一種鐵合金冶煉爐穩態無功功率計算模型的構建方法與流程
2023-05-10 21:31:46
本發明涉及一種鐵合金冶煉爐穩態無功功率計算模型的構建方法，屬於電力系統運行和控制技術領域。
背景技術：
近年來隨著新能源裝機容量的不斷增長和新能源發電基地的建設，甘肅等新能源發電裝機容量富裕的區域出現嚴重的棄風棄光問題。由於國家政策支持，在甘肅等新能源發電裝機容量富裕地區建有高載能產業園區，產業園內建有鐵合金冶煉企業、電解鋁冶煉企業等多個高載能企業，其負荷具有一定的調節能力，可參與電力系統運行，提高電網對棄風棄光的消納能力。當鐵合金冶煉企業中的鐵合金冶煉爐生產時有功功率消耗與無功功率消耗是緊密耦合的。過去鐵合金企業為減少容量費用成本，企業會將冶煉爐的生產周期錯開，因此其總的穩態有功功率和無功功率比較平穩，使用電容器等無功補償裝置可以比較容易將負荷功率因數補償到0.90以上。因此對於電力系統調度中心，一直將鐵合金冶煉負荷的穩態無功功率建模為有功功率與併網要求的最小功率因數之積。但當鐵合金冶煉爐負荷參與電力系統調節時，電力系統調度將改變冶煉爐的生產周期，進而鐵合金企業的穩態有功功率和無功功率將不是平穩的曲線，而電容器等無功補償裝置日內動作次數有限，無法保證跟蹤鐵合金冶煉爐的無功功率變化進行補償，也就無法保證負荷的功率因數總在0.90以上。鐵合金冶煉爐負荷的無功功率特性將在冶煉爐參與電力系統調度後發生變化，在電力系統負荷預報中原有的計算模型為(0.9×有功功率預報)，該計算方法不考慮電力系統調度對鐵合金冶煉爐的影響，仍舊將鐵合金負荷視為不可調節負荷，按併網功率因數進行計算，無法準確計算鐵合金冶煉爐在電力系統調度中心調節後的穩態無功功率消耗，因而原有的鐵合金冶煉爐穩態無功功率計算模型在鐵合金冶煉爐參與電力系統調度後失效。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決原有的鐵合金冶煉爐穩態無功功率模型在鐵合金冶煉爐參與電力系統調度後失效的問題，提出一種鐵合金冶煉爐穩態無功功率計算模型的構建方法，本發明方法針對鐵合金冶煉爐的無功功率消耗與各生產階段的關係，建立鐵合金冶煉爐在不同的生產階段下的穩態無功功率計算模型。該模型可以為電力系統運行人員提供準確計算鐵合金無功功率消耗的手段，從而為電力系統調度運行人員對鐵合金冶煉爐進行調度，並估計鐵合金冶煉爐所接入的變壓器電壓水平提供基礎。
本發明提出的一種鐵合金冶煉爐穩態無功功率計算模型的構建方法，其特徵在於，該方法對鐵合金冶煉爐的運行過程中涉及到的生產過程和烘爐過程的變量和常數進行定義，根據鐵合金冶煉爐的無功功率消耗與冶煉爐運行狀態的關係，建立鐵合金冶煉爐穩態無功功率計算模型；構建的第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻的穩態無功功率計算模型為：
<![CDATA[ Q t E F , i - Q t - 1 E F , i = α i ( P a d j , t E F , i + P o n E F , i x t E F , i ) + β s t a r t ′ i P s t a r t , t E F , i - β s h u t i P s h u t , t E F , i + Q int e r E F , i ( v t E F , i - u t E F , i ) ]]>
其中上標i＝1,2,...,Ng，i為鐵合金冶煉爐的編號，Ng為鐵合金冶煉爐的數量，t＝1,2,...,24為一個周期對應的小時時刻，一個周期共24小時，上標EF表示該變量或常數屬於鐵合金冶煉爐模型，為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻所消耗的無功功率變量；αi為第i臺冶煉爐在生產過程中無功功率變化的斜率αi，該數值由鐵合金冶煉爐的運行人員給出；為第i臺冶煉爐在生產周期開始時刻的功率因數對應的角度，該數值由鐵合金冶煉爐的運行人員給出；為第i臺冶煉爐在生產周期結束時刻的功率因數對應的角度，該數值由鐵合金冶煉爐的運行人員給出；為中間變量，無特殊含義；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻是否開始生產的邏輯變量，為1時表示該時刻鐵合金冶煉爐生產周期開始，為0表示該時刻不為鐵合金冶煉爐生產周期開始的時刻；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻的生產周期是否結束的邏輯變量，為1時表示該時刻鐵合金冶煉爐生產周期結束，為0表示該時刻不為鐵合金冶煉爐生產周期結束的時刻；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻的是否處於生產周期中的狀態變量,為1時表示該時刻鐵合金冶煉爐正在生產，為0表示該時刻鐵合金冶煉爐處於烘爐狀態；為第i臺鐵合金冶煉爐生產周期中的基本冶煉功率，鐵合金冶煉爐的基本冶煉功率是鐵合金冶煉爐的額定功率，為一個常數(由鐵合金冶煉爐確定)；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻生產周期中的調節功率變量，鐵合金冶煉爐的調節功率是鐵合金冶煉爐生產運行人員超過額定功率進行生產時，冶煉爐額外消耗的有功功率，由電力系統調度運行人員給出；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻開始生產周期時的有功功率衝擊變量，若第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻則若第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻則為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻開始生產周期時的有功功率衝擊變量，若第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻則若第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻則為第i臺冶煉爐在烘爐狀態的無功功率消耗，數值由鐵合金冶煉爐的運行人員給出。
根據本發明提出的的鐵合金冶煉爐穩態無功功率計算模型，電力系統調度運行人員即可根據鐵合金冶煉爐實時運行狀態，準確計算各臺鐵合金冶煉爐的穩態無功功率。
本發明提出的一種鐵合金冶煉爐實時穩態無功功率計算模型的構建方法，其優點是：充分考慮鐵合金冶煉爐消耗的無功功率與鐵合金冶煉爐生產過程和冶煉爐有功功率的耦合特性，對鐵合金冶煉爐的無功功率消耗特性構建計算模型；使電力系統調度運行人員可以利用該模型對各個鐵合金冶煉爐生產過程中各時段無功功率消耗進行計算，可用於電力系統調度人員在調整鐵合金冶煉爐有功功率時，方便運行人員評估鐵合金冶煉爐接入的變壓器的電壓水平，以防止電力系統調節鐵合金冶煉爐時造成短時的低電壓，保證電力系統安全穩定運行。
具體實施方式
本發明提出的一種鐵合金冶煉爐實時穩態無功功率計算模型的構建方法，其特徵在於，該方法對鐵合金冶煉爐的運行過程中涉及到的生產過程和烘爐過程的變量和常數進行定義，根據鐵合金冶煉爐的無功功率消耗與冶煉爐運行狀態的關係，建立鐵合金冶煉爐穩態無功功率計算模型；構建的第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻的穩態無功功率計算模型為：
<![CDATA[ Q t E F , i - Q t - 1 E F , i = α i ( P a d j , t E F , i + P o n E F , i x t E F , i ) + β s t a r t ′ i P s t a r t , t E F , i - β s h u t i P s h u t , t E F , i + Q int e r E F , i ( v t E F , i - u t E F , i ) ]]>
其中i＝1,2,...,Ng，為鐵合金冶煉爐下標，t＝1,2,...,24為一個周期對應小時時段，(一個周期共24小時，1表示周期開始第一時刻，24表示周期結束的最後時刻)，Ng為鐵合金冶煉爐的數量，上標EF表示該變量或常數屬於鐵合金冶煉爐模型，為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻所消耗的無功功率變量；αi為第i臺鐵合金冶煉爐在生產過程中無功功率變化的斜率，該數值由鐵合金冶煉爐的運行人員給出；為第i臺冶煉爐在生產周期開始時刻的功率因數對應的角度，該數值由鐵合金冶煉爐的運行人員給出；為第i臺冶煉爐在生產周期結束時刻的功率因數對應的角度，該數值由鐵合金冶煉爐的運行人員給出；為中間變量，無特殊含義；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻是否開始生產的邏輯變量，為1時表示該時刻鐵合金冶煉爐生產周期開始，為0表示該時刻不為鐵合金冶煉爐生產周期開始的時刻；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻的生產周期是否結束的邏輯變量，為1時表示該時刻鐵合金冶煉爐生產周期結束，為0表示該時刻不為鐵合金冶煉爐生產周期結束的時刻；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻的是否處於生產周期中的狀態變量,為1時表示該時刻鐵合金冶煉爐正在生產，為0表示該時刻鐵合金冶煉爐處於烘爐狀態；為第i臺鐵合金冶煉爐生產周期中的基本冶煉功率，鐵合金冶煉爐的基本冶煉功率是鐵合金冶煉爐的額定功率，為一個常數(由鐵合金冶煉爐確定)；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻生產周期中的調節功率變量，鐵合金冶煉爐的調節功率變量是鐵合金冶煉爐生產運行人員超過額定功率進行生產時，冶煉爐額外消耗的有功功率，由電力系統調度運行人員給出，取值範圍視鐵合金冶煉爐的具體型號而定；為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻開始生產周期時的有功功率衝擊變量，若第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻則若第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻則為第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻開始生產周期時的有功功率衝擊變量，若第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻則若第i臺鐵合金冶煉爐在t時刻則為第i臺鐵合金冶煉爐在烘爐狀態的無功功率消耗，數值由鐵合金冶煉爐的運行人員給出。