一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法技术

本发明专利技术公开一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法，包括以下步骤：1)构建计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型；2)对所述电力系统经济调度模型进行线性化转换，得到计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度线性模型；3)对电力系统经济调度线性模型进行解算，得到区域电网多时段功率调节能力。本发明专利技术所提出的方法可以准确计算光热电站运行成本，全面考虑光热电站运行非线性特性，精准科幻含光热电站区域电网功率调节能力，进而为电力资源跨区域优化配置提供辅助决策依据。化配置提供辅助决策依据。化配置提供辅助决策依据。

【技术实现步骤摘要】
一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法


[0001]本专利技术涉及电力系统经济调度领域，具体是一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法。

技术介绍

[0002]由于新能源出力具有波动性和随机性，部分可再生能源不能保证长时间持续发力，这为多能互补系统的进一步发展带来严峻的挑战。而配有储热系统的光热电站具有能量时移以及热电转换能力，同时具备新能源机组与火电机组的优点，是中国能源结构转型的重要技术途径之一。截止2021年底，全球太阳能热发电累计装机容量约6.8GW，我国光热发电累计装机容量538MW。“新疆、青海、甘肃等多地都在建设光热发电项目，总装机容量超过3GW。若均按计划建成，光热电站投运规模同比增幅将达到390％。同时，西北地区新增新能源项目以“多能互补”一体化项目为主。作为我国电力外送主要区域之一，精准刻画含光热电站区域电网功率调节能力，对于西北地区电网明确电力资源跨省跨区协调优化空间、实现电力资源优化配置具有十分重要的意义。
[0003]目前针对光热电站运行调度，国内外学者已开展诸多研究，主要集中于以下两个方面：一方面是利用光热电站热能存储的调度能力，平抑可再生能源发电的波动性；另一方面是通过与风电、光伏、传统火电、储能等不同发电方式联合调度，来提升系统运行环境效益，降低系统运行成本。光热电站储热系统运行原理也在这一过程中得到了详细分析。现有光热电站经济调度模型大多计及了储热系统中的热耗散成本，但储热系统在充、放热过程中也存在能量损失，且充、放热能量损失率与储热系统热耗散率处于同一数量级，不可被忽略。然而，现有含光热电站经济调度模型中，尚未考虑充、放热过程能量损失对调度结果的影响。
[0004]针对区域电网功率调节能力刻画，国内外学者主要是通过求解联络线传输功率可行域来对区域电网功率调节能力进行表征，主要方法有：可用传输容量表征法、顶点搜索法和多参数规划法。可用传输容量表征法通过网流法计算可用传输容量表征电网传输功率。顶点搜索法根据搜索到的顶点迭代更新联络线功率可行域；多参数规划法选择联络线传输功率等耦合变量为规划参数，刻画联络线功率可行域。但可用传输容量表征法是以特定的最大注入功率平面近似刻画单一时刻联络线功率可行域，无法保证多时段耦合联络线可行域刻画的精准性。多参数规划法相较于顶点搜索法，除可以获取联络线多时段功率可行域以外，还可以获得经济调度最优解与联络线功率的函数关系，这对于调度部门进行调度决策，具有十分重要的意义。
[0005]但现有多参数规划法尚未考虑光热电站运行特性，运用多参数规划理论刻画含光热电站区域电网功率调节能力还存在以下两个问题：一是光热电站经济调度模型具有非线性，在运行过程中需要保证储热系统充、放热过程不同时进行。现有经济调度模型多是引入整数变量来处理这一非线性约束，导致需要求解混合整数线性模型，此时采用多参数规划
理论进行处理，需要对所有可能的整数变量组合进行枚举，带来巨大的计算负担；二是求解多参数规划问题时，需要枚举所有起作用约束和不起作用约束的组合，在刻画多时段区域电网功率调节能力时，会因时段数的增加而生成高维求解空间，产生较大的计算负担。目前常用解决方式是通过负荷聚类解耦、负荷波动特征解耦等方法进行可行域解耦计算，实现多时段区域电网功率调节能力的快速刻画。其中，K
‑
means算法作为最为普遍使用的负荷聚类算法之一，操作简单，效果也得到广泛验证。
[0006]综上所述，有必要充分考虑光热电站运行成本与运行非线性特性，研究考虑光热电站非线性运行特性影响的区域电网功率调节能力刻画方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法，包括以下步骤：
[0008]1)构建计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型；
[0009]2)对所述电力系统经济调度模型进行线性化转换，得到计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度线性模型；
[0010]3)对电力系统经济调度线性模型进行解算，得到区域电网多时段功率调节能力。
[0011]进一步，所述计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型的目标函数如下所示：
[0012][0013]式中：F为系统总运行成本；C
CSP
为光热电站运行成本；ρ
RN
为单位弃风量或弃光量惩罚费用；P
RNmax,i,t
、p
RN,i,t
分别为t时段第i个新能源电站的最大可发电功率和实际输出功率；p
TR,j,t
为t时段第j台传统机组的输出功率；p
c,r,t
、p
d,r,t
分别为t时段第r个储能的充、放电功率；c
TR,j
为第j台传统机组的运行成本系数；c
c,t
、c
d,t
分别为t时段储能充、放电报价；N
RN
、N
TR
和N
EES
分别表示新能源电站、传统机组和储能的数量；Δt为时段间隔，T为总时段数。
[0014]其中，光热电站运行成本C
CSP
如下所示：
[0015][0016]式中，S
CSP,m
为第m个光热电站的发电成本系数；ρ
solar
为光热电站单位弃热量惩罚费用；p
CSP,m,t
为第m个光热电站的发电量；P
solar,m,t
为光场最大可集热量；p
SH,m,t
为第m个光热电站实际接收到的能量；γ
loss,m
为第m个光热电站储热系统的热耗散率；N
CSP
为光热电站数量；L
CSP
为储热系统热损失惩罚系数。
[0017]t时段第m个光热电站储热系统存储的热量E
m,t
以及充、放热过程能量损失成本C
CSP_cd
分别如下所示：
[0018][0019][0020]式中，t＝1,2,
…
,T；m＝1,2,
…
,N
CSP
；N
CSP
表示光热电站的数量；E
m,t
、E
m,t
‑1分别为t时段和t
‑
1时段第m个光热电站储热系统存储的热量；γ
loss,m
为第m个光热电站储热系统的热耗散率；η
hc,m
、η
hd,m
分别代表光热电站的充、放热效率；L
CSP
为储热系统热损失惩罚系数；P
HT，m，t
、P
TH，m，t
分别表示t时段第m个光热电站的充热功率、放热功率。
[0021]进一步，所述计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型的约束条件包括光热电站运行约束、功率平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建计及光热发电非线性运行特性的所述电力系统经济调度模型。2)对所述电力系统经济调度模型进行线性化转换，得到计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度线性模型；3)对电力系统经济调度线性模型进行解算，得到区域电网多时段功率调节能力。2.根据权利要求1所述的一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法，其特征在于，所述计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型的目标函数如下所示：式中：F为系统总运行成本；C
CSP
为光热电站运行成本；ρ
RN
为单位弃风量或弃光量惩罚费用；P
RNmax,i,t
、p
RN,i,t
分别为t时段第i个新能源电站的最大可发电功率和实际输出功率；p
TR,j,t
为t时段第j台传统机组的输出功率；p
c,r,t
、p
d,r,t
分别为t时段第r个储能的充、放电功率；c
TR,j
为第j台传统机组的运行成本系数；c
c,t
、c
d,t
分别为t时段储能充、放电报价；N
RN
、N
TR
和N
EES
分别表示新能源电站、传统机组和储能的数量；Δt为时段间隔，T为总时段数。其中，光热电站运行成本C
CSP
如下所示：式中，S
CSP,m
为第m个光热电站的发电成本系数；ρ
solar
为光热电站单位弃热量惩罚费用；p
CSP,m,t
为第m个光热电站的发电量；P
solar,m,t
为光场最大可集热量；p
SH,m,t
为第m个光热电站实际接收到的能量；γ
loss,m
为第m个光热电站储热系统的热耗散率；N
CSP
为光热电站数量；L
CSP
为储热系统热损失惩罚系数。t时段第m个光热电站储热系统存储的热量E
m,t
以及充、放热过程能量损失成本C
CSP_cd
分别如下所示：别如下所示：式中，t＝1,2,
…
,T；m＝1,2,
…
,N
CSP
；N
CSP
表示光热电站的数量；E
m,t
、E
m,t
‑1分别为t时段和t
‑
1时段第m个光热电站储热系统存储的热量；γ
loss,m
为第m个光热电站储热系统的热耗散率；η
hc,m
、η
hd,m
分别代表光热电站的充、放热效率；L
CSP
为储热系统热损失惩罚系数；P
HT，m，t
、P
TH，m，t
分别表示t时段第m个光热电站的充热功率、放热功率。3.根据权利要求1所述的一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法，其特征在于，所述计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型的约
束条件包括光热电站运行约束、功率平衡约束、支路功率约束、风电光伏运行约束、储能运行约束。4.根据权利要求3所述的一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法，其特征在于，所述光热电站运行约束包括储热系统能量平衡约束(3)、传热系统能量平衡约束(5)、同一时段储热系统状态约束(6)、光热电站充热功率上限约束(7)、光热电站热功率上限约束(8)、储热系统所储存的热量上下限约束(9)、热电站输出电功率上下限约束(10)、光热电站输出电功率爬坡约束(11)、光热电站实际从光场接收到的热功率上限约束(12)，即：p
SH,m,t
+p
TH,m,t
＝p
HT,m,t
+p
CSP,m,t
/β
HP,m
ꢀꢀꢀꢀ
(5)p
HT,m,t
·
p
TH,m,t
＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(6)0≤p
HT,m,t
≤P
HT,m,max
ꢀꢀꢀꢀ
(7)0≤p
TH,m,t
≤P
TH,m,max
ꢀꢀꢀꢀ
(8)E
m,min
≤E
m,t
≤E
m,max
ꢀꢀꢀꢀ
(9)0≤p
CSP,m,t
≤P
CSP,m,max
ꢀꢀꢀꢀ
(10)
‑
RD
CSP,m
≤p
CSP,m,t
‑
p
CSP,m,t
‑1≤RU
CSP,m
ꢀꢀꢀꢀ
(11)0≤p
SH,m,t
≤P
solor,m,t
ꢀꢀꢀꢀ
(12)式中，t＝1,2,
…
,T；m＝1,2,
…
,N
CSP
；P
HT,m,max
、P
TH,m,max
和P
CSP,m,max
分别表示第m个光热电站的额定充、放热功率和额定输出电功率；E
m,max
和E
m,min
分别为第m个光热电站储热系统的储热上下限；RU
CSP,m
和RD
CSP,m
分别表示第m个光热电站出力上下爬坡限值；β
HP,m
表示热电转换效率；p
HT,m,t
、p
TH,m,t
分别表示光热电站充、放热功率；E
m,t
为储热系统所储存的热量；p
CSP,m,t
为光热电站输出电功率；p
SH,m,t
为光热电站实际从光场接收到的热功率；P
solar,m,t
为光场最大可集热功率；P
HT，m，t
、P
TH，m，t
分别表示t时段第m个光热电站的充热功率、放热功率；功率平衡约束如公式(13)所示，即式中：t＝1,2,
…
,T；N
bus
、N
PB
分别为接入负荷的节点数和区域电网边界节点数；D
n,t
为t时段第n个节点的负荷；PB
q,t
为t时段第q条联络线的传输功率；p
c,r,t
、p
d,r,t
分别为t时段第r个储能的充、放电功率；p
RN,i,t
为t时段第i个新能源电站的实际输出功率；p
TR,j,t
为t时段第j台传统机组的输出功率；支路功率约束如公式(14)
‑
公式(15)所示，即：F
k,min
≤f
k,t
≤F
k,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)PB
q,min
≤PB
q,t
≤PB
q,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)式中：t＝1,2,
…
,T；k＝1,2,
…
,K；q＝1,2,
…
,N
PB
；K为系统内部支路总数；f
k,t
为t时段第k条内部支路的功率；F
k,max
、F
k,min
分别为第k条内部支路的功率上下限值；PB
q,max
、PB
q,min
分别表示第q条联络线的功率上下限；PB
q,t
为第q条联络线的功率；传统机组功率约束如公式(16)
‑
公式(17)所示，即：
P
TR,j,min
≤p
TR,j,t
≤P
TR,j,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
‑
RD
TR,j
≤p
TR,j,t
‑
p
TR,j,t
‑1≤RU
TR,j
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)式中：t＝1,2,
…
,T；j＝1,2,
…
,N
TR
；P
TR,j,max
、P
TR,j,min
分别表示第j个传统机组的输出功率上下限；RU
TR,j
、RD
TR,j
分别表示第j个传统机组的上下爬坡限值；P
TR，j，t
、P
TR，j，t
‑1分别表示t时刻、t
‑
1时刻第j个传统机组的输出功率；风电光伏运行约束如公式(18)所示，即：0≤p
RN,i,t
≤P
RNmax,i,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)式中：t＝1,2,
…
,T；i＝1,2,
…
,N
RN
；P
RNmax,i,t
、
RN，i,t
分别为t时段第i个新能源电站的最大可发电功率和实际输出功率；储能运行约束如公式(19)
‑
公式(21)所示，即：0≤p
d,r,t
,p
c,r,t
≤P
r,EESmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)SOC
r,t
＝SOC
r,t
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：余娟，朱芝润，杨知方，周专，王新刚，张锋，常喜强，边家瑜，雷星雨，李文沅，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：