基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法技术

本发明专利技术公开了基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法，涉及电力系统规划调度领域，包括如下步骤：步骤一、获取待改造电力系统运行参数与数据信息，通过聚类方法获取系统典型日负荷与风电曲线作为仿真数据信息；步骤二、以全年机组的运行成本、改造成本、检修调整成本、弃风惩罚成本之和为目标，分别建立为改造检修约束、运行约束、耦合约束、潮流约束，构建电力系统灵活性改造的年度规划模型；步骤三、调用求解器对步骤二所述混合整数规划模型进行求解，获得机组灵活性改造规划方案。本发明专利技术将灵活性改造作为大型检修任务的一部分进行有序协调，使改造后的电力系统在保证可靠供电的同时安全有序地进行燃煤机组的灵活性改造。活性改造。活性改造。

【技术实现步骤摘要】
基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法


[0001]本专利技术涉及电力系统规划调度领域，具体是基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法。

技术介绍

[0002]在以清洁化、低碳化为目标的能源革命中，传统的基于化石能源的发展方式难以支持庞大的消耗需求，以风电为代表的可再生能源得以规模化地快速发展，成为能源转型的关键。随着可再生能源大规模入网，源荷两端呈现高度不确定性，现行的电网运行方式僵化，需要提高电力系统的“灵活性”，快速跟随源荷两侧变动。促进可再生能源消纳的议题正引起广泛的关注。
[0003]借鉴德国、丹麦的成功经验，已经有多个部件被证明在提升燃煤机组的灵活性发挥重要作用，并验证了由改进相应部件衍生而来的灵活性改造技术在实际案例中的可行性。结合我国煤炭资源丰富而灵活性不足的现状，对现有机组进行适当的灵活性改造是提升现有电力系统灵活性，向高比例可再生能源系统过渡的必要途径。电力系统灵活性改造规划成为新的研究热点。
[0004]目前，国内外已经学者从多个角度对燃煤机组灵活性改造规划进行研究，并取得了一定的研究成果，例如
[0005]1、杨寅平,曾沅等人发表的“面向深度调峰的火电机组灵活性改造规划模型”电力系统自动化,2021,45(17):79
‑
88，该文章基于区间优化模型以全场景优化方法处理潮流的高度不确定性，以提供最优的改造方案；
[0006]2、李瑜,孙东磊等人发表的“火电机组灵活性改造与输电网规划多阶段联合决策方法”全球能源互联网,2021,4(04):344
‑
352，同时考虑灵活性改造与输电网规划，并通过Benders算法加速模型求解，兼顾了系统的灵活性与传输能力；
[0007]3、Yongcan Wang等人发表的“Coordinated planning of transmission expansion and coal
‑
fired power plants flexibility retrofits to accommodate the high penetration ofwind power”IET Gener.Transm.Distrib.,2019,Vol.13Iss.20,pp.4702
‑
4711，该文章结合传输线规划建立了燃煤机组灵活性改造的鲁棒规划，同时考虑了短时间尺度的源荷不确定性；
[0008]综合分析各类文献，当前文献的研究重点大多只针对于系统内机组的灵活性改造的决策意愿层面，在规划前机组预期的性能提升是单一且已知的，缺少对该机组采取何种改造措施的决策，也未考虑灵活性改造停机对电力系统供电造成的影响。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0011]基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法，包括如下步骤：
[0012]步骤一、获取待改造电力系统运行参数与数据信息，主要包括：获取各线路承载能力、节点拓扑、阻抗等参数作为系统数据，获取各机组出力系数、期望检修时段和各机组备选灵活性改造方案提升效果作为机组数据，通过k
‑
means聚类方法以日内波动性为指标获取系统典型日负荷与风电曲线作为仿真数据信息；
[0013]步骤二、以全年机组的运行成本、改造成本、检修调整成本、弃风惩罚成本之和为目标，分别建立为改造检修约束、运行约束、耦合约束、潮流约束，考虑灵活性改造的选择时机对电力系统的影响，构建电力系统灵活性改造的年度规划模型；
[0014]步骤三、调用求解器对步骤二所述年度规划模型进行求解，在步骤一中获得的典型日数据下对模型进行运行模拟仿真，获得以月为时间尺度，成本为导向的机组灵活性改造规划方案和各月内典型日以小时为时间尺度的机组调度情况。
[0015]作为本专利技术进一步的方案，所述步骤一具体为：
[0016]1)考虑燃煤机组的灵活性改造技术多样性，包括：燃煤机组集合Ω
G
，其中燃煤机组编号i；构建灵活性改造技术集合Ω
i,H
，技术编号为h，其中检修被视为改造技术集合中的一个元素，除检修以外改造方案的数量为N
H
，；以及机组i相应的检修原本期望的起止时段e
i
、l
i
；
[0017]2)获得待改造燃煤机组数组的运行数据，包括：每台燃煤机组的煤耗参数a
i
,b
i
,c
i
、每台燃煤机组未改造时的最大有功出力最小有功出力每时段可提供的最大爬坡率R
i
、采用h技术时燃煤机组i预期可降低的有功出力和预期可提升的最大爬坡率特别指出，当机组仅选择检修操作时，和均为0，各燃煤机组需要保持的最小运行时间和停机时间分别为
[0018]3)获得电力系统中一整年日负荷数据，负荷点集合为Ω
D
，编号为d，通过k
‑
means方法，以归一化后的最大值、最小值、峰谷差为指标，使用欧几里德距离平方度量，选取度量值最大的整日24时段的负荷曲线作为该月的典型日负荷；
[0019]4)获得电力系统整年风电数据，风电场集合为Ω
W
，编号为w，在每月通过k
‑
means方法选择一个典型日风电数据，处理方法同3)；
[0020]5)将3)、4)中获得的典型数据依次组合为每个月中的典型日数据，计算成本时将该日成本乘当月天数作为一整个月的近似代表，典型日集合为Ω
NM
，典型日编号为j。
[0021]作为本专利技术进一步的方案，所述步骤二具体为：
[0022](a)所述电力系统灵活性改造规划模型的目标函数为：
[0023][0024]式中C
G
、C
SU
、C
SD
、C
Cur
、C
M
、C
F
分别为年度内的发电成本、启动/停机成本、风电削减成本、检修成本、灵活性改造成本，相同上标的π与C表示对应的单位价格，τ表示典型日持续的天数，f
i
(P
i,j,t
)表示机组i的煤耗函数，该函数与各典型日内t时段的机组功率P
i,j,t
构成二次函数关系，如(2)所示
[0025][0026]通过分段拟合法将其线性化为
[0027][0028][0029][0030][0031][0032]公式(3)表示原本的二次函数被表示为从最低点出发，由不同斜率但等分的线段首尾相连组成；设二次函数被分为S
g
，每条线段的索引为s，每段线性函数的斜率用ζ
i,s
表示，每段线段对应的功率为P
i,j,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、获取待改造电力系统运行参数与数据信息，包括：获取各线路承载能力、节点拓扑、阻抗参数作为系统数据，获取各机组出力系数、期望检修时段和各机组备选灵活性改造方案提升效果作为机组数据，通过k
‑
means聚类方法以日内波动性为指标获取系统典型日负荷与风电曲线作为仿真数据信息；步骤二、以全年机组的运行成本、改造成本、检修调整成本、弃风惩罚成本之和为目标，分别建立为改造检修约束、运行约束、耦合约束、潮流约束，考虑灵活性改造的选择时机对电力系统的影响，构建电力系统灵活性改造的年度规划模型；步骤三、调用求解器对步骤二所述年度规划模型进行求解，在步骤一中获得的典型日数据下对模型进行运行模拟仿真，获得以月为时间尺度，成本为导向的机组灵活性改造规划方案和各月内典型日以小时为时间尺度的机组调度情况。2.根据权利要求1所述的基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法，其特征在于，所述步骤一具体为：1)考虑燃煤机组的灵活性改造技术多样性，包括：燃煤机组集合Ω
G
，其中燃煤机组编号i；构建灵活性改造技术集合Ω
i,H
，技术编号为h，其中检修被视为改造技术集合中的一个元素，除检修以外改造方案的数量为N
H
；以及机组i相应的检修原本期望的起止时段e
i
、l
i
；2)获得待改造燃煤机组数组的运行数据，包括：每台燃煤机组的煤耗参数a
i
,b
i
,c
i
、每台燃煤机组未改造时的最大有功出力最小有功出力每时段可提供的最大爬坡率R
i
、采用h技术时燃煤机组i预期可降低的有功出力和预期可提升的最大爬坡率当机组仅选择检修操作时，和均为0，各燃煤机组需要保持的最小运行时间和停机时间分别为3)获得电力系统中一整年日负荷数据，负荷点集合为Ω
D
，编号为d，通过k
‑
means方法，以归一化后的最大值、最小值、峰谷差为指标，使用欧几里德距离平方度量，选取度量值最大的整日24时段的负荷曲线作为该月的典型日负荷；4)获得电力系统整年风电数据，风电场集合为Ω
W
，编号为w，在每月通过k
‑
means方法选择一个典型日风电数据，处理方法同3)；5)将3)、4)中获得的典型数据依次组合为每个月中的典型日数据，计算成本时将该日成本乘当月天数作为一整个月的代表，典型日集合为Ω
NM
，典型日编号为j。3.根据权利要求1所述的基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法，其特征在于，所述步骤二具体为：(a)所述电力系统灵活性改造规划模型的目标函数为：
式中C
G
、C
SU
、C
SD
、C
Cur
、C
M
、C
F
分别为年度内的发电成本、启动/停机成本、风电削减成本、检修成本、灵活性改造成本，相同上标的π与C表示对应的单位价格，τ表示典型日持续的天数，f
i
(P
i,j,t
)表示机组i的煤耗函数，该函数与各典型日内t时段的机组功率P
i,j,t
构成二次函数关系，如(2)所示通过分段拟合法将其线性化为通过分段拟合法将其线性化为通过分段拟合法将其线性化为通过分段拟合法将其线性化为通过分段拟合法将其线性化为公式(3)表示原本的二次函数被表示为从最低点出发，由不同斜率但等分的线段首尾相连组成；设二次函数被分为S
g
，每条线段的索引为s，每段线性函数的斜率用ζ
i,s
表示，每段线段对应的功率为P
i,j,t,s
,计算方法如公式(4)、(5)所示；机组i煤耗的最低点对应机组的输出功率的最小值，为了统一线性化，选取机组i所有改造方案中所能达到的最小输出功率点为最低点，此时所对应的最低发电成本C
0,i,j,t
计算方法如公式(6)，每时段的实际输出功率计算如公式(7)所示；表示各时段削减的风电功率，表示切负荷功率，当μ
i,j,t
，ν
i,j,t
等于1时分别表示机组处于启动和停止状态，对每个燃煤机组，灵活性改造的成本与技术和改造容量有关，因此该成本以年均摊成本计算，ψ为均摊利率，r为预期的机组寿命，U
i,h
是改造的决策变量，当U
i,h
＝1表示机组i采取对应的h改造技术并同时进行设备检修，当机组仅进行检修而不进行灵活性改造时，此时的U
i,h
被特别标注为U
i,M
＝1，满足U
i,h
＝U
i,M
＝1；
(b)进一步地，由于进行灵活性改造规划时，可能要对原本的检修时段进行调整，从而造成额外的...

【专利技术属性】
技术研发人员：班明飞，孙要飞，刘一琦，李振杰，宋文龙，朱良宽，徐英，赵毅，宋梦，
申请(专利权)人：沈阳工程学院东南大学，
类型：发明
国别省市：