本發(fā)明涉及儲(chǔ)能，主要涉及一種基于市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的熱電聯(lián)產(chǎn)與儲(chǔ)能協(xié)同配置及優(yōu)化運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

1、為了提高風(fēng)電資源的上網(wǎng)能力，目前北方地區(qū)主要采用在風(fēng)電場(chǎng)側(cè)加裝儲(chǔ)能裝置和采用風(fēng)電供暖的方法，即在原始的熱電機(jī)組中加入儲(chǔ)熱裝置、儲(chǔ)電裝置或電鍋爐等裝置構(gòu)成熱電儲(chǔ)混合的綜合能源系統(tǒng)。在熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中接入熱儲(chǔ)能設(shè)備是提升熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)峰和輔助服務(wù)的有效措施之一，能夠?qū)L(fēng)電高峰期時(shí)多余的電量轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存起來(lái)，并在風(fēng)電低谷時(shí)期供給于熱用戶，熱電機(jī)組聯(lián)合互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)由此得到了充分體現(xiàn)，進(jìn)而有效地增強(qiáng)了電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力，提升了電網(wǎng)對(duì)間歇性可再生能源的消納能力。

2、但是現(xiàn)有的技術(shù)存在的缺陷在于：

3、（1）傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)僅關(guān)注于電力和熱能的聯(lián)合生產(chǎn)，缺乏對(duì)電力市場(chǎng)需求靈活響應(yīng)的機(jī)制，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率不高。

4、（2）儲(chǔ)能技術(shù)雖然可以提高電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性，但在與熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行方面存在整合不足，無(wú)法充分發(fā)揮系統(tǒng)整體效益。

5、（3）目前的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)往往缺乏整體協(xié)同優(yōu)化策略，無(wú)法根據(jù)市場(chǎng)需求和能源價(jià)格動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行方式，造成系統(tǒng)資源浪費(fèi)和效益降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的熱電聯(lián)產(chǎn)與儲(chǔ)能協(xié)同配置方法，此方法結(jié)合市場(chǎng)需求和能源價(jià)格制定系統(tǒng)運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)同工作，提高能源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，最大化系統(tǒng)效益。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的熱電聯(lián)產(chǎn)與儲(chǔ)能協(xié)同配置及優(yōu)化運(yùn)行方法，包括以下步驟：

3、步驟1，構(gòu)建熱電儲(chǔ)綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

4、步驟2，構(gòu)建抽凝式汽輪機(jī)組模型；

5、步驟3，構(gòu)建蓄熱水箱模型；

6、步驟4，構(gòu)建電力市場(chǎng)約束與目標(biāo)函數(shù)；

7、步驟5，目標(biāo)函數(shù)求解。

8、優(yōu)選的，所述步驟1中熱電儲(chǔ)綜合能源系統(tǒng)由兩種能量網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，包括區(qū)域供熱網(wǎng)與電網(wǎng)；其中，用戶的熱需求由熱電機(jī)組與儲(chǔ)熱裝置協(xié)同供給，其中，熱電機(jī)組的部分熱能存入蓄熱水箱中，為系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)空間。

9、優(yōu)選的，所述步驟1中系統(tǒng)電熱平衡關(guān)系如下式：

10、；

11、；

12、；

13、；

14、式中，為 t時(shí)段熱電機(jī)組總的電出力，mw；為 t時(shí)段熱電機(jī)組電負(fù)荷，mw；為 t時(shí)段機(jī)組總熱出力，mw；為t時(shí)段機(jī)組供應(yīng)熱負(fù)荷的那部分熱出力，mw；為 t時(shí)段蓄熱水罐的儲(chǔ)熱功率，mw；為機(jī)組存入蓄熱水箱的熱出力，mw；為 t時(shí)段蓄熱水罐放熱功率，mw；為 t時(shí)段的熱負(fù)荷，mw。

15、優(yōu)選的，所述步驟2中具體包括：

16、步驟2.1，構(gòu)建抽凝式汽輪機(jī)的輸出功率和輸入的蒸汽流量關(guān)系模型：

17、所述抽凝式汽輪機(jī)的輸出功率和輸入的蒸汽流量關(guān)系表示為：

18、（1）；

19、式中， g( t)是汽輪機(jī) t時(shí)刻的輸入的蒸汽流量，kg/s； p(t)是汽輪機(jī) t時(shí)刻的電功率，mw；為發(fā)電機(jī)效率，為汽輪機(jī)內(nèi)效率，為汽輪機(jī)機(jī)械、散熱、自用動(dòng)力損失效率；為汽輪機(jī)進(jìn)汽焓，mj/kg；為汽輪機(jī)排汽焓，mj/kg；

20、汽輪機(jī)各項(xiàng)效率均已知，假設(shè)汽輪機(jī)焓降始終保持不變，則汽輪機(jī)的輸出功率和輸入的蒸汽流量關(guān)系可簡(jiǎn)化為線性化關(guān)系，即：

21、（2）；

22、其中，定義為電功率轉(zhuǎn)換系數(shù)；

23、步驟2.2，構(gòu)建鍋爐模型：

24、通過(guò)控制燃料輸入量來(lái)控制機(jī)組主蒸汽量，熱功率與輸入燃料量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

25、（3）；

26、式中， f( t)為 t時(shí)刻輸入鍋爐的燃料量，為 t時(shí)刻輸入汽輪機(jī)的熱功率，與分別為鍋爐的熱效率與鍋爐管道的熱效率；

27、輸入汽輪機(jī)的熱功率由能量守恒定律可得：

28、（4）；

29、式中， g( t)為 t時(shí)刻的主蒸汽流量，kg/s；為主蒸汽比焓，mj/kg；為鍋爐給水比焓，mj/kg；

30、聯(lián)立可得輸入鍋爐的燃料量和主蒸汽流量的關(guān)系為：

31、（5）；

32、假設(shè)機(jī)組給水比焓增不變，定義蒸汽量-燃料量轉(zhuǎn)換系數(shù)為：

33、（6）；

34、可得輸入鍋爐的燃料量和主蒸汽流量之間存在線性關(guān)系為：

35、（7）；

36、輸入鍋爐的燃料量存在最大運(yùn)行范圍約束，即：

37、（8）；

38、式中，與分別為機(jī)組燃料輸入量的上下限，mw；

39、鍋爐燃料爬坡約束為：

40、（9）；

41、式中：與分別為機(jī)組燃料輸入量的上下最大爬坡功率，mw；

42、步驟2.3，構(gòu)建換熱站模型：

43、抽凝式熱電機(jī)組主要依靠換熱站與熱網(wǎng)進(jìn)行熱量交換，主要考慮分配系統(tǒng)，當(dāng)抽凝式機(jī)組通過(guò)抽取一部分蒸汽進(jìn)行供熱時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，其供熱出力的計(jì)算方法如下：

44、（10）；

45、（11）；

46、式中，為 t時(shí)刻供熱抽汽流量，kg/s；為抽取供熱蒸汽的比焓，mj/kg；為供熱抽汽完成熱量交換后形成的疏水的比焓，mj/kg；

47、假設(shè)供熱抽汽比焓降不變，則供熱抽汽流量和機(jī)組供熱出力間存在如下線性關(guān)系：

48、（12）；

49、式中，為供熱抽汽比焓降，mj/kg；

50、步驟2.4，抽凝式汽輪機(jī)組運(yùn)行特性：

51、抽凝式汽輪機(jī)組的電出力為：

52、（13）；

53、式中：與分別是汽輪機(jī)高、中壓缸與低壓缸的電功率轉(zhuǎn)換系數(shù)；

54、聯(lián)立上式可得抽凝式汽輪機(jī)組的可行運(yùn)行范圍；

55、背壓工況下電熱出力分別為：

56、（14）；

57、（15）；

58、式中，為了便于計(jì)算，定義：；

59、綜上所述，抽凝式汽輪機(jī)的可運(yùn)行范圍主要受到兩個(gè)因素的約束，分別是燃料輸入量和供熱抽汽量，進(jìn)而可知機(jī)組電熱出力的上下限為：

60、（16）；

61、；

62、當(dāng)時(shí)，電出力下限由機(jī)組最小燃料量決定；當(dāng)時(shí)，電出力下限為相同熱出力下機(jī)組背壓工況的電出力，即：

63、（17）；

64、機(jī)組電出力上限由最大燃料量決定，即：

65、（18）；

66、式中： fmax為最大燃料量；為純凝工況下機(jī)組的電出力；為純凝工況下機(jī)組的熱出力。

67、優(yōu)選的，所述步驟3中具體包括：

68、熱電機(jī)組的“以熱定電”約束能夠通過(guò)在機(jī)組中加入儲(chǔ)熱裝置得到一定程度上的解耦，其運(yùn)行模型表示為：

69、（19）；

70、（20）；

71、（21）；

72、式中，為蓄熱罐在 ｔ時(shí)刻的蓄熱容量，mwh；和分別為 ｔ時(shí)刻內(nèi)的蓄熱水罐的吸放熱功率以及效率；為蓄熱水罐儲(chǔ)熱上限，mwh；為蓄熱水罐儲(chǔ)熱初值，mwh；

73、蓄熱水罐儲(chǔ)放熱效率存在如下約束：

74、（22）；

75、（23）；

76、式中，與為蓄熱水罐最大儲(chǔ)放熱比例。

77、優(yōu)選的，所述步驟4中具體包括：

78、以在日前市場(chǎng)和?mfrr?服務(wù)市場(chǎng)獲得最高收益作為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化模型構(gòu)建。則目標(biāo)函數(shù)為：

79、（24）；

80、式中，為日前市場(chǎng)收益，為輔助服務(wù)市場(chǎng)的能量補(bǔ)償，為機(jī)組燃料成本；

81、其中日前市場(chǎng)收益計(jì)算方式為：

82、（25）；

83、式中，與為日前市場(chǎng)各時(shí)段的中標(biāo)價(jià)格與投標(biāo)量；

84、能量補(bǔ)償?shù)挠?jì)算公式為：

85、（26）；

86、式中，與為上下調(diào)頻市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格，與為上下調(diào)頻市場(chǎng)投標(biāo)量；

87、機(jī)組燃料成本計(jì)算方法為：

88、（27）；

89、式中，為單位燃料成本；

90、市場(chǎng)投標(biāo)量與機(jī)組電出力的關(guān)系為：

91、（28）；

92、此外，輔助服務(wù)市場(chǎng)存在投標(biāo)量的上下限，即：

93、（29）；

94、（30）；

95、與為輔助市場(chǎng)投標(biāo)量上下限，0-1決策變量與代表是否參加上下調(diào)頻市場(chǎng)的投標(biāo)；

96、使用大m法對(duì)（17）進(jìn)行線性化：

97、（31）；

98、（32）；

99、（33）；

100、（34）；

101、（35）；

102、式中， m為一足夠大的數(shù)，為大 m法的輔助0-1變量。

103、優(yōu)選的，所述步驟5中具體包括：

104、約束條件線性化后，此模型為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，寫(xiě)作如下形式：

105、（36）。

106、所述步驟5的具體求解過(guò)程為：

107、步驟5.1，開(kāi)始；

108、步驟5.2，輸入熱電機(jī)組，蓄熱水罐的技術(shù)參數(shù)，設(shè)置額定容量；

109、步驟5.3，輸入當(dāng)前典型日各小時(shí)熱負(fù)荷數(shù)據(jù)與電力市場(chǎng)價(jià)格；設(shè)置投標(biāo)量上下限；

110、步驟5.4，判斷是否完成所有典型日；如果是，則進(jìn)入到步驟5.5，如果否，則進(jìn)入到下個(gè)典型日，并返回到步驟5.3；

111、步驟5.5，調(diào)用cplex求解優(yōu)化模型，記錄結(jié)果并繪圖；

112、步驟5.6，結(jié)束。

113、本發(fā)明有如下有益效果：

114、1、本發(fā)明構(gòu)建了熱電機(jī)組、電熱轉(zhuǎn)換裝置和儲(chǔ)熱裝置的聯(lián)合運(yùn)行情境。通過(guò)構(gòu)建各設(shè)備運(yùn)行特性模型，同時(shí)考慮設(shè)備間的熱電耦合關(guān)系，建立電-熱-儲(chǔ)綜合能源系統(tǒng)整體的運(yùn)行特性模型，并結(jié)合日前市場(chǎng)和調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的投標(biāo)和結(jié)算方式，參照已知的電力市場(chǎng)價(jià)格，構(gòu)建了參與電力市場(chǎng)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化模型，相比于優(yōu)化前機(jī)組出力范圍大幅提升，靈活性顯著增加，在日前市場(chǎng)與調(diào)節(jié)功率市場(chǎng)獲得的收益也有著不同幅度的提升。

115、2、本發(fā)明建立了聯(lián)合抽凝式汽輪機(jī)組與蓄熱水罐的綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行特性模型，通過(guò)系統(tǒng)各個(gè)組成部分的電熱耦合關(guān)系，并以某電力市場(chǎng)規(guī)則為背景，以在日前市場(chǎng)與調(diào)節(jié)功率市場(chǎng)獲得最高收益為目標(biāo)函數(shù)，建立了電-熱綜合能源參與電力市場(chǎng)的混合整數(shù)線性優(yōu)化調(diào)度模型，并調(diào)用商業(yè)求解器cplex對(duì)選取的四個(gè)典型日進(jìn)行求解。將優(yōu)化前后機(jī)組的上網(wǎng)電量與系統(tǒng)獲得的總收益進(jìn)行對(duì)比，可以看出機(jī)組出力范圍大幅提升，靈活性顯著增加，在日前市場(chǎng)與調(diào)節(jié)功率市場(chǎng)獲得的收益也有著不同幅度的提升。