本發(fā)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(lián)合循環(huán)機組熱電系統(tǒng)的風電消納方法。

背景技術：

目前，冬季采暖期熱電聯(lián)產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)機組的熱電解耦，進而提高風電消納水平。熱電聯(lián)產(chǎn)機組主要以燃煤為主，在供熱負荷一定的情況下，其發(fā)電功率的可調節(jié)范圍相對較小，機組調峰能力有限。

近年來，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組得到廣泛的應用；燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)機組相比，聯(lián)合循環(huán)機組可在兩種模式間進行快速轉換，從而在更大范圍內(nèi)靈活調節(jié)其發(fā)電功率，有助于提高系統(tǒng)的風電消納水平，目前國內(nèi)尚未出現(xiàn)針對含燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱電系統(tǒng)風電消納方法的研究。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于含燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱電系統(tǒng)的風電消納方法。

為此，本發(fā)明技術方案如下：

一種用于含燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱電系統(tǒng)的風電消納方法，其中，熱電系統(tǒng)包括燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組、風力發(fā)電機組、火電機組、儲熱裝置，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)機組熱電系統(tǒng)的相關參數(shù)值；

2)搭建熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)；

3)設定熱電系統(tǒng)運行約束條件；

4)以熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)值最小為目標，對熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)的未知參數(shù)進行求解。

所述的步驟1)中的相關參數(shù)值是針對一個調度時段設定的，相關參數(shù)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(shù)、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(shù)、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的運行成本系數(shù)、火電機組的最小發(fā)電功率和最大發(fā)電功率。

所述的步驟2)中的熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)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(lián)合循環(huán)機組的運行成本，其中，pi,t為t時段火電機組i的預測出力；pj,t為t時段燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組j的預測出力；hj,t為t時段燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組j的預測供熱量；a1,i、b1,i、ci為火電機組i的運行成本系數(shù)；a1,j、a2,j、a3,j、b1,j、b2,j、cj為燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組j在“二拖一”狀態(tài)下的運行成本系數(shù)；a'1,j、a'2,j、a'3,j、b'1,j、b'2,j、c'j為燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組j在“一拖一”狀態(tài)下的運行成本系數(shù)；u1、u2表示燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組運行模式，處于“二拖一”運行模式時，u1＝1，u2＝0，處于“一拖一”運行模式時，u1＝0，u2＝1，u1、u2的取值范圍為0或1；gr為火電機組的集合；ge為聯(lián)合循環(huán)機組的集合；t為一個調度周期內(nèi)調度時段總數(shù)。

所述的步驟3)中的熱電系統(tǒng)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(lián)合循環(huán)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(fā)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≤s^max(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，s^max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，為儲熱裝置的最大儲熱功率，hout,t為t時段儲熱裝置的放熱功率，為儲熱裝置的最大放熱功率，kloss為漏熱損失系數(shù)，δt為調度時段間隔；

所述的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組出力約束為：

其中，b1＝p4，b3＝p'4，b5＝p3，b6＝p'3

pj,t、hj,t分別為燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(fā)電功率，pi,max為火電機組i的最大發(fā)電功率。

所述的步驟4)中對熱電運行成本函數(shù)進行求解時，包括按順序進行的下列步驟：

ⅰ)將燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(chǎn)生的待優(yōu)化初始解，隊列ip存儲最優(yōu)解；

ⅲ)在步驟ⅰ)的基礎上利用單純形算法并結合熱電系統(tǒng)運行約束條件對熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)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(jié)點采用內(nèi)點法在步驟ⅰ)的基礎上對熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)進行求解，得到最優(yōu)解

ⅴ)將步驟ⅳ)中求得的最優(yōu)解帶入熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)得到熱電運行成本函數(shù)值并將該函數(shù)值作為熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)值的下界值；

ⅵ)判斷當前最優(yōu)解中運行模式變量u1、u2是否全部滿足為u1＝1、u2＝0或u1＝0、u2＝1，若判斷結果為“是”，則進入步驟ⅶ)；否則進入步驟ⅷ)；

ⅶ)判斷函數(shù)值是否小于熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)值的上限值若判斷結果為“是”，則令隊列然后進入步驟ⅹ)；否則直接進入步驟ⅹ)；

ⅷ)確定不滿足整數(shù)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，令將賦值給最優(yōu)解并存入隊列rp中待求解，將賦值給并以此為起始點采用內(nèi)點法對在步驟ⅰ)的基礎上并結合約束條件的熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)進行求解，若無解，則進入步驟ⅹ)，否則得到新的新的最優(yōu)解然后進入下一步；

ⅸ)判斷函數(shù)值是否小于熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)值的上限值若判斷結果為“是”，則將新的最優(yōu)解存儲入隊列ip中，并進入步驟ⅵ)，并進入步驟ⅵ)同時將賦值給否則進入下一步；

ⅹ)判斷隊列rp是否為空，若為空，輸出隊列ip中存儲的最優(yōu)解，否則，采用后進先出的原則選擇隊列rp中一個節(jié)點作為起始節(jié)點采用內(nèi)點法對步驟ⅰ)的基礎上并結合約束條件的熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)進行求解，得到另一個新的最優(yōu)解然后返回步驟ⅵ)同時將賦值給重復上述步驟。

與現(xiàn)有技術相比，該用于含燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱電系統(tǒng)的風電消納方法建立了計及燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組模式轉換特性的熱-電聯(lián)合調度模型，提出了一種熱-電聯(lián)合調度方法，有助于解決冬季供暖期的棄風現(xiàn)象，可為熱電聯(lián)產(chǎn)提供良好的理論基礎和科學指導。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的的用于含燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱電系統(tǒng)的風電消納方法的流程圖。

圖2為求解熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)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(fā)明做進一步的說明，但下述實施例絕非對本發(fā)明有任何限制。

如圖1-2所示，該用于含燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱電系統(tǒng)的風電消納方法中的熱電系統(tǒng)包括燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組、風力發(fā)電機組、火電機組、儲熱裝置，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)機組熱電系統(tǒng)的相關參數(shù)值；

2)搭建熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)；

3)設定熱電系統(tǒng)運行約束條件；

4)以熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)值最小為目標，對熱電運行成本函數(shù)的未知參數(shù)進行求解。

所述的步驟1)中的相關參數(shù)值是針對一個調度時段設定的，相關參數(shù)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(shù)、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(shù)、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的運行成本系數(shù)、火電機組的最小發(fā)電功率和最大發(fā)電功率。

所述的步驟2)中的熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)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(lián)合循環(huán)機組的運行成本，其中，pi,t為t時段火電機組i的預測出力；pj,t為t時段燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組j的預測出力；hj,t為t時段燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組j的預測供熱量；a1,i、b1,i、ci為火電機組i的運行成本系數(shù)；a1,j、a2,j、a3,j、b1,j、b2,j、cj為燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組j在“二拖一”狀態(tài)下的運行成本系數(shù)；a'1,j、a'2,j、a'3,j、b'1,j、b'2,j、c'j為燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組j在“一拖一”狀態(tài)下的運行成本系數(shù)；u1、u2表示燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組運行模式，處于“二拖一”運行模式時，u1＝1，u2＝0，處于“一拖一”運行模式時，u1＝0，u2＝1，u1、u2的取值范圍為0或1；gr為火電機組的集合；ge為聯(lián)合循環(huán)機組的集合；t為一個調度周期內(nèi)調度時段總數(shù)。

所述的步驟3)中的熱電系統(tǒng)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(lián)合循環(huán)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(fā)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≤s^max(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，s^max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，為儲熱裝置的最大儲熱功率，hout,t為t時段儲熱裝置的放熱功率，為儲熱裝置的最大放熱功率，kloss為漏熱損失系數(shù)，δt為調度時段間隔；

所述的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組出力約束為：

其中，b1＝p4，b3＝p'4，b5＝p3，b6＝p'3

pj,t、hj,t分別為燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(fā)電功率，pi,max為火電機組i的最大發(fā)電功率。

所述的步驟4)中對熱電運行成本函數(shù)進行求解時，包括按順序進行的下列步驟：

ⅰ)將燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(chǎn)生的待優(yōu)化初始解，隊列ip存儲最優(yōu)解；

ⅲ)在步驟ⅰ)的基礎上利用單純形算法并結合熱電系統(tǒng)運行約束條件對熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)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(jié)點采用內(nèi)點法在步驟ⅰ)的基礎上對熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)進行求解，得到最優(yōu)解

ⅴ)將步驟ⅳ)中求得的最優(yōu)解帶入熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)得到熱電運行成本函數(shù)值并將該函數(shù)值作為熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)值的下界值；

ⅵ)判斷當前最優(yōu)解中運行模式變量u1、u2是否全部滿足為u1＝1、u2＝0或u1＝0、u2＝1，若判斷結果為“是”，則進入步驟ⅶ)；否則進入步驟ⅷ)；

ⅶ)判斷函數(shù)值是否小于熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)值的上限值若判斷結果為“是”，則令隊列然后進入步驟ⅹ)；否則直接進入步驟ⅹ)；

ⅷ)確定不滿足整數(shù)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，令將賦值給最優(yōu)解并存入隊列rp中待求解，將賦值給并以此為起始點采用內(nèi)點法對在步驟ⅰ)的基礎上并結合約束條件的熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)進行求解，若無解，則進入步驟ⅹ)，否則得到新的新的最優(yōu)解然后進入下一步；

ⅸ)判斷函數(shù)值是否小于熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)值的上限值若判斷結果為“是”，則將新的最優(yōu)解存儲入隊列ip中，并進入步驟ⅵ)同時將賦值給否則進入下一步；

ⅹ)判斷隊列rp是否為空，若為空，輸出隊列ip中存儲的最優(yōu)解，否則，采用后進先出的原則選擇隊列rp中一個節(jié)點作為起始節(jié)點采用內(nèi)點法對步驟ⅰ)的基礎上并結合約束條件的熱電系統(tǒng)運行成本函數(shù)進行求解，得到另一個新的最優(yōu)解然后返回步驟ⅵ)同時將賦值給重復上述步驟。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)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(fā)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(fā)明的具體實施方式進行修改或者同等替換，而未脫離本發(fā)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(fā)明的權利要求范圍當中。