一种蓄热式电锅炉参与的电力系统调峰方法和调峰系统与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及电路系统及其自动化技术领域，具体为一种蓄热式电锅炉参与的电力系统调峰方法和调峰系统。背景技术：2.我国风电产业发展迅速，风电装机容量居世界首位。在冬季供暖期间，北方地区热电机组“以热定电”运行，机组向下调峰能力不足进一步导致夜间低谷时段大规模的“弃风”。如何消纳风电已经成为制约我国风力发电发展的关键问题之一。为解决我国的风电消纳问题，国家出台了一系列措施，明确提出要尝试推广弃风电力供热，促进电负荷向热负荷的转化。3.蓄热式电锅炉可吸收电能，储存和释放热能；储能系统也可通过动态吸收及释放电能，实时实现电网调度；在风电出力过剩时，存储电能以减少弃风，在风电出力不足时，释放电能或热能以满足电负荷或热负荷需求，以此消纳风电弃风，但蓄热式电锅炉传统的消纳风电方式效率低下。4.公布号为cn113221299a的发明专利申请公开了一种蓄热式电锅炉参与电力系统调峰的运行优化方法，该申请基于历史数据构建了气温预测误差的概率分布模型，并结合分布鲁棒优化在功率曲线制定阶段考虑了预测误差的影响，能够降低环境温度不确定性对蓄热式电锅炉参与调峰的影响。但仍未解决上述问题。技术实现要素：5.本发明所要解决的技术问题在于：如何提高蓄热式电锅炉消纳风电方式的效率。6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：7.一种蓄热式电锅炉参与的电力系统调峰方法，包括如下方法：8.s1、建立蓄热式电锅炉融合储能调峰系统的数学模型；包括9.s11、建立收益最大为目标的目标函数，计算公式为：[0010][0011]式中，为t时段风电场利用蓄热式电锅炉和电化学储能消纳的弃风电量；为t时段向供热公司提供的热量；为t时段向电网公司的购电量， c1为风电上网电价；c2为热量价格，c3为优惠购电价格；[0012]s12、确定蓄热式电锅炉收益最大的约束条件；[0013]s2、对收益情况进行仿真分析，得到蓄热式电锅炉最优控制方式。[0014]优点：本发明以蓄热式电锅炉储能收益最大为目标建立目标函数，并确定相应的约束条件，最后对收益情况进行优化求解，从而得到蓄热式电锅炉的最优控制方式。本发明的优化控制方法比蓄热式电锅炉采用的传统消纳风电方式效率大幅度提升，而且经济收益也有较大的提高。[0015]优选地，所述步骤s11中的t时段向供热公司提供的热量的计算公式为：[0016][0017]α是电转热系数，是t时段购电量中用来加热电锅炉直接向管网供热的部分；为t时段蓄热罐向管网供热的热量；为t时段电化学储能放电的电量。[0018]优选地，所述步骤s11中的t时段系统向电网购电的电量的计算公式为：[0019][0020]是t时段购电量中用来加热电锅炉直接向管网供热的部分；为t时段购电电量中用来加热电锅炉为蓄热罐储热供热的部分；为t时段电化学储能存储充电的电。[0021]优选地，所述步骤s2中的约束条件包括：[0022]弃风约束：t时刻风电场向电网公司出售的弃风发电量应不大于风电场总的发电量即[0023]合约约束：风电场与电网公司之间的购售电合约考虑两种情况：[0024]第一种情况是风电场每天允许在弃风时段增发固定的电量，这个电量也是每天蓄热式电锅炉在负荷低谷时段消纳的电量，即[0025]第二种情况是只要求蓄热式电锅炉在负荷低估时段购电的电量不小于风电场利用弃风增发的电量，即合约规定了每个时刻想供热公司供热的下限，即[0026]功率平衡约束：蓄热式电锅炉的热功率平衡约束：[0027][0028]电化学储能的电功率平衡约束：[0029][0030]蓄热储能能量约束：蓄热罐每个时段用在合理范围之内：[0031][0032]式中，qmax为蓄热罐最大储热量；qmin为蓄热罐最小储热量。[0033]优选地，所述步骤s3的仿真分析包括：[0034]风电场数据分析：获取风电场的风功率信息，进而获取弃风功率的信息；[0035]算例分析：在供热中期内随机选取一天的实测数据进行仿真分析；[0036]收益分析：利用改进的粒子群算法对目标函数进行求解，得到混合系统实验日内各个时段的收益情况。[0037]优选地，所述步骤s3中的仿真分析还包括：[0038]协调优化控制方法：在弃风功率高于直供热功率上限时段，锅炉以供热上限功率运行；在弃风功率在直供热功率范围内时刻，系统以弃风功率直供热，储热及储能电池不冲不放，储热储能系统储量不变；在弃风功率低于直供热下限时，电锅炉以弃风功率运行。[0039]本发明还公开一种蓄热式电锅炉参与的电力系统调峰系统，包括如下模块：[0040]数学模型建立模块，用来建立蓄热式电锅炉融合储能调峰系统的数学模型；包括下列单元：[0041]目标函数建立单元，用来建立收益最大为目标的目标函数，计算公式为：[0042][0043]式中，为t时段风电场利用蓄热式电锅炉和电化学储能消纳的弃风电量；为t时段向供热公司提供的热量；为t时段向电网公司的购电量， c1为风电上网电价；c2为热量价格，c3为优惠购电价格；[0044]约束条件确定单元，用来确定蓄热式电锅炉收益最大的约束条件；[0045]仿真分析单元，用来对收益情况进行仿真分析，得到蓄热式电锅炉最优控制方式。[0046]优选地，所述目标函数建立单元包括计算单元，用于计算t时段向供热公司提供的热量计算公式为：[0047][0048]α是电转热系数，是t时段购电量中用来加热电锅炉直接向管网供热的部分；为t时段蓄热罐向管网供热的热量；为t时段电化学储能放电的电量。[0049]优选地，所述目标函数建立单元包括计算单元，用于计算t时段系统向电网购电的电量计算公式为：[0050][0051]是t时段购电量中用来加热电锅炉直接向管网供热的部分；为t时段购电电量中用来加热电锅炉为蓄热罐储热供热的部分；为t时段电化学储能存储充电的电。[0052]优选地，所述约束条件确定单元包括：[0053]弃风约束确定单元：用于确定t时刻风电场向电网公司出售的弃风发电量应不大于风电场总的发电量即[0054]合约约束确定单元：风电场与电网公司之间的购售电合约考虑两种情况：[0055]第一种情况是用于确定风电场每天允许在弃风时段增发固定的电量，这个电量也是每天蓄热式电锅炉在负荷低谷时段消纳的电量，即[0056]第二种情况是用于确定蓄热式电锅炉在负荷低估时段购电的电量不小于风电场利用弃风增发的电量，即同时用于确定每个时刻想供热公司供热的下限，即[0057]功率平衡约束确定单元：用于确定蓄热式电锅炉的热功率平衡约束：[0058][0059]电化学储能的电功率平衡约束确定单元，计算公式为：[0060][0061]蓄热储能能量约束确定单元：用于确定蓄热罐每个时段用在合理范围之内：[0062][0063]式中，qmax为蓄热罐最大储热量；qmin为蓄热罐最小储热量。[0064]与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以蓄热式电锅炉储能收益最大为目标建立目标函数，综合考虑了弃风约束、合约约束、能力约束及功率约束等约束条件，利用改进的粒子群算法进行优化求解，得出弃风电量是影响混合系统收益首要因素，灵活的电价机制可提升系统总收益，本发明的优化控制方法比蓄热式电锅炉采用的传统消纳风电方式效率大幅度提升，而且经济收益也有较大的提高。附图说明[0065]图1为本发明的实施例的电工艺流程图；[0066]图2为本发明的实施例的蓄热式电锅炉传统方式消纳风电示意图；[0067]图3为本发明的实施例的协调优化控制方式消纳风电示意图；[0068]图4为本发明的实施例的单一电价下混合系统各时刻收益示意图。具体实施方式[0069]为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。[0070]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。[0071]参阅图1，本实施例公开了一种蓄热式电锅炉参与的电力系统调峰方法，包括如下步骤：[0072]s1、建立蓄热式电锅炉融合储能调峰系统的数学模型；包括[0073]s11、建立收益最大为目标的目标函数，计算公式为：[0074][0075]式中，为t时段风电场利用蓄热式电锅炉和电化学储能消纳的弃风电量；为t时段向供热公司提供的热量；为t时段向电网公司的购电量， c1为风电上网电价；c2为热量价格，c3为优惠购电价格。[0076]其中，t时段向供热公司提供的热量的计算公式为：[0077][0078]α是电转热系数，是t时段购电量中用来加热电锅炉直接向管网供热的部分；为t时段蓄热罐向管网供热的热量；为t时段电化学储能放电的电量。[0079]t时段系统向电网购电的电量的计算公式为：[0080][0081]是t时段购电量中用来加热电锅炉直接向管网供热的部分；为t时段购电电量中用来加热电锅炉为蓄热罐储热供热的部分；为t时段电化学储能存储充电的电。[0082]s12、确定蓄热式电锅炉收益最大的约束条件。约束条件包括：[0083]弃风约束：t时刻风电场向电网公司出售的弃风发电量应不大于风电场总的发电量即[0084]合约约束：风电场与电网公司之间的购售电合约考虑两种情况：[0085]第一种情况是风电场每天允许在弃风时段增发固定的电量，这个电量也是每天蓄热式电锅炉在负荷低谷时段消纳的电量，即[0086]第二种情况是只要求蓄热式电锅炉在负荷低估时段购电的电量不小于风电场利用弃风增发的电量，即合约规定了每个时刻想供热公司供热的下限，即[0087]功率平衡约束：蓄热式电锅炉的热功率平衡约束：[0088][0089]电化学储能的电功率平衡约束：[0090][0091]蓄热储能能量约束：蓄热罐每个时段用在合理范围之内：[0092][0093]式中，qmax为蓄热罐最大储热量；qmin为蓄热罐最小储热量。[0094]s2、对收益情况进行仿真分析，得到蓄热式电锅炉最优控制方式。具体包括：[0095]风电场数据分析：获取风电场的风功率信息，进而获取弃风功率的信息，风电场集群控制系统通过风功率预测系统得到风电场集群内各个风电场1h级有功出力信息，考虑负荷需求及调度安排得到全天的弃风信息。[0096]算例分析：在供热中期内随机选取一天的实测数据进行仿真分析；本实施例在风厂供热中期内随机选取一天弃风电量代替蓄热式电锅炉传统方式的弃风预测电量进行仿真分析。传统方式消纳风电如图2所示，本实施例的优化控制方式消纳风电如图3所示。[0097]协调优化控制方法：在弃风功率高于直供热功率上限时段，锅炉以供热上限功率运行；在弃风功率在直供热功率范围内时刻，系统以弃风功率直供热，储热及储能电池不冲不放，储热储能系统储量不变；在弃风功率低于直供热下限时，电锅炉以弃风功率运行；[0098]参阅图3，未接入混合系统时，24h弃风电量高大632.85mw·h；接入混合系统共消纳611.24mw·h弃风电量，与图2的传统运行控制方式相比，多消纳弃风电量392.21mw·h；[0099]协调优化控制方法：在弃风功率高于直供热功率上限时段，锅炉以供热上限功率运行；在弃风功率在直供热功率范围内时刻，系统以弃风功率直供热，储热及储能电池不冲不放，储热储能系统储量不变；在弃风功率低于直供热下限时，电锅炉以弃风功率运行。[0100]收益分析：利用改进的粒子群算法对目标函数进行求解，得到混合系统实验日内各个时段的收益情况。本实施例中，取c1＝0.58元/(kw·h)、c2＝30元/(gj)、c3＝0.45元/(kw·h)得到混合系统实验日内各个时段的收益情况，结果如图4所示。[0101]参阅图4，各个收益较大的时刻如：01:00、02:00、23:00均为弃风电量较大的时刻，弃风功率超过直供热上限，整个收益走势与弃风功率曲线移植，证明弃风电量是影响混合系统实时收益的重要因素。[0102]若混合系统不以单一电价从电网购买，采用分时电价或实时电价模式，结果如表1所示：[0103]表1、不同购电模式电价表[0104][0105][0106]表2、全天收益表[0107]购电模式单一电价分时电价实时电价全天总收益172385.124176214.25177452.3[0108]不同电价模式下混合系统总收益如表2所示。与单一电价相比，分时电价、实时电价下混合系统总收益有所提高，得出购电价格是影响系统总体收益的另一主要因素。[0109]仿真结果表明，本发明以蓄热式电锅炉储能收益最大为目标建立目标函数，综合考虑了弃风约束、合约约束、能力约束及功率约束等约束条件，利用改进的粒子群算法进行优化求解，得出弃风电量是影响混合系统收益首要因素，灵活的电价机制可提升系统总收益，本发明的优化控制方法比蓄热式电锅炉采用的传统消纳风电方式效率大幅度提升，而且经济收益也有较大的提高。[0110]本实施例还公开了一种蓄热式电锅炉参与的电力系统调峰系统，包括如下模块：[0111]数学模型建立模块，用来建立蓄热式电锅炉融合储能调峰系统的数学模型；包括下列单元：[0112]目标函数建立单元，用来建立收益最大为目标的目标函数，计算公式为：[0113][0114]式中，为t时段风电场利用蓄热式电锅炉和电化学储能消纳的弃风电量；为t时段向供热公司提供的热量；为t时段向电网公司的购电量， c1为风电上网电价；c2为热量价格，c3为优惠购电价格；[0115]约束条件确定单元，用来确定蓄热式电锅炉收益最大的约束条件；[0116]仿真分析单元，用来对收益情况进行仿真分析，得到蓄热式电锅炉最优控制方式。[0117]其中，目标函数建立单元包括计算单元，用于计算t时段向供热公司提供的热量计算公式为：[0118][0119]α是电转热系数，是t时段购电量中用来加热电锅炉直接向管网供热的部分；为t时段蓄热罐向管网供热的热量；为t时段电化学储能放电的电量。[0120]目标函数建立单元包括计算单元，用于计算t时段系统向电网购电的电量计算公式为：[0121][0122]是t时段购电量中用来加热电锅炉直接向管网供热的部分；为t时段购电电量中用来加热电锅炉为蓄热罐储热供热的部分；为t时段电化学储能存储充电的电。[0123]约束条件确定单元包括：[0124]弃风约束确定单元：用于确定t时刻风电场向电网公司出售的弃风发电量应不大于风电场总的发电量即[0125]合约约束确定单元：风电场与电网公司之间的购售电合约考虑两种情况：[0126]第一种情况是用于确定风电场每天允许在弃风时段增发固定的电量，这个电量也是每天蓄热式电锅炉在负荷低谷时段消纳的电量，即[0127]第二种情况是用于确定蓄热式电锅炉在负荷低估时段购电的电量不小于风电场利用弃风增发的电量，即同时用于确定每个时刻想供热公司供热的下限，即[0128]功率平衡约束确定单元：用于确定蓄热式电锅炉的热功率平衡约束：[0129][0130]电化学储能的电功率平衡约束确定单元，计算公式为：[0131][0132]蓄热储能能量约束确定单元：用于确定蓄热罐每个时段用在合理范围之内：[0133][0134]式中，qmax为蓄热罐最大储热量；qmin为蓄热罐最小储热量。[0135]仿真分析单元包括：[0136]风电场数据分析单元：用于获取风电场的风功率信息，进而获取弃风功率的信息；[0137]算例分析单元：用于在供热中期内随机选取一天的实测数据进行仿真分析；[0138]收益分析单元：用于利用改进的粒子群算法对目标函数进行求解，得到混合系统实验日内各个时段的收益情况。[0139]协调优化控制单元：用于在弃风功率高于直供热功率上限时段，锅炉以供热上限功率运行；在弃风功率在直供热功率范围内时刻，系统以弃风功率直供热，储热及储能电池不冲不放，储热储能系统储量不变；在弃风功率低于直供热下限时，电锅炉以弃风功率运行。[0140]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。[0141]以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。









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