电锅炉实现风电消纳的综合能源系统最优经济调度北大核心CSCD

在东北地区的供暖季,采用电锅炉协调热网和电网,对减小弃风有重要意义。本文综合考虑常规机组发电功率、风机电功率、储热热功率、热电联产机组电热功率和电锅炉电热功率等多种约束条件,基于电锅炉阶段性的电热调节,以总运行成本和弃风成本最小为目标函数,建立含风电的电力系统电热最优经济调度模型。通过分析热电联产机组供热、热电联产机组+储热设备供热、热电联产机组+储热设备+电锅炉联合供热的热网平衡,分析含风电的以热定电、无电锅炉、有电锅炉三种不同场景经济调度问题,对比研究储热和电锅炉对弃风量和耗煤量的影响。最后,在6节点的热电系统算例中,采用CPLEX工具箱,验证方法的有效性,并提出最优热电联合运行方式。     

热网特性对弃风消纳效果的影响研究

储热可平移热负荷,通过削热峰填热谷解耦热电机组"以热定电"约束,提高风电消纳率,故而研究了热网储热、衰减、延时特性对弃风消纳效果的影响。分析了不考虑热网衰减、延时特性时管网储热的弃风消纳机理以及热网衰减、延时特性对管网储热弃风消纳效果的影响。建立了管网储热模型,构建了计及热网储热、衰减、延时特性的电热联合系统调度模型。实例仿真分析结果表明:管网储热配合电锅炉可进一步消纳弃风,且可替代储热式电锅炉的储热装置,节约装置成本;衰减特性引起了热网供热损耗和热源供热功率增加以及管网储热量减少,不利于消纳弃风;延时特性使热电机组供热功率与风电错峰,有利于消纳更多弃风,但不会影响管网储热量和管网储热的弃风消纳效果。     

基于含储热热电联产机组与电锅炉的弃风消纳协调调度模型

为解决风电消纳问题,从解耦热电耦合约束、提升电力系统调节能力角度出发,提出基于含储热热电联产机组与电锅炉的弃风消纳协调调度模型。在分析含储热热电联产机组工作原理基础上,提出极限消纳弃风电量的电锅炉供热量计算方法,对比了储热装置不同工作方式以及含储热热电联产与电锅炉协调供热时的经济性。算例结果表明,电锅炉供热在极限消纳弃风时具有最佳经济性。     

计及碳交易的热电联产-储热-电锅炉风电消纳策略

为解决传统热电联产机组的热电耦合特性以及冬季采暖期间弃风消纳问题,提出了计及碳交易含储热热电联产机组和电锅炉联合运行的弃风消纳策略。首先将储热设备、电锅炉与热电联产机组联合运行来满足系统所需热负荷,从而提高热电联产机组电调峰能力。其次,为进一步控制碳排放量,引入阶梯式碳交易与优化电锅炉运行模式,兼顾系统运行成本、弃风消纳量以及碳排放量,构建计及碳交易的热电联产-储热-电锅炉风电消纳模型并进行求解。最后,以IEEE-30节点为例进行算例分析,结果表明所提策略能够有效促进风电消纳、减少碳排放量且有效降低系统运行成本。     

计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略

为解决西北地区冬季供热期热电联产机组以热定电运行模式下系统风电消纳能力不足的问题,提出了计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略。该策略通过考虑电锅炉与光热电站联合运行,在利用光热电站的储热系统实现热能的存储与时移利用的同时,由光热电站与电锅炉、热电联产机组一同提供系统热负荷,以此提高热电联产机组的调峰能力,进而促进系统风电消纳。基于IEEE-30节点系统以及甘肃河西电网的算例仿真对所提策略进行来的验证,结果表明:所提弃风消纳策略能够在促进系统风电消纳的同时,提高光热电站对太阳能热的利用率,并降低系统总成本。研究结果可为西北地区冬季供热期热电联合调度提供参考。     

基于储热热电机组和电锅炉的风电消纳调度模型

为解决中国北方地区严重弃风问题,考虑通过储热装置解耦热电机组"以热定电"特性,通过电锅炉增大负荷侧用电负荷来提高风电消纳能力。以系统总经济成本最小和弃风量最少为目标函数,建立了含热电机组、火电机组、风电机组、储热装置以及电锅炉在内的多目标风电消纳协调调度模型。算例分析表明:所提模型有效,储热装置和电锅炉的联合调度,使得弃风时刻机组电出力明显减小,弃风状况得到改善,进一步验证了储热装置和电锅炉对于风电消纳的促进作用。     

考虑电锅炉辅助供热碳捕集机组的电热系统低碳调度

我国北方地区的热电联产机组(combined heat and power,CHP)装机容量较大,在供暖期受“以热定电”约束产生大量碳排放。在CHP机组中加入碳捕集设备(carbon capture and storage,CCS)能减少其碳排放,但加剧了CHP机组的电、热耦合,因此,该文引入电锅炉及储热装置,为CCS辅助供热,针对含电锅炉辅助供热的CHP-CCS机组的电热系统低碳调度开展研究。首先研究具有储热CHP-CCS机组的运行特性模型,然后建立考虑碳交易成本的含CHP-CCS机组的电热系统低碳调度模型,其中采用模糊机会约束描述风电及负荷的不确定性。最后以改进的IEEE 30节点系统和西北地区某实际系统为算例,分析不同热源容量及置信水平对电热系统运行经济性、碳排放及弃风的作用,给出了电热系统日优化调度方案。     

含储热的电力系统电热综合调度模型

分析了热电机组配置储热前后运行特性与调峰能力的变化情况,讨论了利用储热消纳弃风的基本运行机理,建立了含储热的电力系统电热综合调度模型。与传统模型相比,新模型增加了系统热平衡约束、热电机组的热电耦合约束、储热装置运行约束等,且模型目标扩展为供电和供热总煤耗最低。算例分析表明:所提模型是有效的;在热电厂中配置储热可有效提高电网的风电消纳水平,且消纳单位电量风电的节煤量要高于电锅炉消纳方案。     

电锅炉配置方式对弃风消纳效果的影响研究

配置电锅炉可削热峰填电谷,是消纳"三北"地区弃风的主要途径之一。对比分析源侧集中式与荷侧分布式配置电锅炉的弃风消纳效果。首先在机理上从热网衰减对热源供热功率影响、热网延时对热电机组供热功率影响、热网延时对电锅炉供热功率和填谷效果的影响三个方面分析了两种电锅炉配置方式的消纳弃风效果的异同。然后分别构建了两种电锅炉配置方式的电热联合系统的调度模型。通过实例仿真分析,证明了荷侧分布配置方案的热网总损耗更小,热电机组供热功率和"以热定电"功率更小,电锅炉的填谷效果更好,弃风消纳效果更佳。     

含附加热源和需求响应的电热联合系统运行优化

为缓解供暖期弃风高发问题,从解耦供热机组“以热定电”约束、提高电网调峰能力角度出发,文中提出考虑附加热源与需求响应的电热联合系统优化调度模型。系统中储热和电锅炉作为附加热源共同作用以降低机组热电耦合关系,并且在系统负荷侧通过需求响应增强电网调峰能力。以最低运行成本为目标综合考虑弃风惩罚成本、需求响应成本及系统内各单元约束建立电热联合系统调度模型。通过遗传算法进行求解算例,对比分析了系统在传统的热电联产、仅考虑需求响应、系统中引入附加热源、含附加热源-需求响应联合运行4种不同调度方式下的风电消纳效果。分析结果表明,所提方法的风电消纳能力最优且具有最佳经济性。     

考虑风电消纳的风电-电储能-蓄热式电锅炉联合系统能量优化

为解耦传统的"以热定电"约束,提高风电消纳能力,针对一种风电-电储能-蓄热式电锅炉的联合系统,充分地考虑了电储能装置对功率和能量的时间迁移能力以及电、热系统互补的物理特性。分别研究火电机组、热电联产机组、电储能系统和蓄热式电锅炉的数学模型,引入弃风成本参数,建立以实现最低运行成本为目标的综合调度方法。结合能量平衡约束、常规机组运行约束、电储能约束以及蓄热式电锅炉运行约束,通过粒子群算法实现能量调度最优解的求取。搭建了基于Matlab/Simulink的仿真实验模型,对系统在传统的热电联产、热电机组融合蓄热式电锅炉和风电-电储能-蓄热式电锅炉联合运行3种不同调度方式下对风电消纳效果进行对比,验证了能量优化方法的有效性。     

含光热电站的热-电系统供暖期优化调度

为解决西北地区热电联产机组“以热定电”特性导致供暖期产生弃风的问题,提出一种含光热电站的热电联供系统优化调度策略。该模型将含储热的光热电站与电加热装置联合进行辅助供热,同时考虑能量损耗的影响,以系统综合成本最小、弃风率最低为目标,制订最优日前调度计划。模型对光热电站供热潜力进行深度开发,减弱了常规热电联产机组热电耦合程度,大大提高了风电消纳水平。最后利用西北某地区实际数据进行算例分析,验证模型有效性。结果表明,所提策略在促进风电消纳的同时降低系统综合成本。     

考虑热电和大规模风电的电网调度研究综述

冬季供热期,为满足供热要求,热电联产机组采用"以热定电"方式运行,系统调峰能力差,在负荷低谷时段会造成大量弃风限电。针对该问题,分析热电机组电-热耦合特性,总结归纳国内外相关研究成果。从增设电热耦合设备和电网精益化调度两方面展开论述,对增加电锅炉、热泵、储热等方案进行综合分析。总结适用热电机组的电力系统精益化调度方法,并对国内外解耦电热约束的实际应用情况进行了阐述。最后指出了电源侧、电网调度侧下一步需要深入开展的工作。     

基于Benders分解法的电热综合能源系统低碳经济调度

电、热系统协调运行能够提高电力系统的灵活性,缓解我国"三北"地区供暖期间的弃风问题。提出一种综合能源系统低碳经济调度模型,并建立极限消纳风电的储热放热速率与电锅炉电功率的综合协调模型。针对电、热系统信息的隐私性问题,采用Benders分解算法对模型进行求解。算例仿真分析5种情景下系统储热和电锅炉对风电消纳的促进作用,比较电锅炉加装在热网始端、中间及末端对热网热损失的影响,最后,通过对比不同储热放热速率与电锅炉电功率协调供热的系统弃风情况,验证所提极限消纳风电的储热与电锅炉综合协调模型的正确性。     

基于弃风消纳的热网主动储热优化

为解决由热电联产机组热电耦合特性所引起的弃风现象,基于热负荷可调性,提出基于热网主动储热的综合能源系统运行优化策略。通过分析不同场景下机组输出功率、热网储热效果及等效热负荷变化情况,分别探究了热网被动储热和热负荷可调性对风电消纳和系统运行性能的影响。结果表明：热网被动储热和柔性热负荷都可以提高风电消纳水平,但后者要优于前者。此外,热负荷可调性在一定程度上可以实现热网储热的主动性。     

采用二级热网电锅炉调峰的消纳弃风机理及经济性分析

针对中国西北、华北、东北(简称"三北")地区冬季供暖期弃风现象日益严重的问题,在研究电负荷特性、热负荷特性与风电场出力特性相关性基础上,结合电网调峰、热网调峰特点,提出二级热网配置电锅炉进行日调峰的消纳弃风方案。分析了方案的消纳弃风机理,研究了调峰电锅炉的启停控制策略,构建了基于二级热网电锅炉调峰的电热联合系统优化调度模型,并分析了方案的经济性。研究表明,该方案能在降低热电机组热负荷峰值、"以热定电"必发电功率的同时增加电网负荷谷值,从而为风电上网留出更大空间,提升风电消纳率,且能为整个电热联合系统带来经济收益。     

基于二级热网储热式电锅炉调峰的弃风消纳调度模型

针对"三北"地区冬季供暖期弃风严重问题,在二级热网配置调峰电锅炉日调峰方案的基础上,探讨应用储热式电锅炉来进一步消纳弃风。在计及热网延时与衰减特性基础上,分析了储热式电锅炉的消纳弃风机理,提出了储热式电锅炉的电热转换启动条件,构建了储热式电锅炉的数学模型以及基于二级热网储热式电锅炉日调峰的热电联合系统调度模型。对比分析了储热式电锅炉配置方式、储热容量、风电渗透率对弃风率的影响。算例分析表明,在二级热网中配置储热式电锅炉可进一步消纳弃风且效果更好。电锅炉的储热容量越大,弃风率越低。     

计及电热混合储能的风电消纳低碳经济调度模型研究

为降低"三北"地区冬季供暖期弃风率及减少发电过程中碳排放对环境的污染,提出一种计及电热混合储能的风电消纳低碳经济调度模型。首先,提出电热混合储能系统运行策略,所提策略将弃风与电、热两种储能设备的运行状态结合起来,构建电热混合储能系统数学模型。其次,在考虑碳交易机制基础上,兼顾系统运行的经济性和低碳性以系统综合运行成本最低为目标,建立包含风电、常规火电机组、热电联产机组以及电热混合储能的热电联合系统低碳经济调度模型。最后,通过算例仿真分析不同储能方式下储能设备之间的相互影响,并进一步对4种储能方式下系统的风电消纳效果、碳排放以及经济成本进行分析。分析结果证明,在电热混合储能方式下的系统风电消纳能力最优且碳排放最低。     

基于热电联合调度的弃风电储热供热技术方案

我国"三北"地区大风期与冬季供热期高度重合,冬季火电供热机组运行方式大,电网调峰能力不足,风电消纳问题极为突出。为缓解"三北"地区风电消纳矛盾,提高清洁能源利用率,拟提出在省级电网调度机构建立热电联合调度平台,利用互联网络与电储热供热用户进行信息交互,通过对电源与电储热供热联合优化调度,实现在电网弃风时段内启动电储热设备,实现弃风电储热供热。建立兼顾多方经济性的弃风电储热交易策略,保证风电企业和供热企业的经济效益,提高风电消纳水平,推动弃风电供热的可持续发展。     

基于含储热的热电联产与抽水蓄能的风电消纳协调控制策略

在研究电热负荷与不同时间尺度风功率波动特性的基础上,分析了含储热的热电联产与抽水蓄能协调运行对风电消纳的影响,并提出了基于含储热的热电联产与抽水蓄能的两级协调控制策略。一级协调控制以系统运行成本最小和风电消纳电量最大为目标,根据电热负荷和风电预测出力,通过含储热的热电联产与抽水蓄能在调节容量上的优化配置,提高系统运行经济性和风电消纳率;二级协调控制针对风电出力的实时波动,根据风电计划上网偏差,通过含储热的热电联产与抽水蓄能的协调控制,平抑风电实时波动。以6节点系统为例,验证了所提协调控制策略的有效性,结果表明含储热的热电联产与抽水蓄能的两级协调运行可以有效降低系统运行成本,提高风电消纳水平,保证大规模风电接入情况下电网安全稳定运行。