含储热的电力系统电热综合调度模型

分析了热电机组配置储热前后运行特性与调峰能力的变化情况,讨论了利用储热消纳弃风的基本运行机理,建立了含储热的电力系统电热综合调度模型。与传统模型相比,新模型增加了系统热平衡约束、热电机组的热电耦合约束、储热装置运行约束等,且模型目标扩展为供电和供热总煤耗最低。算例分析表明:所提模型是有效的;在热电厂中配置储热可有效提高电网的风电消纳水平,且消纳单位电量风电的节煤量要高于电锅炉消纳方案。     

东北辅助服务市场下热电厂配置电锅炉调峰的经济性分析

热电机组配置直热式电锅炉进行电热解耦改造,是提高机组下调峰能力并消纳弃风的有效手段。为分析主流机组改造的经济性,以东北调峰辅助服务市场为背景,建立了热电机组和电锅炉协调运行模型、消纳弃风的节煤量模型、下调峰的运行成本与效益模型,以及以投资回收期为指标的投资经济性评价模型。以实际数据为基础,对当前东北电网典型热电机组在不同场景下的经济性进行了计算分析。结果表明,在当前调峰机制下,在供热中期热负荷较大时,对于中小规模弃风,热电厂没有启动电锅炉消纳的动力;而为在大规模弃风时获取正收益,机组需要配置较大容量电锅炉,这又给热电厂带来了很大的投资风险。通过分析表明,降低机组最小出力可减小电锅炉的配置容量,从而提高投资经济性以降低风险。     

风荷组合场景下计及调峰效益的电锅炉和储热系统容量优化配置

储热系统具有良好的调峰特性,可以打破热电联产机组以热定电的刚性约束。合理的配置电锅炉和储热系统能够有效提高地区电网消纳风电的能力。综合考虑风荷不确定性,构建基于启发式矩匹配方法的风-荷组合场景,在此基础上,建立计及调峰效益的电锅炉和储热系统优化配置双层规划模型,上层以待规划热电厂年化调峰净收益最大为目标,下层以组合场景S下总燃料成本和弃风惩罚成本最小为目标,以电热系统相关约束作为约束条件,最后采用粒子群优化方法对该模型进行优化求解,获得最优电锅炉和储热系统配置方案。算例结果表明,合理配置电锅炉和储热系统,可以有效的提高风电消纳率以及整体收益。     

计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略

为解决西北地区冬季供热期热电联产机组以热定电运行模式下系统风电消纳能力不足的问题,提出了计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略。该策略通过考虑电锅炉与光热电站联合运行,在利用光热电站的储热系统实现热能的存储与时移利用的同时,由光热电站与电锅炉、热电联产机组一同提供系统热负荷,以此提高热电联产机组的调峰能力,进而促进系统风电消纳。基于IEEE-30节点系统以及甘肃河西电网的算例仿真对所提策略进行来的验证,结果表明:所提弃风消纳策略能够在促进系统风电消纳的同时,提高光热电站对太阳能热的利用率,并降低系统总成本。研究结果可为西北地区冬季供热期热电联合调度提供参考。     

基于大规模储能融合蓄热式电锅炉的风电消纳多目标优化控制

我国"三北"地区存在源荷供需矛盾凸出、电网灵活性差的问题。风电场弃风现象严重问题的一个重要原因是热电机组在冬季以"以热定电"的方式运行,导致其调峰能力下降。利用蓄热式电锅炉供热,将电能转化为热能,能够提高风电就地消纳的能力。但采用电极加热的蓄热式电锅炉,其功率调节受电极机械部件限制,频繁调节将严重影响蓄热式电锅炉的使用寿命。将具有快速、灵活功率调节能力的电化学储能引入蓄热式电锅炉消纳风电的系统中,以风电消纳最大和蓄热式电锅炉电极调节次数最小为目标,提出了一种基于储能融合蓄热式电锅炉的风电消纳多目标优化控制方法。仿真结果表明:所提方法能够兼顾蓄热式电锅炉系统的弃风消纳与锅炉电极的调节次数,有效地解决了蓄热式电锅炉功率调节能力与风功率变化不匹配的问题。     

考虑源侧灵活性改造及可调节电热负荷的电热联合调度模型EI北大核心CSCD

在对电热联合系统源侧灵活性改造的基础上,协调运用电热柔性负荷以进一步增强系统风电消纳能力。建立了纯凝火电机组深度调峰运行成本、补贴及分摊模型,以蓄热罐蓄放热特性为基础建立了配置蓄热罐后的等效热电机组调节范围扩展模型,并以弃风开启的调峰电锅炉为可调节电负荷、其输出为可调节热负荷,构建了以总运行成本最小为目标、综合考虑热电机组调节范围扩展、火电机组深度调峰改造及负荷侧可控电锅炉3种弃风消纳方案的电热联合系统优化调度模型。算例分析表明,所提模型能够对3种方案的任意组合场景进行仿真,且能在利用源侧灵活性的同时挖掘负荷侧调节潜力,依次调度成本低、消纳效果好的可调度资源,实现弃风的低成本梯级消纳。     

考虑源侧灵活性改造及可调节电热负荷的电热联合调度模型

在对电热联合系统源侧灵活性改造的基础上,协调运用电热柔性负荷以进一步增强系统风电消纳能力。建立了纯凝火电机组深度调峰运行成本、补贴及分摊模型,以蓄热罐蓄放热特性为基础建立了配置蓄热罐后的等效热电机组调节范围扩展模型,并以弃风开启的调峰电锅炉为可调节电负荷、其输出为可调节热负荷,构建了以总运行成本最小为目标、综合考虑热电机组调节范围扩展、火电机组深度调峰改造及负荷侧可控电锅炉3种弃风消纳方案的电热联合系统优化调度模型。算例分析表明,所提模型能够对3种方案的任意组合场景进行仿真,且能在利用源侧灵活性的同时挖掘负荷侧调节潜力,依次调度成本低、消纳效果好的可调度资源,实现弃风的低成本梯级消纳。     

含碳捕集热电机组的虚拟电厂热电联合优化调度

燃煤热电机组特有的以热定电工作模式,会导致系统缺乏新能源消纳能力与调峰能力,且在运行过程中排放大量二氧化碳。为了促进新能源消纳和减少系统碳排放,同时提升热电机组的调峰能力,引入风电供热设备与碳捕集技术,将一定供热区域内的碳捕集热电厂、风电供热设备、风电场与光伏电站组成虚拟电厂。论文根据虚拟电厂的电源构成及其运行机理,建立了虚拟电厂热电联合优化调度模型,使用自适应免疫遗传算法对其寻优求解,并对3种运行策略进行比较研究。由算例仿真结果可知,虚拟电厂引入碳捕集技术与风电供热设备,不但可以有效地提升热电联产机组的调峰能力,提高系统经济效益,促进新能源消纳,还可以降低系统二氧化碳排放量。     

考虑风电消纳的风电-电储能-蓄热式电锅炉联合系统能量优化

为解耦传统的"以热定电"约束,提高风电消纳能力,针对一种风电-电储能-蓄热式电锅炉的联合系统,充分地考虑了电储能装置对功率和能量的时间迁移能力以及电、热系统互补的物理特性。分别研究火电机组、热电联产机组、电储能系统和蓄热式电锅炉的数学模型,引入弃风成本参数,建立以实现最低运行成本为目标的综合调度方法。结合能量平衡约束、常规机组运行约束、电储能约束以及蓄热式电锅炉运行约束,通过粒子群算法实现能量调度最优解的求取。搭建了基于Matlab/Simulink的仿真实验模型,对系统在传统的热电联产、热电机组融合蓄热式电锅炉和风电-电储能-蓄热式电锅炉联合运行3种不同调度方式下对风电消纳效果进行对比,验证了能量优化方法的有效性。     

基于储热热电机组和电锅炉的风电消纳调度模型

为解决中国北方地区严重弃风问题,考虑通过储热装置解耦热电机组"以热定电"特性,通过电锅炉增大负荷侧用电负荷来提高风电消纳能力。以系统总经济成本最小和弃风量最少为目标函数,建立了含热电机组、火电机组、风电机组、储热装置以及电锅炉在内的多目标风电消纳协调调度模型。算例分析表明:所提模型有效,储热装置和电锅炉的联合调度,使得弃风时刻机组电出力明显减小,弃风状况得到改善,进一步验证了储热装置和电锅炉对于风电消纳的促进作用。     

考虑供热机组与电锅炉互动的热电协调调度方法

供热机组"以热定电"的运行要求大大降低了机组自身的调峰能力,成为风电等清洁能源消纳的重要限制因素。通过引入电锅炉,实现供热机组与电锅炉互动,是提升供热机组运行灵活性的有效措施。在深入分析了供热机组和电锅炉的运行要求,协调考虑供热要求和供电要求后,提出了考虑供热机组与电锅炉互动的热电协调优化调度方法,基于IEEE-30节点系统构造算例进一步验证了方法的有效性。     

配置储热后热电机组调峰能力分析

热电联产机组"以热定电"运行所导致的调峰能力不足是目前造成中国"三北"电网大量弃风的一个重要原因,为此,提出了在中国大型抽汽式热电厂中通过配置储热来提高机组调峰能力的消纳方案。首先介绍了该方案的基本原理;进而对配置储热前、后热电机组的电热运行外特性进行了分析与建模,讨论了配置储热后热电机组的运行策略;在此基础上,建立了计算配置储热后热电机组调峰能力的数学模型,并分析了其影响因素。算例中对中国北方地区2台典型的300 MW和200MW供暖机组配置储热提高调峰能力的效果进行了分析,结果表明:在给定的供热中期的热负荷水平下,配置储热可使得2台机组的调峰容量分别提高额定容量的21%和13%,从而为弃风电力提供大量的上网空间;但储热的效果取决于机组所承担的热负荷水平,若热负荷接近于机组的最大供热能力,则效果并不明显。     

采用二级热网电锅炉调峰的消纳弃风机理及经济性分析

针对中国西北、华北、东北(简称"三北")地区冬季供暖期弃风现象日益严重的问题,在研究电负荷特性、热负荷特性与风电场出力特性相关性基础上,结合电网调峰、热网调峰特点,提出二级热网配置电锅炉进行日调峰的消纳弃风方案。分析了方案的消纳弃风机理,研究了调峰电锅炉的启停控制策略,构建了基于二级热网电锅炉调峰的电热联合系统优化调度模型,并分析了方案的经济性。研究表明,该方案能在降低热电机组热负荷峰值、"以热定电"必发电功率的同时增加电网负荷谷值,从而为风电上网留出更大空间,提升风电消纳率,且能为整个电热联合系统带来经济收益。     

热电厂配置调峰电锅炉最佳容量确定方法

热电联产机组配置电锅炉进行热电解耦以促进风电等新能源的并网。为了确定热电联产机组参与电网调峰时电锅炉的最佳配置容量,引入特征日的概念,对电锅炉运行时的约束进行说明,分别以机组调峰增量和经济净现值为目标函数,建立电锅炉最佳容量的计算模型。结果表明,对于330 MW机组,当不考虑投资成本时,电锅炉的供热功率达到52 MW时,机组可以获得最大的调峰增量,此时,电锅炉的电加热功率为178.28 MW;若考虑投资成本,当电锅炉的供热功率达到49 MW时,即电锅炉的电加热功率为168 MW时,可以得到最大的经济净现值。     

考虑调峰权交易提高风电二次消纳能力的热电联合经济调度EI北大核心CSCD

"三北"地区冬季供暖期,热电机组因"以热定电"约束导致系统调峰能力不足,是造成大量弃风的主要原因之一。调峰权交易可以激励热电机组参与调峰的积极性,为风电提供上网空间。因此,首先建立了风电与热电机组调峰权交易方式,制定蓄热式电锅炉启停控制策略和风电二次消纳方式;其次,推导风电和热电机组参与调峰的可行性系数,分析可行性系数值确定单位发电权价格;然后,建立了以调度周期内收益与成本之差最大的热电联合经济调度模型;最后,采用改进粒子群对所提模型进行求解。仿真结果表明文中构建的热电联合经济调度模型能够激励风电和热电机组参与调峰的积极性、减少弃风功率和提高系统整体经济效益。     

考虑调峰权交易提高风电二次消纳能力的热电联合经济调度

"三北"地区冬季供暖期,热电机组因"以热定电"约束导致系统调峰能力不足,是造成大量弃风的主要原因之一。调峰权交易可以激励热电机组参与调峰的积极性,为风电提供上网空间。因此,首先建立了风电与热电机组调峰权交易方式,制定蓄热式电锅炉启停控制策略和风电二次消纳方式;其次,推导风电和热电机组参与调峰的可行性系数,分析可行性系数值确定单位发电权价格;然后,建立了以调度周期内收益与成本之差最大的热电联合经济调度模型;最后,采用改进粒子群对所提模型进行求解。仿真结果表明文中构建的热电联合经济调度模型能够激励风电和热电机组参与调峰的积极性、减少弃风功率和提高系统整体经济效益。     

面向提高风电接纳能力的多区域热–电联合调度模型

为解决"三北"地区供热期间"风热冲突"问题,提高风电就地消纳能力,提出在风电消纳困难的电网末端加装蓄热电锅炉,利用弃风电量进行供热以增加风电并网空间,并考虑区域间的电功率交换及多种机组约束,多区域综合调度,以系统发电成本最低为目标函数,构建多区域热–电模型,给出蓄热电锅炉的运行方式。基于我国北方某省级电网数据,验证电供热系统提高风电并网能力的有效性;分别仿真分析配置普通电锅炉和蓄热电锅炉的效果,说明蓄热装置对于电供热系统及风电并网的重要性;同时比较不同调度起止时间下风电并网及蓄热电锅炉运行状态的差异,结果显示在风电大发时刻即启动蓄热电锅炉能提高装置利用率。     

含附加热源和需求响应的电热联合系统运行优化

为缓解供暖期弃风高发问题,从解耦供热机组“以热定电”约束、提高电网调峰能力角度出发,文中提出考虑附加热源与需求响应的电热联合系统优化调度模型。系统中储热和电锅炉作为附加热源共同作用以降低机组热电耦合关系,并且在系统负荷侧通过需求响应增强电网调峰能力。以最低运行成本为目标综合考虑弃风惩罚成本、需求响应成本及系统内各单元约束建立电热联合系统调度模型。通过遗传算法进行求解算例,对比分析了系统在传统的热电联产、仅考虑需求响应、系统中引入附加热源、含附加热源-需求响应联合运行4种不同调度方式下的风电消纳效果。分析结果表明,所提方法的风电消纳能力最优且具有最佳经济性。     

四种热电厂电热解耦改造方案的运行灵活性剖析

明确了热电厂电热解耦改造是为热电联产机组配置短期调峰热源的本质。从配置补偿调峰热源的角度,分析了储热补偿、电锅炉补偿、旁路补偿和低压缸切除补偿4种改造方案的适用场景、电热运行区间、供热成本、供热能力并建立数学模型。建立了改造后热电厂运行灵活性评价模型;结合算例分析了4种方案单独使用及组合使用时在不同电负荷场景下的灵活性提升效果。     

火电厂直热式电锅炉灵活性改造实践

分析了风电供暖的现状及消纳困局,探索热电机组灵活性改造方案,依托吉电股份白城发电公司国家首批火电灵活性改造试点项目,首次在热电机组采用直热式电锅炉,实现热电解耦,可再生能源消纳,清洁供暖一体化灵活性改造。白城电锅炉项目投运后,供热期3台电锅炉满负荷50 MW运行,可带85×10~4 m~2供热面积,实际上网电量大幅降低,机组既降低部分负荷又能满足供暖需求,解决了供热期热电机组无法调峰问题。