益最佳来确定火电厂内制氢系统容量。本发明专利技术在火电厂内配置一定容量的制氢系统与火电机组协同运行，一方面可使火电厂获得额外深度调峰补贴，另一方面可通过出售氢气实现一定的收益，在实现火电企业利润最大化的同时，还可以有效缓解风电等可再生能源的弃风限电问题。

【技术实现步骤摘要】
基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法
本专利技术属于火电辅助调峰
，具体涉及一种基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法。
技术介绍
近年来，风能、太阳能等清洁能源发展迅速，风电和光伏发电等可再生能源发电装机比例越来越高，甚至影响到电力系统的安全和稳定。新能源出力一般具有间歇性和随机性的特点，如风电大发时一般是春秋和冬季，此时负荷较小，导致电网调峰压力越来越大，甚至出现一定的弃风限电问题。针对部分地区出现的风电和光伏发电弃风限电的情况，部分省份开始建立电力辅助调峰市场，通过市场化手段和发挥经济杠杆的作用来缓解弃风限电问题。目前辅助调峰服务主要针对火电机组，包括热电机组，沿海地区还有核电机组，部分省份还鼓励储能电站参与调峰。因为各地电网结构、负荷分布等不同情况，各地的调峰辅助服务市场在有偿调峰基准以及调峰限价等方面略有不同，调峰基准值一般在50％左右，并采取“阶梯式”调峰服务，对负荷率40％以下、40％～50％左右的调峰限价进行区分，北方地区还对供热期和非供热期进行区分。在参与辅助调峰服务过程中，平衡经济性和调峰性能是决定机组运行的关键。
技术实现思路
本专利技术公开一种基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法，在风电、光伏发电等新能源大发时通过制氢系统增加火电厂内负荷，协同参与辅助调峰服务，实现新能源的有效消纳。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法，包括：设置允许的制氢系统功率最高值；在允许的制氢系统功率最高值范围内枚举若干个制氢系统功率值；针对每一个制氢系统功率值，均进行如下的辅助调峰计算：若Pload，t-Pwind，t≥Ppr，则火电机组单独承担Pload，t-Pwind，t的出力，火电机组未进入深度调峰模式，制氢系统不参与调峰；其中，Pload，t为调峰时刻t的负荷功率，Pwind，t为调峰时刻t的风电场输出功率，Ppr为火电机组调峰基准值；若Pload，t-Pwind，t＜Ppr，且Pload，t-Pwind，t＜(1-k)Pmax，则火电机组进入深度调峰模式，火电机组以(1-k)Pmax出力，此时，若Ph2＞(1-k)Pmax-(Pload，t-Pwind，t)，则制氢系统以(1-k)Pmax-(Pload，t-Pwind，t)开始制氢，若Ph2≤(1-k)Pmax-(Pload，t-Pwind，t)，则制氢系统以Ph2开始制氢，并计算弃风电量；其中，k为基本调峰能力与最大出力比值，Pmax为火电机组调峰最大功率，Ph2为制氢系统功率；若Pload，t-Pwind，t＜Ppr，且Pload，t-Pwind，t≥(1-k)Pmax，则火电机组进入深度调峰模式，制氢系统不参与调峰；一次调峰完成后，判断火电机组、制氢系统是否满足相应的约束条件，若满足，则计算该次调峰后火电厂收益，并累加，然后进行下一次调峰，直至完成整个调峰时段，得到整个调峰时段内制氢系统参与火电厂辅助调峰后火电厂总收益；若不满足，则选择下一个制氢系统功率，重新进行辅助调峰计算；所有枚举的制氢系统功率下辅助调峰计算完成后，选取总收益最大时对应的制氢系统功率作为最佳经济性的制氢系统功率，并得到该制氢系统功率下的制氢量和弃风电量。进一步的，还包括：获取拟建设制氢系统的火电厂周边风电场一年内输出功率以及一年内火电厂供电范围内的负荷功率，作为初始时刻的风电场输出功率和负荷功率。进一步的，所述火电机组、制氢系统需要满足的约束条件，包括：制氢系统功率约束：Ph2_min≤Ph2，t≤Ph2_max；其中，Ph2，t为制氢系统调峰时刻t瞬时出力，Ph2_max为制氢系统最大功率，Ph2_min为制氢系统最小功率；火电机组调峰的功率约束：(1-k)Pmax≤Pthe，t≤Pmax；其中，Pthe，t为火电机组调峰时刻t瞬时功率；火电机组调峰的爬坡率约束：其中，Pthe，t-1为火电机组在调峰时刻t-1时的瞬时功率，ΔPup与ΔPdown分别为火电机组在进行调峰辅助服务时的爬坡率上、下约束；可再生能源、火电机组以及负荷功率平衡约束：Pthe，t+Pwind，t＝Pload，t+Ploss，t；其中，Ploss，t为调峰时刻t电网无法消纳而选择弃风的功率。进一步的，计算一次调峰后火电厂收益，包括：S＝X-F；F＝A+C；X＝X1+X2；其中，S为制氢系统参与火电厂辅助调峰后火电厂收益，X为制氢系统参与火电厂辅助调峰服务的收益，F为制氢系统参与火电厂辅助调峰服务费用，C为制氢系统调峰费用，A为火电机组调峰费用，X1为制氢系统参与调峰所获得的电量收益，X2为制氢系统出售氢气收益；所述火电机组调峰费用，包括：A＝f1(Pthe，t)+f2(Pthe，t)+f3(oil)+f4(envi)；f3(oil)＝PoilCoil；f4(envi)＝PenviCenvi；其中，f1(Pthe，t)为常规调峰阶段火电机组运行煤耗成本，a，b，c分别为火电机组耗量特性函数系数，Scoal为煤炭价格，f2(Pthe，t)为深度调峰阶段火电机组损耗成本，ε为火电机组运行损耗系数，Sgen为火电机组费用，N(Pthe，t)为机组转子致裂循环周期，f3(oil)为深度调峰阶段投油油耗成本，Poil为投油油量，Coil为当季单位油价，f4(envi)为深度调峰阶段环境成本，Penvi为稳燃时油耗量，Cenvi为投油稳燃时的单位废气排污费用；所述制氢系统调峰费用，包括：C＝Cb1+Cmain；Cb1＝f1Ch2；Ch2＝Cland+Cequip+Cinstall＝Cunit-h2Ph2+Ccon；Cmain＝Mh2Vh2；其中，Cb1为制氢系统在整个寿命周期内平均分摊的成本，Cmain为制氢系统运维成本，f1为资金回收系数，r为折现率，n为制氢系统整个寿命周期，Ch2为制氢系统初期投资成本，Cland为土地成本，Cequip为设备成本，Cinstall为建筑安装成本，Ccon为其他设备成本，Cunit-h2为制氢系统功率单价，Mh2为制氢量运维单价，Vh2为制氢量；所述制氢系统参与调峰所获得的电量收益，包括：X1＝αμ∑Ethe_h2；其中，∑Ethe_h2为火电机组与制氢系统共同出力所发出的电量，μ为每度电阶梯补贴，α为报价修正系数；所述制氢系统出售氢气收益，包括：X2＝ηh2Vh2；其中，ηh2为氢气售出单价。进一步的，若火电机组未进入深度调峰模式，制氢系统不参与调峰，则S＝-f1(Pthe，t)；若火电机组进入深度调峰模式，制氢系统参与调峰，则S＝X-F；若火电机组进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法，其特征在于，包括：/n设置允许的制氢系统功率最高值；/n在允许的制氢系统功率最高值范围内枚举若干个制氢系统功率值；/n针对每一个制氢系统功率值，均进行如下的辅助调峰计算：/n若P

【技术特征摘要】
1.基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法，其特征在于，包括：
设置允许的制氢系统功率最高值；
在允许的制氢系统功率最高值范围内枚举若干个制氢系统功率值；
针对每一个制氢系统功率值，均进行如下的辅助调峰计算：
若Pload,t－Pwind,t≥Ppr，则火电机组单独承担Pload,t－Pwind,t的出力，火电机组未进入深度调峰模式，制氢系统不参与调峰；其中，Pload,t为调峰时刻t的负荷功率，Pwind,t为调峰时刻t的风电场输出功率，Ppr为火电机组调峰基准值；
若Pload,t－Pwind,t＜Ppr，且Pload,t－Pwind,t＜(1-k)Pmax，则火电机组进入深度调峰模式，火电机组以(1-k)Pmax出力，此时，若Ph2＞(1-k)Pmax－(Pload,t－Pwind,t)，则制氢系统以(1-k)Pmax－(Pload,t－Pwind,t)开始制氢，若Ph2≤(1-k)Pmax－(Pload,t－Pwind,t)，则制氢系统以Ph2开始制氢，并计算弃风电量；其中，k为基本调峰能力与最大出力比值，Pmax为火电机组调峰最大功率，Ph2为制氢系统功率；
若Pload,t－Pwind,t＜Ppr，且Pload,t－Pwind,t≥(1-k)Pmax，则火电机组进入深度调峰模式，制氢系统不参与调峰；
一次调峰完成后，判断火电机组、制氢系统是否满足相应的约束条件，若满足，则计算该次调峰后火电厂收益，并累加，然后进行下一次调峰，直至完成整个调峰时段，得到整个调峰时段内制氢系统参与火电厂辅助调峰后火电厂总收益；
若不满足，则选择下一个制氢系统功率，重新进行辅助调峰计算；
所有枚举的制氢系统功率下辅助调峰计算完成后，选取总收益最大时对应的制氢系统功率作为最佳经济性的制氢系统功率，并得到该制氢系统功率下的制氢量和弃风电量。


2.根据权利要求1所述的基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法，其特征在于，还包括：
获取拟建设制氢系统的火电厂周边风电场一年内输出功率以及一年内火电厂供电范围内的负荷功率，作为初始时刻的风电场输出功率和负荷功率。


3.根据权利要求1所述的基于辅助调峰服务的火电厂制氢系统容量优化配置方法，其特征在于，所述火电机组、制氢系统需要满足的约束条件，包括：
制氢系统功率约束：
Ph2_min≤Ph2,t≤Ph2_max；
其中，Ph2,t为制氢系统调峰时刻t瞬时出力，Ph2_max为制氢系统最大功率，Ph2_min为制氢系统最小功率；
火电机组调峰的功率约束：
(1-k)Pmax≤Pthe,t≤Pmax；
其中，Pthe,t为火电机组调峰时刻t瞬时功率；
火电机组调峰的爬坡率约束：



其中，Pthe,t-1为火电机组在调峰时刻t-1时的瞬时功率，ΔPup与ΔPdown分别为火电机组在进行调峰辅助服务时的爬坡率上、下约束；
可再生能源、火电机组以及负荷功率平衡约束：
Pthe,t+Pwind,t＝Ploa...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹炜，王海华，胡煜，卢红前，游晓宏，韩学栋，潘磊，陆冉，张震，陈昕，谢伟，陈琦，齐文瑾，李奔，张天伟，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32