用于含燃氣?蒸汽聯合循環機組熱電系統的風電消納方法與流程
本發明屬于風電消納技術領域，特別涉及一種用于含燃氣-蒸汽聯合循環機組熱電系統的風電消納方法。
背景技術：
目前，冬季采暖期熱電聯產機組“以熱定電”的運行方式和風電的反調峰特性會造成大量的棄風損失，國內外學者針對提高風電消納能力問題展開了大量研究，主要是考慮借助電鍋爐、熱泵、儲熱裝置等電熱設施來實現熱電聯產機組的熱電解耦，進而提高風電消納水平。熱電聯產機組主要以燃煤為主，在供熱負荷一定的情況下，其發電功率的可調節范圍相對較小，機組調峰能力有限。
近年來，燃氣-蒸汽聯合循環機組得到廣泛的應用；燃氣-蒸汽聯合循環機組通常包括2臺燃氣輪機和1臺蒸汽輪機，該機組可以運行在1臺燃氣輪機帶動1臺蒸汽輪機的“一拖一”模式下或2臺燃氣輪機帶動1臺蒸汽輪機的“二拖一”模式下，與以燃煤為主的常規熱電聯產機組相比，聯合循環機組可在兩種模式間進行快速轉換，從而在更大范圍內靈活調節其發電功率，有助于提高系統的風電消納水平，目前國內尚未出現針對含燃氣-蒸汽聯合循環機組熱電系統風電消納方法的研究。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種用于含燃氣-蒸汽聯合循環機組熱電系統的風電消納方法。
為此，本發明技術方案如下：
一種用于含燃氣-蒸汽聯合循環機組熱電系統的風電消納方法，其中，熱電系統包括燃氣-蒸汽聯合循環機組、風力發電機組、火電機組、儲熱裝置，燃氣-蒸汽聯合循環機組包括2臺燃氣輪機和1臺蒸汽輪機且有“二拖一”和“一拖一”兩種運行方式，所述的風電消納方法包括按順序進行的下列步驟：
1)設定含燃氣-蒸汽聯合循環機組熱電系統的相關參數值；
2)搭建熱電系統運行成本函數；
3)設定熱電系統運行約束條件；
4)以熱電系統運行成本函數值最小為目標，對熱電系統運行成本函數的未知參數進行求解。
所述的步驟1)中的相關參數值是針對一個調度時段設定的，相關參數值包括電力用戶的預測電力需求、熱力用戶的預測熱力需求、儲熱裝置最大儲熱量、最大儲/放熱功率、漏熱損失系數、燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“二拖一”運行模式時純凝工況的最大/最小電出力、燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“二拖一”運行模式時最小抽凝工況的最大/最小電出力與最大/最小熱出力、燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“一拖一”運行模式時純凝工況的最大/最小電出力、燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“一拖一”運行模式時最小抽凝工況的最大/最小電出力與最大/最小熱出力、火電機組的運行成本系數、燃氣-蒸汽聯合循環機組的運行成本系數、火電機組的最小發電功率和最大發電功率。
所述的步驟2)中的熱電系統運行成本函數模型為f＝cr+ce，cr為火電機組的運行成本，ce為“二拖一”燃氣-蒸汽聯合循環機組的運行成本，其中，
所述的步驟3)中的熱電系統運行約束條件包括等式約束和不等式約束；
等式約束包括電平衡與熱平衡約束；
不等式約束包括儲熱裝置約束、燃氣-蒸汽聯合循環機組出力約束、火電機組出力約束。
所述的電平衡與熱平衡約束為：
其中，pk,t為t時段風力發電機組k的預測出力，hs,t為t時段儲熱裝置s的熱功率；pload,t為t時段電力用戶的預測電力需求，hload,t為t時段熱力用戶的預測熱力需求，gw為風電機組的集合，gs為儲熱裝置的集合；
所述的儲熱裝置約束為：
0≤st≤smax(4)
δt(hin,t-hout,t-klossst)＝st+1-st(7)
其中，st為t時段儲熱裝置的儲熱量，smax為儲熱裝置的最大儲熱量，hin,t為t時段儲熱裝置的儲熱功率，
所述的燃氣-蒸汽聯合循環機組出力約束為：
其中，
pj,t、hj,t分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組預測電出力與預測熱出力；p1、p2、h1、h2分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“二拖一”運行模式時最小抽凝工況的最大/最小電出力與最大/最小熱出力；p3、p4分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“二拖一”運行模式時純凝工況的最大/最小電出力；p1'、p2'、h1'、h'2分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“一拖一”運行模式時最小抽凝工況的最大/最小電出力與最大/最小熱出力；p3'、p'4分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“一拖一”運行模式時純凝工況的最大/最小電出力；
所述的火電機組出力約束為：
pi,min≤pi,t≤pi,max(i∈gr)(9)
其中，pi,min為火電機組i的最小發電功率，pi,max為火電機組i的最大發電功率。
所述的步驟4)中對熱電運行成本函數進行求解時，包括按順序進行的下列步驟：
ⅰ)將燃氣-蒸汽聯合循環機組的運行模式從u1＝1、u2＝0或u1＝0、u2＝1的取值范圍擴展至u1,u2∈[0,1]；
ⅱ)建立隊列rp和隊列ip，隊列rp存儲賦值過程中產生的待優化初始解，隊列ip存儲最優解；
ⅲ)在步驟ⅰ)的基礎上利用單純形算法并結合熱電系統運行約束條件對熱電系統運行成本函數進行求解，并判斷是否存在可行解，若不存在可行解，則終止求解過程；若存在可行解x0，則進入下一步；
ⅳ)將可行解x0作為初始節點采用內點法在步驟ⅰ)的基礎上對熱電系統運行成本函數進行求解，得到最優解
ⅴ)將步驟ⅳ)中求得的最優解
ⅵ)判斷當前最優解
ⅶ)判斷函數值
ⅷ)確定不滿足整數約束條件的調度時段t，若有多個調度時段，取調度時段t的最小值，對調度時段t的運行模式變量u1、u2分別進行賦值，令
ⅸ)判斷函數值
ⅹ)判斷隊列rp是否為空，若為空，輸出隊列ip中存儲的最優解，否則，采用后進先出的原則選擇隊列rp中一個節點作為起始節點采用內點法對步驟ⅰ)的基礎上并結合約束條件的熱電系統運行成本函數進行求解，得到另一個新的最優解
與現有技術相比，該用于含燃氣-蒸汽聯合循環機組熱電系統的風電消納方法建立了計及燃氣-蒸汽聯合循環機組模式轉換特性的熱-電聯合調度模型，提出了一種熱-電聯合調度方法，有助于解決冬季供暖期的棄風現象，可為熱電聯產提供良好的理論基礎和科學指導。
附圖說明
圖1為本發明提供的的用于含燃氣-蒸汽聯合循環機組熱電系統的風電消納方法的流程圖。
圖2為求解熱電系統運行成本函數的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的說明，但下述實施例絕非對本發明有任何限制。
如圖1-2所示，該用于含燃氣-蒸汽聯合循環機組熱電系統的風電消納方法中的熱電系統包括燃氣-蒸汽聯合循環機組、風力發電機組、火電機組、儲熱裝置，燃氣-蒸汽聯合循環機組包括2臺燃氣輪機和1臺蒸汽輪機且有“二拖一”和“一拖一”兩種運行方式，所述的風電消納方法包括按順序進行的下列步驟：
1)設定含燃氣-蒸汽聯合循環機組熱電系統的相關參數值；
2)搭建熱電系統運行成本函數；
3)設定熱電系統運行約束條件；
4)以熱電系統運行成本函數值最小為目標，對熱電運行成本函數的未知參數進行求解。
所述的步驟1)中的相關參數值是針對一個調度時段設定的，相關參數值包括電力用戶的預測電力需求、熱力用戶的預測熱力需求、儲熱裝置最大儲熱量、最大儲/放熱功率、漏熱損失系數、燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“二拖一”運行模式時純凝工況的最大/最小電出力、燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“二拖一”運行模式時最小抽凝工況的最大/最小電出力與最大/最小熱出力、燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“一拖一”運行模式時純凝工況的最大/最小電出力、燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“一拖一”運行模式時最小抽凝工況的最大/最小電出力與最大/最小熱出力、火電機組的運行成本系數、燃氣-蒸汽聯合循環機組的運行成本系數、火電機組的最小發電功率和最大發電功率。
所述的步驟2)中的熱電系統運行成本函數模型為f＝cr+ce，cr為火電機組的運行成本，ce為“二拖一”燃氣-蒸汽聯合循環機組的運行成本，其中，
所述的步驟3)中的熱電系統運行約束條件包括等式約束和不等式約束；
等式約束包括電平衡與熱平衡約束；
不等式約束包括儲熱裝置約束、燃氣-蒸汽聯合循環機組出力約束、火電機組出力約束。
所述的電平衡與熱平衡約束為：
其中，pk,t為t時段風力發電機組k的預測出力，hs,t為t時段儲熱裝置s的熱功率；pload,t為t時段電力用戶的預測電力需求，hload,t為t時段熱力用戶的預測熱力需求，gw為風電機組的集合，gs為儲熱裝置的集合；
所述的儲熱裝置約束為：
0≤st≤smax(4)
δt(hin,t-hout,t-klossst)＝st+1-st(7)
其中，st為t時段儲熱裝置的儲熱量，smax為儲熱裝置的最大儲熱量，hin,t為t時段儲熱裝置的儲熱功率，
所述的燃氣-蒸汽聯合循環機組出力約束為：
其中，
pj,t、hj,t分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組預測電出力與預測熱出力；p1、p2、h1、h2分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“二拖一”運行模式時最小抽凝工況的最大/最小電出力與最大/最小熱出力；p3、p4分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“二拖一”運行模式時純凝工況的最大/最小電出力；p'1、p'2、h'1、h'2分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“一拖一”運行模式時最小抽凝工況的最大/最小電出力與最大/最小熱出力；p'3、p'4分別為燃氣-蒸汽聯合循環機組處于“一拖一”運行模式時純凝工況的最大/最小電出力；
所述的火電機組出力約束為：
pi,min≤pi,t≤pi,max(i∈gr)(9)
其中，pi,min為火電機組i的最小發電功率，pi,max為火電機組i的最大發電功率。
所述的步驟4)中對熱電運行成本函數進行求解時，包括按順序進行的下列步驟：
ⅰ)將燃氣-蒸汽聯合循環機組的運行模式從u1＝1、u2＝0或u1＝0、u2＝1的取值范圍擴展至u1,u2∈[0,1]；
ⅱ)建立隊列rp和隊列ip，隊列rp存儲賦值過程中產生的待優化初始解，隊列ip存儲最優解；
ⅲ)在步驟ⅰ)的基礎上利用單純形算法并結合熱電系統運行約束條件對熱電系統運行成本函數進行求解，并判斷是否存在可行解，若不存在可行解，則終止求解過程；若存在可行解x0，則進入下一步；
ⅳ)將可行解x0作為初始節點采用內點法在步驟ⅰ)的基礎上對熱電系統運行成本函數進行求解，得到最優解
ⅴ)將步驟ⅳ)中求得的最優解
ⅵ)判斷當前最優解
ⅶ)判斷函數值
ⅷ)確定不滿足整數約束條件的調度時段t，若有多個調度時段，取調度時段t的最小值，對調度時段t的運行模式變量u1、u2分別進行賦值，令
ⅸ)判斷函數值
ⅹ)判斷隊列rp是否為空，若為空，輸出隊列ip中存儲的最優解，否則，采用后進先出的原則選擇隊列rp中一個節點作為起始節點采用內點法對步驟ⅰ)的基礎上并結合約束條件的熱電系統運行成本函數進行求解，得到另一個新的最優解
最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而并非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所述領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者同等替換，而未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
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