PDF《计及热网特性的电热联合系统调度方法》

第46 卷第10 期 电力系统保护与控制 Vol.

46 No.10 2018年5月16日Power System Protection and Control May 16,

2018 DOI: 10.7667/PSPC170688 计及热网特性的电热联合系统调度方法 邵世圻

1 ,戴赛2,胡林献

1 , 丁强2,谢华宝

1 (1.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江 哈尔滨 150001;

2.中国电力科学研究院,北京 100089) 摘要: 电力系统与热力系统协调优化运行是提高风电消纳能力的有效方法. 针对热能传输与电能传输不同的特点, 进一步研究热网特性对风电消纳的影响.首先结合热网水力模型及其实际热网结构与运行特点,提出了一种热网 实用水力模型.然后在建立延时和衰减等热网特性方程及电热耦合模型基础上,构建了计及热网特性的电热联合 系统调度模型.该模型不仅方便考虑延时和衰减等热网热性,而且不需解算热网水力模型,简化了约束条件,编 程简单.算例分析表明,热网特性对电热联合系统优化调度结果及风电消纳率影响较大,延时特性有利于风电上 网,而衰减特性则对风电上网不利. 关键词:电热联合系统;

调度模型;

热网特性;

热网模型;

风电消纳 Research on heat-electricity combined scheduling method considering the characteristics of the heating network SHAO Shiqi1 , DAI Sai2 , HU Linxian1 , DING Qiang2 , XIE Huabao1 (1. School of Electrical Engineering &

Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China;

2. China Electric Power Research Institute, Beijing 100089, China) Abstract: The coordinated optimization operation of power system and thermal system is an effective method to improve wind power consumption capacity. Aiming at the different characteristics between heat transfer and power transfer, this paper gives a further research on the impact of the heating network characteristics on wind power consumption capacity. Firstly, combining the heating network hydraulic model and its actual heating network structure and operation characteristic, this paper introduces a functional heating network hydraulic model. Then, based on the establishment of the heating network characteristics equation of delay and attenuation and the heat-electricity coupling model, a heat-electricity combined scheduling model considering the characteristics of the heating network is built. The model not only is convenient to consider the characteristics of delay and attenuation, but also simplifies the calculation of hydraulic model and the constraints of the scheduling model, which is also easy programming at the same time. A numerical example shows that the heating network characteristic can greatly affect the heat-electricity combined optimal scheduling result and wind power consumption capacity, the delay characteristic is conductive for the wind power integration, and the attenuation characteristic goes against the wind power integration. This work is supported by Science and Technology Project Research and Application of Key Techniques of Combined Thermoelectric Dispatch Considering Safety and Economy which belongs to State Grid Corporation of China. Key words: heat-electricity combined system;

scheduling model;

heating network characteristics;

heating network model;

wind power consumption

0 引言 三北地区以热电为主,同时风电并网比例较 大.在冬季供暖期,热电机组出力大,同时又与风 电大发时间重合,从而导致了电力系统弃风现象较 基金项目:国家电网公司科技项目资助 考虑安全与经济的 热电联合优化调度关键技术研究与应用 为严重[1-2] . 针对三北地区弃风严重的现象,国内学者提出 了多种方案, 主要是在电热联合系统中增设电锅炉、 热泵和储热装置等,通过以上方案解耦以热定电约 束,提升电网的风电消纳率.文献[3]提出建立热电 联产系统和电动热泵的复合系统方案,引入等效热 电厂的概念,并将热效率、电效率和热电比进行等 效.文献[4]提出在热电厂内部配置大型电锅炉与热 邵世圻,等 计及热网特性的电热联合系统调度方法 -

25 - 电厂共同承担供热任务,通过大型电锅炉消耗电能 供热来降低热电机组根据 以热定电 约束导致的 较高出力.文献[5]提出在热力系统中配置大容量的 储热设备替代集中锅炉房和分散锅炉房,将电力系 统中的电力负荷转换成热负荷储存起来,从而更灵 活地与风电的随机性、间歇性匹配,形成热电联合 调度系统.文献[6]提出利用电动汽车并网实现一定 程度的风电消纳. 但以上文献在研究电热联合系统调度时,都假 设热力系统中的热能传输像电力系统中的电能传输 一样,是即时完成的.实际上,热网输送热能不仅 存在延时,而且有衰减,这些热网特性对调度结果 将产生较大影响.文献[7]虽在调度模型中计及了热 网约束,但热网模型参照输电系统建立,复杂且与 实际热网辐射状结构不符,算例分析时更是假设延 时、衰减为一固定常数. 本文首先结合热网水力模型及其实际热网结构 与运行特点,研究热网实用水力模型,然后研究热 网延时、衰减特性方程及电热耦合模型,在此基础 上建立了计及热网特性的电热联合系统调度模型, 并提出了一种带有自调节环节的粒子群求解算法. 最后通过实例分析,研究了延时、衰减等热网特性 对风电消纳率的影响.

1 热网模型 热力系统由热源、热网和热负荷组成,其中热 网又由拓扑结构完全相同的供水网络和回水网络组 成.热网建模主要基于支路特性及网络基本定律. 其中支路特性反映管道两端的热力变化,与管道特 性、管内流体温度等因素密切相关;

网络基本定律 由网络拓扑结构决定[8-9] . 一般从水力和热力两个角 度出发,建立热网支路特性方程和平衡方程. 1.1 热网水力方程 水力方程用以计算各管道内水流量和各个节点 的水流入量. 1) 水力方程 水力方程用于计算节点注入水流量. q m m ? A (1) 式中:A 为热网管道与节点的关联矩阵;

m 为管道 流量;

q m 为节点注入水流量. 2) 压强损失方程 压强损失方程表征管道内压强损失与水流量的 关系. f h Km m ? (2) 式中,K 为各供热管道的阻抗系数,K 值主要取决 于管道直径、液体物理性质,其具体求解公式为 ε K D ? (3) 式中:ε 为管道的绝对粗糙度值;

D 为管道的直径. 水力方程求解有压强法和环流法等两种方法, 分别对应电路中的节点电压法和节点电流法,一般 采用压强法进行求解. 1.2 热网热力方程 1) 热力支路特性方程 热力支路特性方程用于计算各管道的延时及衰 减[10] .假设管道k 的入口、出口节点分别为i 、 j ,则,,

/ij t ij ij t V G ? ? (4) 式中: , ij t ? 为t 时刻管道ij 的延时;

ij V 为管道ij 的特 征量, 与管道的横截面积和长度相关;

, ij t G 为t 时刻 管道ij 的流量. , ,

0 2π ( ) /ln( / ) ij t ij t ij ij ij Q λ T T L D d ? ? ? ? (5) 式中: , ij t Q ? 为管道ij 的热量衰减;

λ 为管道保温层 的导热系数;

, ij t T 为管道 ij 介质的温度;

0 T 为保温 层外表面温度;

ij L 为管道长度;

ij d 、 ij D 分别为管 道内径和外径. 2) 热网热力方程 热负荷与水流量关系式为 , , , ,s , ,r C ( ) i t i t i t i t Q G T T ? ? (6) 供水、回水网络节点间温度关系为

0 0 , ,r , ,r a a , ,s , ,s a a ( ) ( ) ij ij ij ij λ d Cm i t j t λ d Cm i t j t T T T T T T T T ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (7) 式中:C 为工质体积比热;

0 λ 为输热管道每米的传 输阻抗;

a T 为外界的自然温度;

, ,s i t T 、 , ,r i t T 分别为 t 时刻供热管道入口节点 i 的供给温度以及返回温 度;

, ,s j t T 、 , ,r j t T 分别为t 时刻供热管道k 出口节点 j 的 供给温度以及返回温度;

, i t Q 为t时刻节点 i 的热 负荷. 1.3 热网实用水力模型 实际热力系统的每个热源(如热电厂)固定地供 给特定地区热负荷,各热源之间要么不相连,要么 有管道相........