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三北地区电网最大风电消纳能力的优化调度研究 0 基本模型的提出 “三北”地区的电网主要为燃煤发电。严重缺乏适应良好性能的水电供电，许多电气供应装置主要用于发电装置。例如，东北能源占主导地位的80%，但灵活调整器的比例只有7.8%。2010年冬天，55%的员工组成了电池装置。 电网负荷特性是电网调度的重要依据。近年来, “三北”地区电网低谷用电量增长偏缓, 尖峰用电量却增长较快, 电网的峰谷差在逐年加大, 如东北电网最大峰谷差, 2009 年为1067.5万kW, 2010 年为1229 万kW, 2011 年则超过了1300 万kW。负荷峰谷差增加使电网的调峰能力下降。 风力发电是目前新能源发电中技术最成熟、最具规模化开发条件及商业化前景的发电方式。至2010 年底, 国内已并网运行的风电装机容量达到29.56GW, 其中“三北”地区就占91%, 蒙西、蒙东、辽宁、吉林、黑龙江等省区的风电并网容量更是超过了其统调总容量10%。风电具有随机性、间歇性和不可控性, 特别是其反调峰特性更增加了电网调峰困难。 《节能发电调度办法实施细则》规定:“燃煤热电联产机组按照以热定电的原则安排发电负荷;无调节能力的风能具有第一发电优先性序位”。然而在冬季, 水电机组的枯水期、热电机组的供暖期、风电机组的大发期以及风电的反调峰特性相互叠加, 导致系统调峰非常困难、弃风现象时有发生。因此, 在满足电网电、热负荷的前提下, 如何提高风电消纳能力已成为“三北”地区电网节能调度中殛需研究的问题。 国内已有很多学者对节能调度进行了系统研究, 提出了风电-抽水蓄能协调、风电-火电协调、省间互济等各种措施。但这些研究仅针对纯凝机组进行, 优[1化4-1调6]度中未考虑热负荷优化问题, 即未考虑热负荷对电网节能调度及其风电消纳能力的影响, 因而与“三北”电网的实际情况不完全相符。 本文在对煤电机组中的纯凝机组和热电机组分别建模基础上, 构建了一种电负荷由全网机组平衡、热负荷由各热电厂就地平衡, 且对风电弃风进行惩罚的节能调度模型, 研究了内点法求解该模型最优解的方法。然后提出了一种根据优化结果计算电网风电最大消纳能力的方法, 并分析了热负荷对电网消纳能力的影响。实例计算表明:本文调度模型能增加系统风电消纳能力, 具有较好的节能效果。 1 机组的耗煤特性 1.1 台背压式机组和纯凝机组的组合 抽汽式机组在发电的同时对外供热, 并能在较大范围内同时满足热、电两负荷的要求。也就是说, 当发电功率不变时, 供热抽汽量可以在容许范围内任意变动;当供热抽汽量不变时, 发电功率可以在容许范围内任意变动。热电机组可以等效成一台背压式机组和一台纯凝机组的组合。 对于一次调节抽汽式汽轮机, 其流量和功率可用下式来表示: 其中, D0、De、Dc分别为机组的进汽量、抽汽量、凝汽量;Pi、PiΙ、PiΠ分别为机组功率、背压 (高缸) 、凝气 (低缸) 功率。 1) 背压部分背压机组的排汽量等于进汽量, 且全部用于做功, 倘若供热参数确定, 即进汽量确定, 背压机组的输出功率也确定了, 所以称它为“以热定电”的机组。此时, 凝汽量Dc=0。 其中, Q为背压部分所产生的热功率, ΔHtΙ是高压缸焓降, ηtΙ为高压缸发电效率, k2为常数。 2) 纯凝汽部分机组的抽汽量De=0, 即: 汽机的总进汽量为: 其中, ΔHt是纯凝汽系统焓降, ηt为系统发电效率, Bc、k1为常数。 则单台热电机组的煤耗特性为: 1.2 纯冷工艺的耗量特性 单台纯凝机组的煤耗特性为: 其中, 各项系数均为拟合常数。 2 节能规划模型 2.1 fconijt煤耗量模型 考虑风电弃风惩罚后, 以系统煤耗量最小建立的目标函数如下: 其中, F是系统的煤耗总量, FCHPijt是热电厂i内第j台热电机组t时段时的煤耗量, FCONijt是火电厂i内第j台纯凝机组t时段的煤耗量,是风电场i在t时段的弃风功率, γ 为电煤转化系数 (惩罚因子) , α 是系统热电厂的数目, β 是热电厂内热电机组的数目, χ 是火电厂的数目, δ 是火电厂内纯凝机组的数目, φ是风电场的数目, T为运行周期。 全文统一规定功率的单位为MW, 电能单位为MWh, 发电煤耗为t/MWh, 供热单位GJ/h。 2.2 热电机组热出力 1) 等式约束: 在电力系统的运行过程中, 必须满足电负荷的平衡: 其中, PCHPijt为热电厂i第j台热电机组t时段的电出力, FCONijt是火电厂i第j台纯凝机组t时段的出力, Pfsit是第i个风电场实际消纳风电, Pt是系统在t时段的总电力负荷。 (2) 供热平衡 每座热电厂都有自己独立的供热区域, 区域内热负荷由该厂的多台热电机组平衡: 其中, Qij是第i座热电厂j台机组的热出力, Qi是区域