1.一种基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度求解方法,其特征在于:所述方法内容包括如下步骤:步骤一:建立热电联合系统模型,依据所述模型建立以系统经济环境成本最低为目标函数,对模型优化协调;
步骤二:预测风电出力和有功负荷功率;结合电锅炉与储热装置协调供热策略,确立热电联合系统的约束条件;
步骤三:采用自调节改进粒子群算法求解基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度求解方法,其特征在于:在步骤一中,所述热电联合系统模型包括热电机组、火电机组、风电机组、电锅炉与储热装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度求解方法,其特征在于:在步骤一中,所述依据所述模型建立以系统经济环境成本最低为目标函数,其具体步骤如下:火电机组煤耗成本f1以及碳排放量E1表示为发电功率的二次函数的如下形式:f1(Pit)=ai(Pit)2+biPit+ciE1(Pit)=ui(Pit)2+viPit+wi式中,ai、bi、ci为第i台机组的煤耗系数;ui、vi、wi为第i台机组的碳排放量系数;Pit为t时刻第i台机组发电出力;
热电机组煤耗成本f2与碳排放量E2表示为:
f2(Pit)=ai(Pit)2+biPit+ciE2(Pit)=ui(Pit)2+viPit+wit
式中,Pi为t时刻第i台机组纯凝工况下发电功率; 为t时刻第i台机组净发电出力;
为t时刻第i台机组供热功率;
综合考虑,以系统经济环境成本最低为目标,包括煤耗成本F1、碳排放成本F2,经济环境成本目标函数为:minF=F1+F2
式中,
式中,N1、N2分别为火电机组数和热电机组数;ε为碳排放成本系数。
4.根据权利要求1所述的一种基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度求解方法,其特征在于:在步骤二中,所述电锅炉与储热装置协调供热策略,就是电锅炉采用启停控制与储热装置协调供热,根据风电预测出力与有功负荷的预测判断电锅炉启停时段,协调储热装置供热使得弃风电量能够完全被消纳;据此建立储热装置放热功率与电锅炉启动电功率的关系如下:弃风问题主要原因是冬季供暖期导致机组强迫出力过高,下调量不足,冬季夜间弃风量较高;在弃风时段,根据这一现象做出以下假设:热电机组工作在最小凝汽工况下,其最小发电出力表达式为:电锅炉采用启停控制策略,即弃风时段开启电锅炉调峰,相当于通过电锅炉将弃风电量转换成热网调峰的热源,无弃风时则关闭电锅炉;采用启停电锅炉策略,一方面可以避免不经济的电热转换,另一方面降低电锅炉不必要的运行成本;发生弃风的标志 表示为:其中, 表示系统无弃风电量,储热装置处于蓄热状态,电锅炉停运状态;
表示系统存在弃风电量,储热装置处于放热状态,此时电锅炉启用的标志 表示为:其中, 表示电锅炉保持停运状态,储热装置供热能够完全消纳弃风; 表示储热装置供热,同时开启电锅炉补充供热,由此可以推出抽汽式机组总供热功率满足下式:式中, 为保证系统不发生弃风,热电机组t时刻所能发出的极限供热功率;
电锅炉供热功率 为满足供热平衡需求的表达式为:所述电锅炉供热功率 为满足供热平衡需求的表达式可以推导出储热装置放热功率与电锅炉电功率关系,表达式如下:式中,PEB,pmim为电锅炉最小启动电功率。
5.根据权利要求1所述的一种基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度求解方法,其特征在于:在步骤二中,所述热电联合系统的约束条件包括系统平衡约束条件和系统机组出力平衡约束条件;其具体数学描述如下:(1)系统平衡约束
电力平衡约束表示为:
热力平衡约束表示为:
式中, 为t时刻用电负荷; 为t时刻风电调度功率; 为t时刻电锅炉消耗电功率;
分别为t时刻储热装置放热和储热功率; 为电锅炉的供热功率;ωt为储热装置储放热控制变量,其中0代表储热,1代表放热;
(2)系统机组出力平衡约束
热电机组出力约束表示为:
式中,Pi,max、Pi,min分别为机组在纯凝工况下最大和最小发电功率;αi为第i台机组电热功率弹性系数;γi为第i台机组进汽量不变时多抽取单位供热热量下发电功率减少量;βi为第i台机组电热特性常数;hi,min、hi,max分别为第i台机组最小热出力和最大热出力;
热电机组爬坡约束表示为:
式中,hi,do、hi,up分别为第i台机组供热出力向下和向上爬坡率;Pei,do、Pei,up分别为第i台机组供电出力向下和向上爬坡率;
火电机组出力约束表示为:
Pi,min≤Pit≤Pi,max
式中,Pi,min、Pi,max分别为第i台机组最小和最大发电功率;
火电机组爬坡约束表示为:
-PdiΔt≤Pit-Pit-1≤PuiΔt
式中,Pdi、Pui分别为第i台机组向下和向上爬坡率;
风电出力约束表示为:
式中, 为t时刻风电预测功率;
储热装置运行约束表示为:
式中, 为t时刻储热容量;Sc,max为最大储热容量;hc,max、hd,max分别为储热和放热功率的最大值;
电锅炉运行约束表示为:
式中,为电热转换系数;PEB,max为电锅炉电功率最大值。
6.根据权利要求1所述的一种基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度求解方法,其特征在于:在步骤三中,所述采用自调节改进粒子群算法求解基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度模型,就是采用自调节改进粒子群算法求解系统经济环境成本最低为目标的调度模型,基于热电联合系统的约束条件,风电出力和有功负荷预测,结合电锅炉与储热装置协调供热策略对系统机组出力、电锅炉出力、储热装置出力进行迭代计算,给出经济环境成本最优的方案;其具体实施步骤如下:步骤1、对风电出力和有功负荷功率进行日前预测;
步骤2、确定火电机组、热电机组和电锅炉相关参数,构建基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度模型;
步骤3、根据实际算例设定粒子种群大小、迭代次数、初始精度和结束精度;所述粒子种群大小、迭代次数、初始精度和结束精度,都可以根据实际的算例或具体条件进行相应的更新修正;
步骤4、初始化火电机组、热电机组发电出力;
步骤5、通过增加自调节环节,可行化调整处理热电联合系统的约束条件;
步骤6、根据电锅炉与储热装置协调供热策略模型判断是否启用电锅炉,并进入自调节环节;
步骤7、依据系统经济环境成本最低为目标函数确定粒子的适应度函数,计算各粒子的适应度值,进行种群进化;
步骤8、根据系统参数判断是否满足迭代终止条件,若满足则程序结束,取适应度值最优的粒子作为最后结果,否则,返回步骤6。
7.根据权利要求6所述的一种基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度求解方法,其特征在于:在步骤5中,所述自调节环节,就是热电耦合约束与热电联合系统约束可行化处理方法;基于所述热电联合系统经济环境成本最低,采用自调节改进粒子群算法,通过Transact-SQL编程语言,后台数据库采用SQLServer2008可兼容win10系统对数据库的物理和逻辑一致性进行检查;通过引入电锅炉与储热装置协调供热策略,建立热电联合系统模型的经济环境成本的数学描述,可行化调整处理系统的约束条件,提高算法的寻优速度,避免陷入局部最优;在软件辅助的基础上,为整体能源低碳经济调度提供科学依据,提高社会整体投资效益,间接减少环境污染物排放,为今后减排项目的发展提供科学的定量分析依据;火电机组不存在热电耦合约束,可行化处理相对容易。因此,针对热电机组的自调节环节过程如下:(1)供热出力上下限约束
机组热出力的上下限hi,max、hi,min做比较,若h<hi,min,则取h=hi,min;若h>hi,max,则取h=hi,max,这样可以保证机组热出力都会满足上下限约束;
(2)供热出力爬坡约束
从第二调度时段开始,粒子更新需根据热出力爬坡约束条件进行调整;
(3)供热出力平衡约束
对于不满足供热平衡约束的时刻进行调整,在满足供热平衡条件下,机组供热出力上调量 下调量 的计算如下:(4)供电出力约束
调整供热出力满足约束条件之后,供电出力约束条件需要根据已确定的热出力进行计算,对不满足约束的电出力进行调整;
同理,电锅炉消耗电功率按照相应约束调节后,都能将不可行解转化为可行解。