一種新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法

2024-01-23 01:18:15 2

一種新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，包括：建立新能源發電模式下高載能負荷調峰模型；基於建立的新能源發電模式下高載能負荷調峰模型，進行多模式多尺度的高載能負荷參與調峰的分析。本發明所述新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，可以克服現有技術中調峰壓力大、跟蹤能力弱和節能效果差等缺陷，以實現調峰壓力小、跟蹤能力強和節能效果好的優點。
【專利說明】一種新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及節能技術與電網調峰技術相結合的【技術領域】，具體地，涉及一種新能 源發電模式下高載能企業調峰控制方法。

【背景技術】
[0002] 高載能產業即能源成本在產值中所佔比重較高的產業，或者稱為能源消耗密集型 產業。綠色高載能產業是技術先進、能源利用率高、環保型的加工業，或者說是一種環保型 的高載電體工業（指電力成本在產品產值中所佔比重較高）。綠色高載能產業中大部分是 傳統的高載能工業和基礎工業，從規模和技術來講，就是符合《國家重點鼓勵發展的產業、 產品和技術目錄》的產業和規模；從能源利用效率來講，產品單位能耗水平居國際水平或國 內先進水平；從產業延伸程度來講，其下遊產業鏈應延伸多層以上，部分成為許多高新技術 產業的基礎材料或原材料。綠色高載能產業和新能源發電一體化建設，共同參與電網調峰， 對電力節能具有重要意義。對於電網側，雙向調節能有效降低電網的調峰壓力，減少了電網 的調峰成本和常規電源的備用容量，進而降低了因調峰帶來的能源損耗，同時實現了新能 源發電對綠色高載能產業的電力"直供"，減少了電能傳輸的距離，相應降低了電網網損；對 於電源側，合理配置綠色高載能和新能源發電，能減少風力發電的棄風概率，提高清潔能源 的利用效率；對於用戶側，一體化發展，綠色高載能產業參與調峰，使得高載能產業在保證 生產線正常運行的同時，享受政策提供的激勵電價等優惠，降低用戶的生產成本。因此，綠 色高載能產業參與調峰對提高電網綜合節能水平具有積極作用，能有效發揮地區豐富的煤 炭、石油、風能、太陽能等資源優勢，將進一步推動地區工業經濟不斷健康發展。這就要求電 力行業尤其是電網公司，必須開展地區發展循環經濟背景下高載能企業參與新能源發電調 峰的運行特性和調峰模型，提高電力節能水平，推動地區循環經濟發展。
[0003] 作為用戶側的大容量高載能負荷參與新能源發電模式下的電網調峰在一定程度 上能夠減輕電網調峰壓力，減少常規電源熱備用容量，另一方面高載能企業與新能源一體 化發展，能提高新能源的消納能力，降低電網網損，提高電力節能水平。因此在利用新能源 的同時，應加大高載能企業參與電網調峰的研究，加大新能源與高載能一體化建設的研究。 為了平抑新能源發電的間歇性和隨機性對系統調峰帶來的影響，首先應提高新能源發電系 統短期功率預報精度，儘可能減少由於新能源接入對系統調峰容量增量的需求，提高常規 機組的深度調峰能力，但當上述措施仍無法緩解大規模新能源併網帶來的調峰壓力時，可 通過調節需求側負荷，快速跟蹤風機的出力，緩解系統的調頻壓力，因此需求側負荷參與調 峰意義重大。在傳統發電調度模式中融入用電調度，為新能源電源併網提供備用資源、保證 電力平衡開闢了一條可行的途徑。
[0004] 我國當前對新能源發電模式下採取的調峰措施主要在電源側，在各級網省公司調 度中心的統一調度下，部分用戶也參與了新能源發電併網的調峰調頻，但由於缺乏科學合 理的調峰模式和配套的輔助保障機制，用戶側參與調峰的積極性不高，尤其針對大規模風 力發電具有富裕電力資源和高載能企業高耗電需求，迫切需要進行用戶參與電力系統調峰 模式的研究，但目前該研究還處於探索階段，對比常規電源調峰特性，需求側負荷調峰調度 具有響應快速、經濟性高、自由度大的顯著特點。目前大多數調峰模型對高載能負荷沒有進 行系統的分類，調峰方式單方面考慮供電側或者需求側的調峰能力，主要強調建立新能源 友好型智能電網，加強電網的調峰能力，而忽略了大容量高載能負荷的調峰作用，不利於減 輕電網調峰壓力，提高新能源利用效率。另一方面，高載能企業參與調峰給系統調峰提供了 新思路，但負荷與新能源的雙重隨機性也給調峰帶來新問題：傳統的調節時間跨度過大，不 能良好跟蹤負荷與新能源的隨機波動，不利於電網節能。
[0005] 在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在調峰壓力大、跟蹤能力 弱和節能效果差等缺陷。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在於，針對上述問題，提出一種新能源發電模式下高載能企業調峰 控制方法，以實現調峰壓力小、跟蹤能力強和節能效果好的優點。
[0007] 為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種新能源發電模式下高載能企業 調峰控制方法，包括 ：
[0008] a、建立新能源發電模式下高載能負荷調峰模型；
[0009]b、基於建立的新能源發電模式下高載能負荷調峰模型，進行多模式多尺度的高載 能負荷參與調峰的分析。
[0010] 進一步地，所述步驟a中，所述新能源發電模式下高載能負荷調峰模型，是指在需 求側負荷分析的基礎上，計及大規模新能源分析、常規能源分析、需求側負荷分析對電網調 峰的影響，以總調峰成本最經濟為目標，通過設計調峰缺口約束、常規電源約束、高載能負 荷約束，建立高載能企業可中斷負荷和激勵負荷之間的多時間尺度優化調峰模型，為新能 源發電模式下高在能負荷調峰控制提供重要依據。
[0011] 進一步地，在步驟a中，所述建立高載能企業可中斷負荷和激勵負荷之間的多時 間尺度優化調峰模型的操作，具體包括：
[0012] (1)、需求側調峰高載能負荷分析
[0013] 在高載能負荷中首先確定負荷柔性成分，再將負荷柔性成分進行分類；按照需求 側參與調峰總體來說分為可中斷負荷和激勵負荷兩大類：可中斷負荷和激勵負荷；
[0014] ⑵、高載能負荷調峰模型
[0015] 高載能負荷調峰模型包括如下幾個分析模型：對新能源的分析模型，用於描述新 能源實時特性及棄風等現象；常規源的分析模型，用於描述機組的啟停、爬坡速度等詳細信 息；計入負荷的分析模型，用於描述負荷實時特性及參與調峰能力。首先通過建立高載能負 荷調峰數學模型，該模型具有實時的分析能力，能夠做到實時的生產模擬，能夠考慮不同時 段的負荷特性、電網運行方式、各類電源調度計劃安排、外送電力情況等；在此基礎上，為克 服高載能負荷與新能源發電的雙重隨機性所帶來新問題，設計了多時間初讀調峰模型，在 基於上述簡化及實用化處理後，建立適用於高載能企業參與新能源發電調峰的模型。
[0016] 進一步地，所述調峰控制數學模型，具體如下：
[0017] (1)目標函數：
[0018] 物理描述一在某一統計周期內，當系統存在次日調峰缺口時，按照總調峰成本最 經濟為目標，進行常規電源、高載能企業可中斷負荷和激勵負荷之間的優化調峰；當系統不 存在次日調峰缺口時，按照常規電源調峰成本最經濟為目標，進行常規電源調峰；
[0019] 數學模型一：

【權利要求】
1. 一種新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，其特徵在於，包括： a、 建立新能源發電模式下高載能負荷調峰模型； b、 基於建立的新能源發電模式下高載能負荷調峰模型，進行多模式多尺度的高載能負 荷參與調峰的分析。
2. 根據權利要求1所述的新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，其特徵在於， 所述步驟a中，所述新能源發電模式下高載能負荷調峰模型，是指在需求側負荷分析的基 礎上，計及大規模新能源分析、常規能源分析、需求側負荷分析對電網調峰的影響，以總調 峰成本最經濟為目標，通過設計調峰缺口約束、常規電源約束、高載能負荷約束，建立高載 能企業可中斷負荷和激勵負荷之間的多時間尺度優化調峰模型，為新能源發電模式下高在 能負荷調峰控制提供重要依據。
3. 根據權利要求2所述的新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，其特徵在於， 在步驟a中，所述建立高載能企業可中斷負荷和激勵負荷之間的多時間尺度優化調峰模型 的操作，具體包括： (1) 、需求側調峰高載能負荷分析 在高載能負荷中首先確定負荷柔性成分，再將負荷柔性成分進行分類；按照需求側參 與調峰總體來說分為可中斷負荷和激勵負荷兩大類：可中斷負荷和激勵負荷； (2) 、高載能負荷調峰模型 高載能負荷調峰模型包括如下幾個分析模型：對新能源的分析模型，用於描述新能源 實時特性及棄風等現象；常規源的分析模型，用於描述機組的啟停、爬坡速度等詳細信息； 計入負荷的分析模型，用於描述負荷實時特性及參與調峰能力。首先通過建立高載能負荷 調峰數學模型，該模型具有實時的分析能力，能夠做到實時的生產模擬，能夠考慮不同時段 的負荷特性、電網運行方式、各類電源調度計劃安排、外送電力情況等；在此基礎上，為克服 高載能負荷與新能源發電的雙重隨機性所帶來新問題，設計了多時間初讀調峰模型，在基 於上述簡化及實用化處理後，建立適用於高載能企業參與新能源發電調峰的模型。
4. 根據權利要求3所述的新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，其特徵在於， 所述調峰控制數學模型，具體如下： (1)目標函數： 物理描述一在某一統計周期內，當系統存在次日調峰缺口時，按照總調峰成本最經濟 為目標，進行常規電源、高載能企業可中斷負荷和激勵負荷之間的優化調峰；當系統不存在 次日調峰缺口時，按照常規電源調峰成本最經濟為目標，進行常規電源調峰； 數學模型一：
?表示總調峰成本，^仏，4)表示可中斷負荷補償成本4,^11,)表示激勵負荷激 勵成本，FetOJet, Pet)表示常規電源調峰成本，t表示時段，T表示統計周期，X為參與係數； 其中：
式中，N為系統可中斷負荷用戶數量；Ult= [UIlt，一，U"t，一UinJ為可中斷負荷用戶的 狀態向量，其中Uljt = O表示不中斷j用戶的負荷；Uljt = 1表示中斷j用戶的負荷；Plt = [Pnt，…，Pljt，…PinJ為中斷負荷的容量向量；P !和P 2為賠償係數；μ w為可中斷負荷用 戶的停電意願閔子：
式中，系統激勵負荷用戶數量為D ;UHt = [UHlt，…，Ufflrt，…UHDt]為激勵負荷用戶的狀 態向量，其中UHkt = O表示不增加 k用戶的負荷，UHkt = 1表示增加 k用戶的負荷；Pm = [Pmt,…，PHkt,…Pmt]為增加負荷的容量向量；Il 1和η2為激勵係數；μ Hk為激勵負荷用戶 的增加負荷意願因子；
式中，M為系統中的調峰機組數；PGt = [PGlt，?，PGit，…PgmJ為機組的出力向量； KG,./,) = +及匕+八^為第i號發電機組在t時段的運行成本，其中α i、3 i、Y i為 機組運行成本參數(屍= 為第i號發電機組在t時段的啟停成本， Sci^Su、τ i為啟停成本參數，τ為發電機組的停機時間，Uet = [Ueit, "'Ueit，…UeMt]表示第 i號機組在t時段的運行狀態，Ueit = 1表示發電機組處於停機狀態，Ueit = O表示發電機組 處於開機狀態； (2)約束條件 調峰缺口約束：
其中ht為t時段的時長。 功率平衡約束：
式中，Pw為系統在t時段的發電負荷；Pwt為新能源發電機組在t時段的輸出功率； 常規電源約束： Pcimin < PGit < PGimax (?); Pcimin和Peimax分別為發電機組出力下限和上限；
Mi為機組在調度周期內最大允許啟停次數； -60rdi ^ Pcit-Pcit-! ^ 60rri (9)； rdi和分別為機組每分鐘有功輸出的最大下降速度和最大上升速度； 高載能負荷約束： ^Ijinin ^ ^Ijt ^ ^IjmaxΛ ^Hkniin ^ ^Hkt ^ ^Hkmax (1〇); Pljmin為用戶j在t時段可中斷負荷的下限值，Pljmax為用戶j在t時段可中斷負荷的上 限值；Pfflimin為用戶k在t時段增加負荷的下限值，Pffltmax為用戶k在t時段增加負荷的上限 值。
5. 根據權利要求3所述的新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，其特徵在於， 所述多時間尺度調峰模型包括日前調峰、滾動調峰和實時調峰三種模式，具體分析如下： 日前調峰計劃：日前計劃有充足的時間進行動態優化計算，該時間級的控制以安全為 約束，重點突出以經濟為目標，可以稱為最優控制； 滾動調峰計劃：以短期新能源和負荷預測為基礎，1?2小時為啟動周期的滾動計劃充 分利用最新的信息，對日前計劃進行調整，同時承擔消除上述步驟的預測誤差帶來的調峰 誤差的作用，逐步降低日前計劃的不確定性，修正日前調峰計劃，稱為修正控制； 實時調峰計劃：以超短期新能源和負荷預測為基礎，實時調峰計劃快速跟蹤負荷及新 能源的分鐘級的突變，通過制定緊急調峰措施，快速調整系統發生隨機性突發性波動引起 的峰谷差，快速使有功功率達到平衡狀態； ③高載能負荷參與新能源發電調峰的多時間尺度模型 基於如上數學模型與多時間尺度調峰模型的分析，形成高載能負荷參與新能源發電調 峰的多時間尺度模型。
6. 根據權利要求5所述的新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，其特徵在於， 所述高載能負荷參與新能源發電調峰的多時間尺度模型，包括日前優化、滾動修正和實時 緊急調峰，具體如下： (1)日前優化 目標：通過總調峰成本最小的優化計算，確定高載能企業和常規電源聯合調峰日前計 劃，填補次日調峰缺口，滿足新能源發電調峰需求； 進行日前新能源和負荷的功率預測，聯絡線交換功率預測，並計算新能源有效出力、等 效負荷和系統調峰缺口數學期望、概率等信息； 當不滿足Ppkne > O and Psmmax > O時，系統不存在調峰缺口，取X = 0,按照下式進行 優化，即常規電源調峰方式；
當滿足Ppkne > O and PKNE，max > O時，系統存在調峰缺口，取X = 1，按照下式進行優化， 即常規電源+高載能企業聯合調峰方式，約束條件如上；
優化計算採用遺傳算法等多種經典方法，通過優化計算，在確保填補調峰缺口的條件 下，以總調節成本最小為目標，確定次日各時段內常規電源和高載能企業的開機和啟停方 式等信息； 把高載能負荷的日前調峰計劃結果計入到等效負荷中，將高載能負荷作為基礎性調峰 源進行調峰效果模擬，得到模擬等效負荷曲線，再進行調峰缺口計算，對模擬等效負荷曲線 進行調峰缺口計算，得到模擬調峰缺口最大值P^W max和概率P^ne，並進行不等式判斷，當滿 足P、NE < OancTsmmax < O時，說明該次日前調峰計劃能夠滿足調峰需求，合理填補了調峰 缺口；當不滿足P、NE < 〇andP\mmax < 0時，可調整高載能負荷的補償/激勵參數，重新進 行優化計算，直到優化結果的調峰效果模擬滿足要求為止； (2) 滾動修正 目標：利用短期預測數據，在第h個時段內，對剩下!"-、個時段內的日前調峰計劃進行 修正計算； 以第h個時間段內的實際運行狀態作為已知條件，根據短期預測數據修正剩餘時間段 內的等效負荷曲線，計算剩餘時段內調峰缺口的最大值P KNE，max、調峰缺口概率P PKNE、調 峰缺口數學期望E' PKNEH，對日前調峰的優化目標函數和約束條件均進行修正； 目標函數：
V J- y ? 調峰缺口約束條件：
按照上述日前調峰計算方法和過程，進行剩餘τ-h個時段內的優化計算，得到經短期 預測數據修正的高載能企業和常規電源聯合調峰計劃； (3) 緊急調峰 目標：利用高載能負荷快速投切的能力，對分鐘級時間尺度下，隨機出現的負荷及新能 源功率突變量進行調節； 預先制定高載能負荷緊急調峰合約，統計高載能負荷緊急調峰參數信息，其向量描述 如下式所示： N(P,h, λ,Β,υ) (15)； 其中P表示可中斷/激勵容量，h表示調節可持續時間，λ表示補償係數，B表示補償 價格，U表示緊急調峰狀態； 利用超短期預測數據，計算實時等效負荷PrtU : PrtZL = PrVPrtW (16)； 用實時等效負荷來反應分鐘級時間尺度下，負荷和新能源的綜合變化趨勢； 設定突變量門檻值，當分鐘級At時段內的實時等效負荷突變量APrtU滿足下式時， 啟動高載能負荷緊急調峰；否則閉鎖；
其中APrtU+和APrtU-為正負突變量門檻值，可按照等效負荷的百分比制定； 當啟動高載能負荷緊急調峰時，建立緊急調峰的目標函數和約束條件如下： 目標函數
約束條件 S.t P> I APrtu|，P e N (19)； 根據上式進行優化，能夠在滿足緊急調峰約束情況下，按照緊急調峰補償費用最小為 目標，計算出參與調峰的高載能負荷調峰方案；緊急調峰中高載能負荷調節誤差由爬坡速 度快的常規機組自動調節。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，其 特徵在於，所述步驟b，具體包括： 在新能源發電模式下高載能負荷調峰模型的基礎上，設計多模式交替多尺度調節的調 峰的分析方法並形成具體分析流程； 通過多模式交替多尺度調節的調峰的分析方法，對高載能負荷特性進行細緻劃分，對 各種負荷特性按照具體分析流程進行調峰控制，為高載能企業節能減排提供有效手段，還 為降低電網調峰壓力，量化計算電網在新能源發電模式下高載能負荷的調峰能力，為高載 能負荷調峰控制提供重要依據。
8. 根據權利要求7所述的新能源發電模式下高載能企業調峰控制方法，其特徵在於， 在步驟b中，所述多模式交替多尺度調節的調峰的分析方法，進一步包括： (1) 多運行模式交替 橫向上，形成停休模式、正常模式、調峰模式和緊急模式四種模式交替的運行模式； 停休模式：當企業設備檢修、線路故障、其他特殊情況下，企業強制停運，不能參加任何 形式的用戶側響應，標記停休狀態，為電網運行部門作出警示； 正常模式：高載能企業正常運行，具備調峰能力，但電網調峰能力足夠，不啟用用戶側 調峰措施，高載能企業正常生產； 調峰模式：高載能企業具備調峰能力和條件，按照多目標優化的原則參與系統調峰，承 擔部分調峰壓力； 緊急模式：提前協調部分具備分鐘級別快速調峰能力和條件的高載能企業，當電力系 統發生大的突發波動時，進入緊急控制模式，承擔部分調峰壓力而快速啟停； (2) 多時間尺度調節 基於多時間尺度的高載能負荷參與調峰模型，將高載能負荷按照可調節時間和響應速 度分為日前調節，滾動調節和緊急調節三種，分別對應日前、小時和分鐘級別的調峰模式； 對於不同類型的高載能企業，分別形成具體的運行模式如下： ① 可中斷負荷參與新能源發電調峰的運行模式：具有可中斷負荷特性的高載能企業進 行日前負荷統計，上報電網調度次日可中斷負荷的詳細原始信息； ② 激勵負荷參與新能源發電調峰的運行模式：具有激勵負荷特性的高載能企業進行日 前負荷統計，上報電網調度次日激勵負荷的詳細原始信息。
【文檔編號】G06Q50/06GK104376412SQ201410645552
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】杜培東, 張剛, 王維洲, 鄭晶晶, 劉福潮, 韓永軍, 解佗, 馬朝暉, 張建華, 李正遠, 華夏, 陶國龍, 王慶玲 申請人:國家電網公司, 國網甘肅省電力公司, 國網甘肅省電力公司電力科學研究院, 西安理工大學, 甘肅省電機工程學會科技諮詢部