[发明专利]基于碳减排的多能互补热电联供系统的电热负荷调度方法

权利要求书

1.一种基于碳减排的多能互补热电联供系统的电热负荷调度方法，其特征是，多能互补热电联供系统包括热力发电厂、风电场、光伏电站和电储热热力站；所述热力发电厂设置有热电联产机组，该热电联产机组生产的电力外供给电网，所述热电联产机组同时连接有余热回收供热装置和机组抽汽供热装置，该余热回收供热装置和机组抽汽供热装置生产的热量外供给热网；所述风电场设置有风力发电机组，该风力发电机组生产的电力外供给电网，所述风力发电机组连接有第一电储热供热装置，该第一电储热供热装置生产的热量外供给热网；所述光伏电站设置有光伏发电机组，该光伏发电机组生产的电力外供给电网，所述光伏发电机组连接有第二电储热供热装置，该第二电储热供热装置生产的热量外供给热网；所述电储热热力站设置有采暖热力站和第三电储热供热装置，该第三电储热供热装置利用电网提供的电力生产热量，然后通过采暖热力站外供给热网；

电热负荷调度方法包括下列步骤：

(一)结合热力发电厂的不同供热方式，得出热电联产机组在某一主蒸汽进汽量运行工况下的供电煤耗计算模型为公式(1)：

W^r＝W^r0-f₀₁(Q^h)-f₀₂(Q^d) (1)

式中：W^r0是指热电联产机组在该主蒸汽进汽量运行工况下纯凝运行对应的供电煤耗，单位为kg/kWh，通过查询由热电联产机组历史不同纯凝工况运行对应供电煤耗组成的数据库，获取该工况下的纯凝运行供电煤耗值；

f₀₁(Q^h)是指余热回收供热装置对外供热负荷Q^h使得热电联产机组的供电煤耗降低值，计算公式为其中：P^r为热电联产机组在当前供热工况下的供电负荷，x₁为比例常数，是指余热回收供热装置单位供热负荷使得热电联产机组供电过程产生的节煤值；

f₀₂(Q^d)是指机组抽汽供热装置对外供热负荷Q^d使得热电联产机组的供电煤耗降低值，计算公式为其中：P^r为热电联产机组在当前供热工况下的供电负荷，x₂为比例常数，是指机组抽汽供热装置单位供热负荷使得热电联产机组供电过程产生的节煤值；

由此，得出热电联产机组在某一主蒸汽进汽量运行工况下的碳排放因子计算模型为公式(2)：

β^r＝W^r×ρ_标 (2)

式中：ρ_标为标煤的碳排放系数，单位为kgCO₂/kgce；

(二)结合热力发电厂不同供热方式，得出不同供热方式的碳排放因子计算方法如下：

余热回收供热装置对外供热时的碳排放因子计算模型为公式(3)：

η^h＝W^h×ρ_标 (3)

式中：W^h是余热回收供热装置对外供热时对应的供热煤耗，单位为kg/GJ，通过使用余热回收供热装置消耗能量折算的煤耗与供出的热量计算获得；ρ_标为标煤的碳排放系数，单位为kgCO₂/kgce；

机组抽汽供热装置对外供热时的碳排放因子计算模型为公式(4)：

η^d＝W^d×ρ_标 (4)

式中：W^d是机组抽汽供热装置对外供热时对应的供热煤耗，单位为kg/GJ，通过使用机组抽汽供热装置消耗能量折算的煤耗与供出的热量计算获得；ρ_标为标煤的碳排放系数，单位为kgCO₂/kgce；

(三)确定多能互补热电联供系统所在的区域，然后通过查询来获取该区域电网最新的平均碳排放因子的数值γ，单位为kgCO₂/kWh；

由此，光伏电站和风电场每供一度电产生的减排效益均为该区域电网的每度电平均碳排放量值γ，单位为kgCO₂/kWh；

光伏电站、风电场和电储热热力站对外供热时的碳排放因子均由该区域电网最新的平均碳排放因子的数值γ计算获得，且均等于277.7778×γ，单位为kgCO₂/GJ；

(四)热电联产机组在某一主蒸汽进汽量运行工况下的供电负荷计算模型为公式(5)：

P^r＝P^r0-f₁₁(Q^h)-f₁₂(Q^d) (5)

式中：P^r0是指热电联产机组在该主蒸汽进汽量运行工况下纯凝运行对应的供电负荷，通过查询由热电联产机组历史不同纯凝工况运行对应供电负荷组成的数据库，获取该工况下的纯凝运行供电负荷；

f₁₁(Q^h)是指余热回收供热装置对外供热负荷Q^h使得热电联产机组的供电负荷降低值，计算公式为f₁₁(Q^h)＝y₁×Q^h，其中：y₁为比例常数，是指余热回收供热装置单位供热负荷使得热电联产机组的供电负荷降低值；

f₁₂(Q^d)是指机组抽汽供热装置对外供热负荷Q^d使得热电联产机组的供电负荷降低值，计算公式为f₁₂(Q^d)＝y₂×Q^d，其中：y₂为比例常数，是指机组抽汽供热装置单位供热负荷使得热电联产机组的供电负荷降低值；

(五)在当前时刻，获取下一时刻电网可上网的电负荷预测值F₁^D、热网所需要的热负荷预测值Q₁^H、风电场可供出的电负荷预测值F^F、光伏电站可供出的电负荷预测值F^G，且风电场的电热负荷关系式为公式(6)，光伏电站的电热负荷关系式为公式(7)：

式中：F₁^F为风电场的上网电负荷，为风电场的供热负荷，F₁^G为光伏电站的上网电负荷，为光伏电站的供热负荷；

(六)根据电网可上网的电负荷预测值F₁^D、电储热热力站的供热负荷风电场的上网电负荷F₁^F、光伏电站的上网电负荷F₁^G，来确定热电联产机组可上网的供电负荷记为P^r，电负荷单位为kWh，热负荷单位为GJ，此时的P^r计算方法为公式(8)：

热网所需要的热负荷预测值由电储热热力站的供热负荷风电场的供热负荷光伏电站的供热负荷和热电联产机组的供热负荷Q^h与Q^d来满足，计算关系如公式(9)：

(七)通过制定基于碳减排的电热负荷约束关系，来进行电热负荷的低碳调度，具体内容包括：

首先，制定多能互补热电联供系统的供电碳排放量C_电的计算模型和供热碳排放量C_热的计算模型，分别为公式(10)和公式(11)：

C_电＝β^r×P^r-γ×F₁^F-γ×F₁^G (10)

其次，根据η^h、η^d与277.7778×γ的大小关系，通过迭代计算进行多能互补热电联供系统的电热负荷分配调度，具体内容包括：

当η^h＜η^d＜277.7778×γ时：

第1步，确定迭代计算前的边界条件，包括：电储热热力站不对外供热；

第2步，根据风电场的电负荷全部供给电网和光伏电站的电负荷全部供给电网的条件，计算得出热电联产机组的供电负荷P^r值，确定该供电负荷P^r下余热回收供热装置供热负荷Q^h的取值范围和机组抽汽供热装置供热负荷Q^d的取值范围，热网所需要的热负荷预测值首先由余热回收供热装置来满足，然后再由机组抽汽供热装置来满足；

第3步，当余热回收供热装置和机组抽汽供热装置可以满足热网所需要的热负荷时，由此，确定余热回收供热装置供热负荷Q^h值和机组抽汽供热装置供热负荷Q^d值；

第4步，当余热回收供热装置和机组抽汽供热装置不能满足热网所需要的热负荷时，则热网所需要的热负荷减去余热回收供热装置供热负荷和机组抽汽供热装置供热负荷后剩余的热负荷，再由风电场的供热负荷和光伏电站的供热负荷来满足，此时，根据风电场的供热负荷和光伏电站的供热负荷来计算得出风电场的上网电负荷F₁^F和光伏电站的上网电负荷F₁^G，由此改变第2步的条件，重新计算热电联产机组的供电负荷P^r值，并确定该供电负荷P^r下余热回收供热装置供热负荷Q^h的取值范围和机组抽汽供热装置供热负荷Q^d的取值范围，且第3步确定的余热回收供热装置供热负荷Q^h值和机组抽汽供热装置供热负荷Q^d值在该对应的取值范围内，此时，计算得出不同电热负荷分配下的供电碳排放量C_电值和供热碳排放量C_热值，并进行比较；

第5步，不断改变风电场的供热负荷值和光伏电站的供热负荷值，再根据上述第2步-第4步的步骤进行不断的迭代计算，当供电碳排放量C_电值和供热碳排放量C_热值为最小值时，此时的电热负荷计算值为多能互补热电联供系统的电热负荷分配值，迭代计算结束；

当η^h＜277.7778×γ＜η^d时：

第①步，确定迭代计算前的边界条件，包括：风电场的电负荷全部供给电网和光伏电站的电负荷全部供给电网；

第②步，计算得出热电联产机组的供电负荷P^r值，确定该供电负荷P^r下余热回收供热装置供热负荷Q^h的取值范围和机组抽汽供热装置供热负荷Q^d的取值范围，热网所需要的热负荷预测值首先由余热回收供热装置来满足，然后再由电储热热力站来满足；

第③步，当余热回收供热装置和电储热热力站可以满足热网所需要的热负荷时，按机组抽汽供热装置不供热来确定余热回收供热装置供热负荷Q^h值和电储热热力站供热负荷值，由此计算得出供电碳排放量C_电值和供热碳排放量C_热值；

第④步，逐步减少电储热热力站供热负荷值，减少的供热负荷由机组抽汽供热装置供热负荷Q^d来满足，此时根据第②步重新计算得出P^r，确定该供电负荷P^r下余热回收供热装置供热负荷Q^h的取值范围和机组抽汽供热装置供热负荷Q^d的取值范围，保证第③步的Q^h值和第④步的Q^d值在对应的取值范围内，然后计算得出供电碳排放量C_电值和供热碳排放量C_热值，再进行不同电热负荷分配下的供电碳排放量C_电值和供热碳排放量C_热值的比较；

第⑤步，根据上述第②步-第④步的步骤进行不断的迭代计算，当供电碳排放量C_电值和供热碳排放量C_热值为最小值时，此时的电热负荷计算值为多能互补热电联供系统的电热负荷分配值，迭代计算结束。