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《哈尔滨工业大学》 2016年
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促进供暖期风电消纳的多热源容量规划与协调调度策略

荣爽  
【摘要】:风电的间歇、波动和反调峰特性弱化了电网电源的可控性。特别是在我国北方地区,富风区域与供暖区域高度重合,较高的火电机组比例已经对风电的消纳产生了不利的影响。为缓解高发的弃风限电问题,本文从分析供暖期弃风高发的原因入手,采用利用附加热源解耦热电联产机组热电耦合关系的方法,分析了一级热网的储热能力及其参与弃风消纳能力,研究了附加热源的优化配置方法,制定了供暖期电力谷荷时段多热源协调控制策略。热电联产机组的热电耦合特性决定了热电机组的电出力调节范围受热出力限制,供暖季热电联产机组的“以热定电”生产政策人为限定了机组的热出力下限,导致热电联产机组不能完全发挥自有的电出力调节能力。针对这一问题,本文运用附加热源提高热电机组调峰能力。该方法通过利用热储和电锅炉,为热网提供额外的热能来源,降低热负荷对热电联产机组的热出力需求,释放热电联产机组因“以热定电”限制的调峰潜力。同时,电锅炉从电网吸收电能,提高电力系统负荷水平,创造更多的风电消纳空间。分析不同附加热源配置对热电联产生产工况及风电消纳能力的影响,并对配置了附加热源的电-热混合系统运行状态进行研究。算例结果表明,附加热源可以有效提高热电机组调峰能力,降低电力系统弃风电量,由于电锅炉可从电-热两方面影响热电机组的运行,因此同等配置下电锅炉的弃风消纳能力强于热储。城市集中供暖管网自身具有巨大的储热能力,合理的利用供暖管网的储热能力和热惯性可以有效地提高北方供暖季的风电消纳能力。本文提出了一种利用城市集中供暖一级管网的储热能力和热惯性消纳弃风功率的方法。首先,构建了供热系统各部分热力学表达式,建立了集中供暖一级热网的热力学模型。然后研究分析了供暖管道的热力学特性,并通过一个单热源单热负荷系统分析了一级热网的储热能力及热惯性特征。而后,分析该单热源单负荷系统的弃风消纳能力,研究不同热网控制方式下,其对热网温度变化的影响。最后通过算例证明该方法的有效性。合理的附加热源容量规划可以在有效降低弃风限电的同时带来可观的经济与社会收益。本文建立了附加热源设施的经济性模型,提出了附加热源设施的年度运行成本及年度经济与社会收益;通过统计学方法和极大似然拟合,构建附加热源增加的风电消纳电量与附加热源容量规划的数学关系表达式;确定附加热源运行的约束条件;利用改进共轭梯度法对高风电渗透率电网背景下的附加热源的容量规划进行优化,并用GPU并行运算技术提高算法的寻优速度。算例结果证明,该方法可针对给定电-热混合系统,对附加热源容量规划进行快速优化,其优化结果可在满足弃风率要求下,获得最大的投资回报率,该优化方法为合理规划附加热源提供了技术支持。在包含附加热源的电-热混合系统中,包含多种不同热源。为使各热源间有效互补,在有效消纳过剩风电的条件下,降低调度费用,本文基于各种热源的技术特性,制定了其在供暖期电力谷荷时段的控制方式;构建了以协调调度成本最低为目标的多热源协调调度策略;通过一个两层式协调调度优化模型,实现对多热源的协调调度控制。在第一层系统级调度中,以消纳风电最多作为优化目标,确定热电联产机组可降低的电出力功率以及附加热源所需提供的额外热出力及电力负荷功率。在第二层热电联产机组间协调调度中,利用动态规划法对各热电联产机组间电出力下降功率进行优化分配。在第二层附加热源内各热源间协调调度中,根据电锅炉和热储的技术特点,制定了两者协调调度方式,并根据风电及电力负荷预测误差的概率分布,确定了电锅炉在调度时段中需预留的用电功率。算例结果表明,该协调调度策略可充分发挥各热源的技术特性,最大程度消纳电力谷荷时段弃风电量,并保证多热源整体运行的经济性。通过利用上述方法及措施,在北方供暖季电力和热力的峰谷矛盾可以得到一定程度的缓和,热负荷与热源的刚性连接得以柔化,相当程度地解耦了热电联产机组的热电耦合约束,提高了供暖季内热电联产机组的调峰能力,减少了供暖期的弃风电量。通过对多热源合理的规划与运行控制,可以充分发挥各种热源的技术特性,在降低供暖季弃风率的同时,带来可观的经济及社会利益。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM73

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