[发明专利]一种提高风电消纳能力的电极式电锅炉配置方法

摘要

本发明是一种提高风电消纳能力的电极式电锅炉配置方法，其特点是,基于地区调峰辅助服务政策，以在热电厂侧配置电极式电锅炉为热源的热电联合方案进行规划建模，进而研究电极式电锅炉的合理配置方式，热电联合规划的目的就是在满足负荷需求的前提下，通过合理配置电极式电锅炉实现最大化提升地区风电消纳能力。该方法能够准确计算对地区最大电极式电锅炉的配置容量，能够兼顾能耗最小下的风电价值和弃风量最小下的煤耗最小等因素，整体经济效益更好；配置电极式电锅炉提升了地区风电消纳能力，同时提升了热电厂的经济效益，在最大程度保障风电场效益的情况下，风电消纳能力更高，具有科学合理，适用性强，效果佳等优点。

主权项

1.一种提高风电消纳能力的电极式电锅炉配置方法，其特征是，它包括的内容有：1)地区电极式电锅炉容量需求的确定首先确定地区供暖期对电极式电锅炉的容量需求，综合考虑地区内风电场的弃风情况与热负荷情况，考虑配置电极式电锅炉后的地区能耗最小，以成本最小为目标建立地区电极式电锅炉的最大容量配置模型，目标函数如式(1)～式(3)所示：式中：F_c为总的煤耗成本；F₁为热电机组煤耗量；F₂为纯凝机组的煤耗量；T为时段数，N为热电机组数，S为纯凝机组数；a₀～a₅为热电机组的拟合系数；为热电机组i在t时段的热出力，为热电机组i在t时段的电出力；b₀～b₂为纯凝机组的拟合系数；为纯凝机组s在t时段的电出力；以地区弃风最小为目标建立电极式电锅炉的最优配置目标函数如式(4)所示：式中：(4)中F为总弃风功率；M为风电机组数；为风电机组m在t时段的预测出力；为风电机组m在t时段的实际出力；约束条件如式(5)～式(14)所示：式中：η为电极式电锅炉的电热转化效率；k_CHP为热电机组背压工况下的斜率；P_t^E为热电厂侧配置的电锅炉容量；为热电机组i的上网热量，为热电机组i的上网电量；P_t为t时段电负荷，H_t为t时段热负荷；为热电机组i的电出力下限，为热电机组i的电出力上限，为热电机组i的热出力下限，为热电机组i的热出力上限；为热电机组i在t‑1时段的电出力；为纯凝机组s的电出力上限，为纯凝机组s的电出力下限；为热电机组i的向下调节速率，为热电机组i的向上调节速率，为纯凝机组s的向下调节速率，为纯凝机组s的向上调节速率；为热电机组i降低的强迫出力；为纯凝机组s在t‑1时段的电出力。模型1：式(1)～式(3)和式(6)～式(14)，利用模型1可以得到地区煤耗成本最小的情况下的电极式电锅炉最大安装容量；模型2：式(4)和式(6)～式(14)，利用模型2可以得到地区风电弃风最小的情况下的电极式电锅炉的最大安装容量，在不考虑电极式电锅炉的安装成本情况下，在模型1与模型2的经济效益相等时的最大电极式电锅炉的安装容量，即为地区可以安装的最大容量，地区经济效益计算为式(15)：f＝Cp‑Fccco      (15)式中：f表示地区的总经济效益；Cp表示总发电收益；cco为标准煤价格、元/吨，ce上网电价、元/MWh，ch售热价格、元/MWh；存在模型1的经济效益f1与模型2的经济效益f2相等的情况，即f1＝f2时，可得地区最大电极式电锅炉配置容量范围，存在模型1与模型2配置容量相等情况，即最大的地区最大配置容量；2)电极式电锅炉的最优配置确定地区电极式电锅炉的最大配置容量之后，综合考虑各热电厂的实际情况进行容量分配，以各个热电厂的经济效益最大，考虑风电场的调峰补偿费用支付上限，在满足地区热电平衡的条件下，建立如下电锅炉最优配置模型如下:针对热电厂参与调峰辅助服务情况，参照东北监能市场[2016]252号文件《东北电力辅助服务市场运营规则(试行)》中的实时深度调峰的相关规定：“火电厂获得补偿费用根据开机机组不同时段调峰深度所对应的两档阶梯电价进行统计，补偿费用由省内负荷率高于深度调峰基准的火电厂、风电场、核电厂共同分摊”，由此热电厂供暖期参与实时深度调峰获得相应的调峰补偿费用，风电场作为调峰资源使用者，支付相应的调峰费用，以热电厂的总经济效益最大和风电场的日成本最小建立多目标优化模型，因此对于热电厂其配置电极式电锅炉的容量目标函数如式(17)～式(20)：式中：F_s为地区所有热电厂的收益之和；F_l为电极式电锅炉总的配置成本折算值；P_i^E为第i座热电厂配置的电极式电锅炉容量；T_l为电极式电锅炉的使用年限；ρ为电极式电锅炉是年均维护费用；h_l为电极式电锅炉的年利用小时数；c_l为电极式电锅炉单位容量的建设成本；N_ch、N_x分别为热电厂数和第x座热电厂的机组数；为t时段第n档调峰电量，n取值为1或2；c_n为第n档的调峰电价；ε为罚因子；U_t,n为机组负荷率，U_t,1、U_t,2是电力调峰辅助服务市场中对热电机组参与有偿调峰的电量进行档位划分的负荷率值，为常数；为地区可配置的最大的电极式电锅炉的容量；Δt为所选取的时段长度。进行多目标协同优化以式(5)～式(14)、式(21)为约束条件和式(17)～式(20)为目标函数，进行多目标协同优化，生成地区热电厂电极式电锅炉的最优配置方案。