一種儲能協調儲熱式電鍋爐的容量規劃方法
【專利摘要】本發明涉及一種儲能協調儲熱式電鍋爐的容量規劃方法，所述方法包括：I、計算電價的持續熱負荷曲線的功率上限；II、計算所述電鍋爐的熱能；III、計算電價高峰時段熱負荷電能缺額；IV、計算裝置的容量；V、計算電價高峰時段和低谷時段儲能裝置功率需求；VI、計算全時段儲能裝置功率需求；本發明的容量規劃方法根據待規劃區域內年度風電、熱負荷數據、峰谷分時電價數據，兼顧安全性和經濟性，實現最大限度消納風電、系統綜合成本最低的儲能裝置與蓄熱式電鍋爐功率和容量規劃。
【專利說明】
_種儲能協調儲熱式電鍋爐的容量規劃方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種容量規劃方法，具體講涉及一種儲能協調儲熱式電鍋爐的容量規 劃方法。
【背景技術】
[0002] 節能減排、環境治理的背景下，國家出臺了一系列可再生電源利好政策，風電裝機 容量快速增長，據統計，截至2015年底，風電累積裝機容量達1.45億千瓦，我國風能資源主 要分布在東北、華北和西北地區，由于電網輸送能力不足、系統調峰能力有限、就地負荷消 納能力不足等問題，棄風成為風電產業健康發展亟待解決的重要問題。以吉林為例，棄風比 例連續多年超過20 %限值，由于風電的反調峰特性、供熱期間熱電機組以熱定電的運行方 式，吉林冬季供熱期間棄風電量約占全年棄風電量的80%，采用風電供熱成為近年來國內 解決風電消納問題的一個措施，由于風電具有隨機性、間歇性、波動性、反調峰特性，需采用 儲能儲熱裝置將棄風進行時移，以滿足熱負荷需求，從而減少棄風，提高風電的消納能力。
[0003] 但是目前儲能儲熱裝置成本較高且儲能容量有限，如何計算所需要配置的蓄熱式 電鍋爐、儲能裝置的功率和容量，實現提升風電消納能力是本領域技術人員迫切需要解決 的問題。
【發明內容】
[0004] 為了解決現有技術中所存在的上述不足，本發明提供一種儲能協調儲熱式電鍋爐 降低棄風的容量規劃方法。
[0005] 本發明提供的技術方案是：一種儲能協調儲熱式電鍋爐降低棄風的容量規劃方 法，所述方法包括如下步驟：
[0006] I、計算電價的持續熱負荷曲線的功率上限；
[0007] II、計算所述電鍋爐的熱能；
[0008] III、計算電價高峰時段熱負荷電能缺額；
[0009] IV、計算裝置的容量；
[0010] V、計算電價高峰時段和低谷時段儲能裝置功率需求；
[0011] VI、計算全時段儲能裝置功率需求。
[0012] 優選的，按下式計算所述步驟I電價持續熱負荷曲線的功率上限包括電價高峰時 段和低谷時段持續熱負荷曲線的功率上限；
[0013] 按下式計算所述電價高峰時段持續熱負荷曲線的功率上限攻：
[0014]
(1、
[0015]其中，ti = l，2,…，為電價高峰時段熱負荷的采樣點數，矽⑷表示持續時間 一年的電價高峰時段熱負荷曲線；
[0016]按下式計算所述電價低谷時段持續熱負荷曲線的功率上限片:
[0017]
(2)
[0018] 其中，t2 = l，2,...，他，他為電價低谷時段熱負荷的采樣點數，/f(M表示持續時間 一年的電價低谷時段熱負荷曲線。
[0019] 優選的，按下式計算所述步驟II電鍋爐的熱能包括電鍋爐的功率和蓄熱裝置的放 熱能力；
[0020] 按下式計算所述電鍋爐功率PEB:
[0021] (3)
[0022] 按下式計算所述蓄熱裝置放熱能力PHS:
[0023] (4)
[0024] 其中，if表示在電價高峰時段，持續熱負荷曲線功率上限，巧表示在電價低谷時 段，持續熱負荷曲線功率上限。
[0025] 優選的，按下式計算所述步驟III電價高峰時段熱負荷電能缺額Qh:
[0026] -.1 (5)
[0027] 其中，< 表示電價高峰時段棄風曲線，ΡΛω表示持續時間1天的數據 中電價高峰時段熱負荷曲線，At表示采樣步長；
[0028] 按下式計算所述棄風曲線:
[0029]
(6)
[0030] 其中，表示風電極限出力曲線，Pw(t)表示風電實際出力曲線，t = l，2, · · ·，n， η表示風電極限出力曲線G⑴、風電實際出力曲線Pw(t)、熱負荷曲線PKt)的采樣點數，三 條曲線的采樣點數相同，均為η。
[0031] 優選的，按下式計算所述步驟IV裝置包括蓄熱裝置和儲能裝置；
[0032] 按下式計算所述蓄熱裝置的容量Ehs:
[0033] EHs = PHsXTh (7)
[0034] 其中，PHS表示蓄熱裝置放熱能力，Th表示電價高峰時段的持續時間；
[0035]按下式計算所述儲能裝置的容量Eess:
[0036] (8)
[0037] 其中，η:儲能裝置能量轉換效率，nHS:蓄能供熱系統效率，Qh:電價高峰時段熱負荷 電能缺額。
[0038] 優選的，按下式計算所述步驟V的電價高峰時段儲能裝置功率需求:
[0039]
(9)
[0040] 其中，以=1，2, . . .表示t時段內對儲能裝置功率需求的最大值。
[0041] 優選的，按下式計算所述步驟V電價低谷時段儲能裝置功率需求ils ;
[0042]
(10)
[0043] 其中，V 2表示低谷時段的一個采樣點，表示持續棄風曲線在采樣點 處的值，./^0)表示電鍋爐持續出力曲線在采樣點t'2處的值。
[0044] 優選的，所述用下式計算：
[0045] L、二%
(1U
[0046] 式中，廣表示低谷時段的持續棄風曲線，'(?2)表示電鍋爐持續出力曲 線，A t表示采樣步長，η:儲能裝置能量轉換效率，Eess :儲能裝置的容量。
[0047] 優選的，按下式計算所述步驟VI全時段儲能裝置功率需求PESS:
[0048]
(12)
[0049] 式中，:電價低谷時段儲能裝置功率需求，/??表示t時段內對儲能裝置功率需 求的最大值。
[0050] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0051] 本發明根據待規劃區域內年度風電、熱負荷數據、峰谷分時電價數據，兼顧安全性 和經濟性，實現最大限度消納風電、系統綜合成本最低的儲能裝置與蓄熱式電鍋爐功率和 容量規劃。
【附圖說明】
[0052] 圖1為本發明的容量規劃方法的流程圖；
[0053]圖2為低谷時段儲能裝置功率需求示意圖。
【具體實施方式】
[0054]為了更好地理解本發明，下面結合說明書附圖和實例對本發明的內容做進一步的 說明。
[0055] 本發明提供一種儲能協調儲熱式電鍋爐降低棄風的容量規劃方法，如圖1所示，容 量規劃方法包括如下步驟：
[0056] I、計算電價的持續熱負荷曲線的功率上限，所述電價的持續熱負荷曲線的功率上 限包括電價高峰時段和電價低谷時段的持續熱負荷曲線的功率上限；
[0057] 電價高峰時段持續熱負荷曲線的功率上限用下式計算：
[0058]
(])
[0059] 其中，t1 = l，2,...，見，沁為電價高峰時段熱負荷的采樣點數，<(/,)表示持續時間 一年的電價高峰時段熱負荷曲線；
[0060]所述電價低谷時段持續熱負荷曲線的功率上限巧用下式計算：
[0061 ]
(2)
[0062]其中，t2 = l，2,...，犯，吣為電價低谷時段熱負荷的采樣點數，表示持續時間 一年的電價低谷時段熱負荷曲線;NjPN2滿足下式:Ni+N2 = N，其中，N為總采樣點數。
[0063] II、計算電鍋爐的功率和蓄熱裝置的放熱能力：
[0064]電鍋爐功率Peb用下式計算：
[0065]
么 (3)
[0066]所述蓄熱裝置放熱能力Phs用下式計算：
[0067] (4)
[0068] 其中，尸/表示在電價高峰時段，持續熱負荷曲線功率上限，#表示在電價低谷時 段，持續熱負荷曲線功率上限。
[0069] III、計算電價高峰時段熱負荷電能缺額：
[0070] 電價高峰時段熱負荷電能缺額Qh用下式計算：
[0071] (5)
[0072] 其中，表示電價高峰時段棄風曲線，ΡΛω表示持續時間1天的數據 中電價高峰時段熱負荷曲線，At表示采樣步長；
[0073] 所述棄風曲線用下式計算：
[0074]
(6)
[0075] 其中，巧⑴表示風電極限出力曲線，Pw(t)表示風電實際出力曲線，t = l，2, ···，!!， η表示風電極限出力曲線GW、風電實際出力曲線Pw(t)、熱負荷曲線PKt)的采樣點數，三 條曲線的采樣點數相同，均為η。
[0076] IV、計算蓄熱裝置和儲能裝置的容量：
[0077]蓄熱裝置的容量Ehs用下式計算：
[0078] EHs = PHsXTh (7)
[0079] 其中，PHS表示蓄熱裝置放熱能力，Th表示電價高峰時段的持續時間；
[0080] 所述儲能裝置的容量Eess用下式計算：
[0081] (8)
[0082]其中，η:儲能裝置能量轉換效率，ms:蓄能供熱系統效率，Qh:電價高峰時段熱負荷 電能缺額。
[0083] V、計算電價高峰時段儲能裝置功率需求：
[0084] 電價高峰時段儲能裝置功率需求/L用下式計算：
[0085]
(9)
[0086] 其中，以=1，2, . . .表示t時段內對儲能裝置功率需求的最大值。
[0087] 計算電價低谷時段儲能裝置功率需求：
[0088] 電價低谷時段儲能裝置功率需求/六、用下式計算：
[0089]
(10)
[0090] 其中，V 2表示低谷時段的一個采樣點，表示持續棄風曲線在采樣點 t'2處的值，/is(〇表示電鍋爐持續出力曲線在采樣點t'2處的值。
[0091] 式11中用下式計算：
[0092] ? ?2=?2
(11)
[0093] 式中，(屮表示低谷時段的持續棄風曲線，義(?:)表示電鍋爐持續出力曲 線，A t表示采樣步長，II:儲能裝置能量轉換效率，Eess :儲能裝置的容量。
[0094] VI、計算全時段儲能裝置功率需求：
[0095] 全時段儲能裝置功率需求PESS用下式計算：
[0096]
(12)
[0097] 式中，電價低谷時段儲能裝置功率需求，表示ti時段內對儲能裝置功率需 求的最大值。
[0098] 如圖1所示，步驟1:根據所獲取的待規劃區域內年度熱負荷數據和峰谷分時電價 計算電價高峰與低谷時段的持續熱負荷曲線的功率上限；
[0099] 電價高峰時段持續熱負荷曲線的功率上限磅其中，扒=1， 2.. ..，見，見為電價高峰時段熱負荷的采樣點數，介(〇表示持續時間一年的電價高峰時段 熱負荷曲線；
[0100] 電價低谷時段持續熱負荷曲線的功率上限K =max(〇2))，其中，t2 = l， 2.. ..，仏，吣為電價低谷時段熱負荷的采樣點數，巧鳥)表示持續時間一年的電價低谷時段 熱負荷曲線。
[0101] 步驟2、根據所述電價高峰時段和電價低谷時段的持續熱負荷曲線的功率上限計 算電鍋爐功率和蓄熱裝置放熱能力需求；
[0102] 電鍋爐功率Peb:
[0103] 蓄熱裝置放熱能力Phs:
[0104] 其中，碎表示在電價高-Η、」技，?形頭％貝傭=曲線功率上限，/7'表示在電價低谷時 段，持續熱負荷曲線功率上限。
[0105] 步驟3、根據所述棄風曲線、熱負荷曲線計算電價高峰時段熱負荷電能缺額；
[0106] 電價高峰時段熱負荷電能缺額Qh:
[0107]
其中，表示電價高峰時段棄風曲 線，/fh)表示持續時間1天的數據中電價高峰時段熱負荷曲線，At表示采樣步長；
[0108] 棄風曲結
[0109] 其中，G⑴農示風電極限出力曲線，Pw(t)表示風電實際出力曲線，t = l，2，...，n， η表示風電極限出力曲線<(〇、風電實際出力曲線Pw(t)、熱負荷曲線PKt)的采樣點數，三 條曲線的采樣點數相同，均為η。
[0110] 步驟4、根據所述電價高峰時段熱負荷電能缺額、蓄熱裝置與儲能系統技術參數計 算蓄熱裝置和儲能裝置的容量；
[0111] 蓄熱裝置的容量EHS:EHS = PHsXTh
[0112] 其中，Phs表示蓄熱裝置放熱能力，Th表示電價高峰時段的持續時間；
[0113] 儲能裝置的容量Eess:
[0114] 其中，η:儲能裝置能量轉換效率，nHS:蓄能供熱系統效率，Qh:電價高峰時段熱負荷 電能缺額。
[0115] 步驟5、根據所述電價高峰時段熱負荷曲線、棄風曲線、蓄熱裝置放熱能力計算電 價高峰時段儲能裝置功率需求；
[0116] 電價高峰時段儲能裝置功率需求
[0117]其中，"二^^-^見^廣^^表示持續時間一天的數據中電價高峰時段熱負荷曲 線，Phs表示蓄熱裝置放熱能力，表示電價高峰時段棄風曲線。
[0118] 步驟6、根據所述低谷時段的持續棄風曲線、電鍋爐持續出力曲線計算電價低谷時 段儲能裝置功率需求；
[0119] 如圖2所示，電價低谷時段儲能裝置功率需求：
[0120]
[0121] 其中，表示低谷時段的一個采樣點，尤-表示持續棄風曲線在采樣點 t'2處的值，表示電鍋爐持續出力曲線在采樣點t'2處的值；
[0122] 用下式計算：
[0123]
t'2 =t'i
[0124] 式中，/?-表示低谷時段的持續棄風曲線，./1(?2)表示電鍋爐持續出力曲 線，A t表示采樣步長，η:儲能裝置能量轉換效率，Eess :儲能裝置的容量。
[0125] 步驟7、根據所述電價高峰和低谷時段儲能裝置功率需求計算全時段儲能裝置功 率；
[0126] 全時段儲能裝置功率需求
[0127] 式中，電價低谷時段儲能裝置功率需求，電價高峰時段儲能裝置功率需 求。
[0128] 以上僅為本發明的實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則 之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在申請待批的本發明的權利要求范圍之 內。
【主權項】
1. 一種儲能協調儲熱式電鍋爐的容量規劃方法，其特征在于，所述方法包括：1. 計算電價的持續熱負荷曲線的功率上限； II、 計算所述電鍋爐的熱能； III、 計算電價高峰時段熱負荷電能缺額； IV、 計算裝置的容量； V、 計算電價高峰時段和低谷時段儲能裝置功率需求； VI、 計算全時段儲能裝置功率需求。2. 如權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，按下式計算所述步驟I電價持續熱負荷 曲線的功率上限包括電價高峰時段和低谷時段持續熱負荷曲線的功率上限； 按下式計算所述電價高峰時段持續熱負荷曲線的功率上限兮：(1) 其中，ti = l，2，...，化，Ni為電價高峰時段熱負荷的采樣點數，巧(〇表示持續時間一年 的電價高峰時段熱負荷曲線； 按下式計算所述電價低谷時段持續熱負荷曲線的功率上限畔；(2) 其中，t2 = l，2，...，化，化為電價低谷時段熱負荷的采樣點數，兮也》表示持續時間一年 的電價低谷時段熱負荷曲線。3. 如權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，按下式計算所述步驟II電鍋爐的熱能包 括電鍋爐的功率和蓄熱裝置的放熱能力； 按下式計算所述電鍋爐功率扣B:(呂） 按下式計算所述蓄熱裝置放熱能力扣S:(4) 其中，巧表示在電價高峰時段，持續熱負荷曲線功率上限，聳表示在電價低谷時段，持 續熱負荷曲線功率上限。4. 如權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，按下式計算所述步驟ΙΠ 電價高峰時段 熱負荷電能缺額Qh:C呂） 其中，巧材）表示電價高峰時段棄風曲線，巧貨)表示持續時間一天的數據中電 價高峰時段熱負荷曲線，At表示采樣步長； 按下式計算所述棄風曲線巧，C6) 其中，C'W表示風電極限出力曲線，p^t)表示風電實際出力曲線，* = 1，2，...，11，11表 示風電極限出力曲線G.'(〇、風電實際出力曲線Pw(t)、熱負荷曲線Pi(t)的采樣點數，Ξ條曲 線的采樣點數相同，均為η。5. 如權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，按下式計算所述步驟IV裝置包括蓄熱裝 置和儲能裝置； 按下式計算所述蓄熱裝置的容量Ehs: Ehs = PhsXT^ (7) 其中，扣康示蓄熱裝置放熱能力，Τ嗦示電價高峰時段的持續時間； 按下式計算所述儲能裝置的容量Eess:(8) 其中，η:儲能裝置能量轉換效率，ms:蓄能供熱系統效率，Qh:電價高峰時段熱負荷電能 缺額。6. 如權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，按下式計算所述步驟V的電價高峰時段 儲能裝置功率需求遊X，m 其中，ti = l，2,. . .，Ni，f?化)表示持續時間一天的數據中電價高峰時段熱負荷曲線，Phs 表示蓄熱裝置放熱能力，療(A)表示電價高峰時段棄風曲線。7. 如權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，按下式計算所述步驟V電價低谷時段儲 能裝置功率需求錢=(10) 其中，t/2表示低谷時段的一個采樣點掉）表示持續棄風曲線在采樣點t'2處 的值，乂L拓)表示電鍋爐持續出力曲線在采樣點t'2處的值。8. 如權利要求7所述的規劃方法，其特征在于，所述采樣點t/2用下式計算：式中，…"""mg"'似表示低谷時段的持續棄風曲線，店化慷示電鍋爐持續出力曲線， Δ t表示采樣步長，η:儲能裝置能量轉換效率，Eess :儲能裝置的容量。9. 如權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，按下式計算所述步驟VI全時段儲能裝置 功率需求Pess:(12) 式中，聳& i電價低谷時段儲能裝置功率需求，墻s t電價高峰時段儲能裝置的功率需求。
【文檔編號】G06Q10/04GK105976265SQ201610313411
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】修曉青, 李建林, 田春光, 惠東
【申請人】中國電力科學研究院, 國家電網公司, 國網吉林省電力有限公司