[发明专利]建立基于蓄热式电锅炉的风电供暖调度优化模型的方法

权利要求书

1.一种建立基于蓄热式电锅炉的风电供暖调度优化模型的方法，其特征在于，所述方法的步骤为：

(1)以蓄热式电锅炉的负荷需求特性为基础，考虑蓄热式电锅炉在低谷时段和非低谷时段构的运行特性，建立蓄热式电锅炉负荷需求模型；

(2)根据风速的随机性和不可控性等特性建立风电出力功率模型；

(3)将步骤(2)得到的风电出力功率模型嵌入以供暖成本最小的目标函数，并考虑火电机组出力约束、蓄热式电锅炉负荷控制约束条件，以及供暖系统约束条件的优化调度模型中，得到风电供暖调度优化模型。

2.按照权利要求1所述的建立基于蓄热式电锅炉的风电供暖调度优化模型的方法，其特征在于，所述的步骤(1)建立的蓄热式电锅炉负荷需求模型为：

式中:P_gt为t时刻蓄热式电锅炉的供热负荷；I为蓄热式电锅炉供热范围内建筑物的数量；q_i为第i个建筑物的单位面积散热指标；S_i为第i个建筑物的表面积；T_t-inside为t时刻供热建筑的室内温度，本发明取中间值18℃；T_t-outside为t时刻的建筑物室外温度；

式中：为夜间低谷时段时刻蓄热式电锅炉的用电负荷；P_gmax为蓄热式电锅炉的最大功率；ΔP_gt为非低谷时段蓄热器蓄热的热量损失功率；t_s为低谷时段的开始时间，t_d为低谷时段的结束时间，为非低谷时段的结束时间。

3.按照权利要求1所述的建立基于蓄热式电锅炉的风电供暖调度优化模型的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据风速的随机性和不可控性等特性建立风电出力功率的数学模型为：

式中:为风电机组j在t时段的可用有功出力；v_t为t时段的风速；v_jI为风电机组j的切入风速，v_jo为风电机组j的切出风速；为额定风速内风电机组j的出力函数；v_jR为风电机组j的额定风速；为风电机组j的最大出力；a_j为风电机组j的风轮功率系数，一般为0.2～0.5；b_j为风电机组j机械传动装置的传动效率；c_j为风电机组j发电机的机械效率；ρ为空气密度；d_j为风电机组j的风轮直径；

由公式(4)、(5)得到风电场的总可用出力为：

式中：P_t^*为t时段风电场总可用出力，单位kW；J为风电机组总数，j为风电机组序号，k_t为风机同时率系数，与风电场地理环境相关，且k_t≤1。

4.按照权利要求1所述的建立基于蓄热式电锅炉的风电供暖调度优化模型的方法，其特征在于，所述步骤(3)建立基于蓄热式电锅炉的风电供暖调度优化模型的方法如下：

所述步骤(3)中的系统约束包括火电机组出力约束、蓄热式电锅炉负荷控制约束条件，以及供暖系统约束，各项约束如下：

1)火电机组出力约束：

(1)机组出力约束

U_i(t)P_i^min≤P_it≤U_i(t)P_i^max (7)

式中：P_it为火电机组i在t时段的出力；P_i^min为火电机组i的最小出力，P_i^max为火电机组的最大出力，U_i(t)代表t时刻机组的启停，0为停机，1为开机；

(2)机组增减负荷的爬坡约束

ΔP_i^-≤P_it-P_i,t-1≤ΔP_i⁺ (8)

式中：ΔP_i^-是火电机组升功率的响应速度极限，ΔP_i⁺是火电机组降功率的响应速度极限，P_it为火电机组i在t时段的出力，P_i,t-1为火电机组i在t-1时段的出力；

(3)最短运行时间、停机时间约束

式中：为火电机组i在t－1时刻的运行时间；为火电机组i的最短运行时间；为机组i在t－1时刻的停机时间；为机组i的最短停机时间，U_i(t)代表t时刻火电机组的启停，0为停机，1为开机，U_i(t-1)代表t-1时刻火电机组的启停，0为停机，1为开机；

2)蓄热式电锅炉负荷控制约束条件：

(1)蓄热式电锅炉功率约束

P_gmin≤P_gt≤P_gmax (11)

式中：P_gmin为蓄热式电锅炉功率下限值，P_gt为t时刻蓄热式电锅炉的供热负荷，P_gmax为蓄热式电锅炉功率上限值；

(2)蓄热量约束

Q_gt≤Q_gmax (12)

式中：Q_gt为蓄热式电锅炉在t时刻所需要的热量；Q_gmax为蓄热器最大需热量；为夜间低谷时段时刻蓄热式电锅炉的用电负荷；P_gt为t时刻蓄热式电锅炉的供热负荷；

(3)功率波动约束

式中:是蓄热式电锅炉升功率的响应速度极限，P_gt为t时刻蓄热式电锅炉的供热负荷，P_g,t-1为t-1时刻蓄热式电锅炉的供热负荷，是蓄热式电锅炉降功率的响应速度极限；

3)供暖系统约束条件

(1)功率平衡约束

式中：δ_i为火电机组i的厂用电率，单位：％；ε为电网平均线损率，单位：％；P_it为第i个火电机组t时段的出力；U_i(t)代表t时刻火电机组的启停，0为停机，1为开机；U_j(t)代表t时刻风电机组的启停，0为停机，1为开机；

(2)系统旋转备用约束

PSR_t≥P_gt (16)

式中：PSR_t为供暖系统的旋转各用,kW；ASR_t为电网可提供的旋转备用容量，kW；U_i(t)代表t时刻火电机组的启停，0为停机，1为开机；U_j(t)代表t时刻风电机组的启停，0为停机，1为开机；P_it为第i个火电机组t时段的有功出力；为第i个火电机组t时段的可用有功出力；P_jt为第j个火电机组t时段的有功出力；为第j个风电机组t时段的可用有功出力；

4)目标函数：

c_j＝ηP_b (19)

式中：C是低谷时段的供暖成本；U_i(t)是火电机组i在t时刻的启停情况，1代表运行，0代表停机；Δt为t时段的时间间隔；C_it为火电机组i的启停成本；c_j为风电机组j的单位电量成本，η为供给侧结构性改革系数，P_b为对应风电消纳的基准电价；k为t时刻风电消纳比例；P_a为核算期的平均上网电价；λ₁为风电消纳比为10％～20％区间内的折算系数，该系数的值域区间为[0，1]；λ₂为风电消纳比20％以上的折算系数，该系数的值域区间为[0，1]；P_jt为风电机组j在t时段的出力；C_it为第i个火电机组t时段的发电成本；P_it为第i个火电机组t时段的出力；d_i、e_i、f_i代表机组i的燃料系数；

优化调度模型最终转化为：

式中：C是低谷时段的供暖成本；U_i(t)是火电机组i在t时刻的启停情况，1代表运行，0代表停机；Δt为t时段的时间间隔；C_it为火电机组i的启停成本；c_j为风电机组j的单位电量成本，η为供给侧结构性改革系数，P_b为对应风电消纳的基准电价；k为t时刻风电消纳比例；P_a为核算期的平均上网电价；λ₁为风电消纳比为10％～20％区间内的折算系数，该系数的值域区间为[0，1]；λ₂为风电消纳比20％以上的折算系数，该系数的值域区间为[0，1]；P_jt为风电机组j在t时段的出力。C_it为第i个火电机组t时段的发电成本；P_it为第i个火电机组t时段的出力；d_i、e_i、f_i代表机组i的燃料系数；S.t.表示上面公式服从下面公式的约束，是Subject to的缩写；P_it为火电机组i在t时段的出力；P_i^min为火电机组i的最小出力，P_i^max为火电机组的最大出力，U_i(t)代表t时刻机组的启停，0为停机，1为开机；ΔP_i^-是火电机组升功率的响应速度极限，ΔP_i⁺是火电机组降功率的响应速度极限，P_it为火电机组i在t时段的出力，P_i,t-1为火电机组i在t-1时段的出力；为火电机组i在t－1时刻的运行时间；为火电机组i的最短运行时间；为机组i在t－1时刻的停机时间；为机组i的最短停机时间；U_i(t-1)代表t-1时刻机组的启停，0为停机，1为开机；P_gmin为蓄热式电锅炉功率下限值；P_gt为t时刻蓄热式电锅炉的供热负荷；P_gmax为蓄热式电锅炉功率上限值；Q_gt为蓄热式电锅炉在t时刻所需要的热量；Q_gmax为蓄热器最大需热量；为夜间低谷时段时刻蓄热式电锅炉的用电负荷；P_gt为t时刻蓄热式电锅炉的供热负荷；是蓄热式电锅炉升功率的响应速度极限，；P_g,t-1为t-1时刻蓄热式电锅炉的供热负荷；是蓄热式电锅炉降功率的响应速度极限；δ_i为火电机组i的厂用电率，单位：％；ε为电网平均线损率，单位：％；PSR_t为供暖系统的旋转各用,kW；ASR_t为电网可提供的旋转备用容量，单位：kW。