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。     

电锅炉实现风电消纳的综合能源系统最优经济调度

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。     

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。     

面向风电消纳的电–热调峰资源协同运行研究

从电热综合能源系统角度,电力系统消纳风电所带来的下调峰需求,既可在电力系统侧用电储能满足,亦可耦合给供热系统,由储热、电锅炉、低压缸切除进行供热调峰满足。首先,从热电厂"以电定热"运行方式下选择调峰热源的角度,对比分析了低压缸切除、储热、电锅炉3种调峰方案的调峰成本、节煤效果和适用场景的差异性;进而,建立了含电储能方案和低压缸切除、储热、电锅炉方案的电热综合能源系统协调优化调度模型;最后,通过理论分析和算例计算研究了上述4种不同调峰方案的单一运行和协同运行规律。     

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。     

考虑工业园区CHP机组动态约束的低碳经济调度

具备快速电出力调节能力的热电联产(combined heat and power,CHP)机组能够提升工业园区电热耦合系统运行灵活性,促进新能源消纳,降低碳排放压力。采用微分方程形式建立CHP动态约束能够详细描述变量的变化情况,在调度中考虑动态约束能够掌握机组运行状态,降低事故风险。为此,以考虑碳交易过程的工业园区最小成本为目标,建立考虑CHP动态约束的工业园区低碳经济调度模型。然后基于序贯法框架,采用有限元正交配置法对模拟层的微分代数方程进行离散,并采用改进自适应差分进化算法求解优化层非线性规划问题。算例结果表明,有限元正交配置法能够以较少的离散点数获得较为精确的结果,提升了求解效率,验证了具备快速电出力调节能力的CHP机组能有效提升工业园区低碳经济水平。     

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。     

调峰补偿热电机组及风电消纳能力的优化模型

热电机组"以热定电"运行模式限制了其调峰能力。为了提高调峰能力,电网及风电场将共同提供经济补偿以激励热电厂配置电锅炉进行调峰。本文分析了配置电锅炉后热电机组供热供电运行特性和其对风电消纳空间及系统调峰能力的影响,建立电热平衡约束及热电机组运行约束方程,构造了以最大化消纳风电和热电厂经济效益最优为目标的多目标优化模型并采用非线性规划方法进行求解,实现了兼顾二者的节能调度。仿真结果表明调峰补偿能有效增加热电机组参与调峰的积极性;合适的补偿价格既减少弃风,又提高热电厂经济性和减少碳排放量。     

计及热惯性及光热电站的综合能源系统优化

传统热电联供联合调度中,燃气轮机(gas turbine, GT)机组“以热定电”的运行模式极大地限制了系统的调峰能力。提出一种光热电站(concentrating solar power, CSP)参与供热的综合能源系统优化调度方法,并在调度过程中考虑供热网络和供热区域的热惯性。首先,构建光热电站参与电热联合系统调节模型,发挥其供能潜力。其次,构建热网管道和建筑物集群的热惯性模型,挖掘其虚拟储能的特性,在满足各项约束的条件下实现两类热惯性与CSP的协同优化运行。在仿真分析中构建5种对比场景,验证了热网和供热区域的热惯性与CSP储热系统(thermal energy storage, TES)相互协调在提升系统运行经济性、风电上网率和降低系统碳排放方面的有效性。     

基于集中供热系统储热特性的热电联产机组多时间尺度灵活性协调调度

我国北方地区高渗透率风电场和高比例热电联产(combined heat and power,CHP)机组的电源结构给电力系统调度和运行控制带来了巨大挑战。通过CHP机组与集中供热系统协调配合,释放CHP机组灵活性潜力是解决这一问题的有效手段。但是,CHP机组灵活性有限且难以度量,如何利用CHP机组的灵活性来协调满足电力系统调度和运行控制的不同需求,是高效、安全发挥CHP机组灵活性的前提。基于此,该文从电力系统调度和控制时间尺度角度定义了CHP机组多时间尺度灵活性,提出了满足CHP机组多时间尺度灵活性释放的CHP机组与热网系统协调模型。建立了电热系统联合调度框架:集中供热系统给出满足最大化CHP机组电出力灵活性的CHP机组允许热出力区间,电力系统以允许热出力区间为电热系统运行边界,实现CHP机组多时间尺度灵活性的最优分配。采用电/热联合系统算例,研究了高渗透率风电条件下CHP机组多时间尺度灵活性对风电消纳以及系统备用需求的影响,算例结果验证了该文所提方法的有效性和优越性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

促进风电消纳的需求响应与储热CHP联合优化模型

传统调度方式下系统调峰能力不足,风电弃风严重。先采用需求侧管理调控负荷的方法削峰填谷、降低负荷谷时段风电弃风,再在需求响应的引导下,通过对热电联产机组(CHP,combined heat and power)处储热环节的控制,解耦以热定电刚性约束,增强系统调峰能力。以系统煤耗量最小为优化目标,构建了包含需求响应、储热的电热联合优化调度模型。算例采用粒子群算法进行优化求解,模拟结果表明:本方法既能有效减少风电弃风,又能降低系统煤耗。     

低碳环境下计及柔性负荷和电锅炉的电热联合系统优化调度

在大力提倡电能生产向绿色低排转型的背景下,构建了能够同时兼顾电能生产经济性和低碳性的含风电电热联合系统综合优化调度模型,在系统发电侧加装电锅炉以解耦热电机组“热电耦合”约束,在需求侧调度柔性负荷以实现负荷调峰。优化模型以系统发电运行成本最小为经济优化目标,以碳交易成本最小为低碳优化目标,应用模糊双目标优化方法将双目标优化问题单目标化并采用帝国竞争算法进行求解,实现了对电热联合系统经济性和低碳性的兼顾。通过对不同场景下含风电的电热联合系统进行算例分析,验证了本文优化模型及求解算法的有效性和优越性。     

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。     

考虑综合需求响应的电热系统优化调度

考虑配电网中电、热负荷的不断增长,以及热电联产装置(Combined heat and power,CHP)和风机等分布式电源的迅速发展,提出考虑电、热综合需求响应的优化模型。首先,在负荷侧分析电负荷和热负荷的可调价值,电负荷建立实时电价模型,采用价格型需求响应进行调整；热负荷是考虑热负荷的传输延迟特性,采用自回归滑动平均(ARMA)模型描述和计及模糊性供热舒适度特性,使得热负荷具有一定的弹性,即热力需求响应,通过这两种响应模式对电、热负荷进行调整,增大风电上网的空间；其次在源侧增加电锅炉和储热装置,增加系统的灵活性,解耦CHP“以热定电”的刚性需求,最后以系统的日运行费用与弃风成本最小为目标,在Matlab中调用CPLEX对模型进行求解。算例结果表明,在源侧采用CHP+电锅炉和储热相比于传统的CHP+储热,风电的消纳能力有显著提升；在荷侧考虑电、热综合需求响应相比于传统的考虑单一需求响应,可有效的降低系统的运行成本,提高能源的利用效率。     

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。