申请/专利权人：东北林业大学;沈阳工程学院;东南大学

申请日：2023-06-05

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN116703084B

主分类号：G06Q10/0631

分类号：G06Q10/0631;G06Q50/06;G06F18/23213;G06F30/20;G06F111/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2023.09.22#实质审查的生效;2023.09.05#公开

摘要：本发明公开了基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法，涉及电力系统规划调度领域，包括如下步骤：步骤一、获取待改造电力系统运行参数与数据信息，通过聚类方法获取系统典型日负荷与风电曲线作为仿真数据信息；步骤二、以全年机组的运行成本、改造成本、检修调整成本、弃风惩罚成本之和为目标，分别建立为改造检修约束、运行约束、耦合约束、潮流约束，构建电力系统灵活性改造的年度规划模型；步骤三、调用求解器对步骤二所述混合整数规划模型进行求解，获得机组灵活性改造规划方案。本发明将灵活性改造作为大型检修任务的一部分进行有序协调，使改造后的电力系统在保证可靠供电的同时安全有序地进行燃煤机组的灵活性改造。

主权项：1.基于高风电渗透率的燃煤机组多技术灵活性改造规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、获取待改造电力系统运行参数与数据信息，包括：获取各线路承载能力、节点拓扑、阻抗参数作为系统数据，获取各机组出力系数、期望检修时段和各机组备选灵活性改造技术提升效果作为机组数据，通过k-means聚类方法以日内波动性为指标获取系统典型日负荷与风电曲线作为仿真数据信息；步骤二、以全年机组的运行成本、改造成本、检修调整成本、弃风惩罚成本之和为目标，分别建立为改造检修约束、运行约束、耦合约束、潮流约束，考虑灵活性改造的选择时机对电力系统的影响，构建电力系统灵活性改造的年度规划模型；步骤三、调用求解器对步骤二所述年度规划模型进行求解，在步骤一中获得的典型日数据下对模型进行运行模拟仿真，获得以月为时间尺度，成本为导向的机组灵活性改造规划方案和各月内典型日以小时为时间尺度的机组调度情况；所述步骤一具体为：1考虑燃煤机组的灵活性改造技术多样性，包括：燃煤机组集合ΩG，其中燃煤机组编号i；构建灵活性改造技术集合Ωi,H，技术编号为h；以及机组i相应的检修原本期望的起止时段ei、li；2获得待改造燃煤机组数组的运行数据，包括：每台燃煤机组的煤耗参数ai,bi,ci、每台燃煤机组未改造时的最大有功出力Pimax、最小有功出力Pimin、每时段可提供的最大爬坡率Ri、采用h技术时燃煤机组i预期可降低的有功出力和预期可提升的最大爬坡率当机组仅选择检修操作时，和均为0，各燃煤机组需要保持的最小运行时间和停机时间分别为Tion、Tioff；3获得电力系统中一整年日负荷数据，负荷点集合为ΩD，编号为d，通过k-means方法，以归一化后的最大值、最小值、峰谷差为指标，使用欧几里德距离平方度量，选取度量值最大的整日24时段的负荷曲线作为该月的典型日负荷；4获得电力系统整年风电数据，风电场集合为ΩW，风力发电机组编号为w，在每月通过k-means方法选择一个典型日风电数据，处理方法同3；5将3、4中获得的典型数据依次组合为每个月中的典型日数据，计算成本时将该日成本乘当月天数作为一整个月的近似代表，典型日集合为ΩNM，典型日编号为j；所述步骤二具体为：a所述电力系统灵活性改造规划模型的目标函数为： 式中CG、CSU、CSD、CCur、CM、CF分别为年度内的发电成本、启动成本、停机成本、风电削减成本、检修成本、灵活性改造成本；式中各变量的下标i,h,w,j,d对应燃煤机组集合ΩG、灵活性改造技术集合Ωi,H、风电场集合ΩW、典型日集合ΩNM、负荷点集合ΩD的编号，ΩT为典型日内的各时段集合，编号为t；相同上标的π与C表示对应的单位价格，πiSU、πiSD、分别表示燃煤机组i的启动价格、停机价格以及在第j个典型日的检修成本；表示燃煤机组i采用h技术的成本、改造时每兆瓦的成本系数；表示风力发电机组w的风电功率削减价格、负荷点d的切负荷功率价格；表示各时段削减的风电功率，表示切负荷功率，当μi,j,t，νi,j,t等于1时分别表示机组处于启动和停止状态，对每个燃煤机组，灵活性改造的成本与技术和改造容量有关，因此该成本以年均摊成本计算，ψ为均摊利率，r为预期的机组寿命，为所述燃煤机组i采取h技术预计可降低的最小出力，Ui,h是改造的决策变量，当Ui,h＝1表示机组i采取对应的h改造技术并同时进行设备检修，当机组仅进行检修而不进行灵活性改造时，此时的Ui,h被特别标注为Ui,M＝1，满足Ui,h＝Ui,M＝1；τ表示典型日持续的天数，Xi,j表示燃煤机组i在典型日内的状态变量；fiPi,j,t表示机组i的煤耗函数，该函数与各典型日内t时段的机组功率Pi,j,t构成二次函数关系，如2所示 式中ai、bi、ci为所述燃煤机组i的煤耗参数；通过分段拟合法将其线性化为 公式3表示原本的二次函数被表示为从最低点出发，由不同斜率但等分的线段首尾相连组成；设二次函数被分为Sg，每条线段的索引为s，每段线性函数的斜率用ζi,s表示，每段线段对应的功率为Pi,j,t,s,计算方法如公式4、5所示；机组i煤耗的最低点对应机组的输出功率的最小值，为了统一线性化，选取机组i所有改造技术中所能达到的最小输出功率点为最低点，此时所对应的最低发电成本C0,i,j,t计算方法如公式6，每时段的实际输出功率计算如公式7所示；其中Pimin是机组初始的最小出力，Pimax为所述燃煤机组i的最大出力；经过h技术改造后的预期的调峰容量；b进一步地，由于进行灵活性改造规划时，可能要对原本的检修时段进行调整，从而造成额外的成本，因此检修的成本的具体计算为： 式中Bi为燃煤机组i每个时段对应的检修成本，CpCp1表示燃煤机组在其他时段进行改造或检修而造成的惩罚成本系数；具体计算方法为：对于机组i的检修规划，其中在[ei,li]范围之内的部分，每月的检修成本按照Bi计算，而对于不在[ei,li]范围之内的检修时段，应当按照每月CpBi的检修成本计算；所述电力系统年度规划模型的约束条件为：1改造检修约束： 式中γi,j＝1和ηi,j＝1是表示改造的开始与结束的变量，Zi,j＝1表示燃煤机组i在第j月内处于改造状态，否则Zi,j＝0；此处的Mb是按照大M法引入的一个正整数；表示h技术改造需求的时长；当Yi,j等于1时，表示机组i采用的h技术在第j月已经完成改造；NH为所述改造技术的数量；公式9、公式10用来限制状态变量；约束公式11规定燃煤机组i将采取相应的技术，对应技术所需的时长由公式12限制；公式13保证改造或改造的过程是连续的；每个燃煤机组至多只能选择一种技术并同时进行检修，如果不进行改造则必须采用公式14进行检修；公式15表示，当且仅当该燃煤机组选择了h技术，并且该技术h改造完成时也即ηi,j＝1时，燃煤机组改造完成Yi,j的标志置为1并始终保持为1；2机组运行约束 式中μi,j,t,νi,j,t,与Ii,j,t是描述燃煤机组运行的0-1变量，当机组i在第j个典型日第t时段执行启动、停机或者运行时，变量μi,j,t,νi,j,t,与Ii,j,t的值依次地被设置为1，表示机组i在第t时段已经保持的运行时间，表示被保持的关机时间，而Tion，Tioff分别表示运行或停机所要求的最低持续时间；Dd,j,t表示负荷点d在第j个典型日内第t时段的负荷功率；公式16和公式17限制了μi,j,t,νi,j,t,与Ii,j,t在每个时段的值；公式18约束了每个机组处于运行或者停机的最小的持续时间，公式19保证了所有典型日内各小时时段的功率平衡约束；3耦合约束 当机组处于改造或者检修期间，机组处于停机无法输出，因此机组的运行与改造的耦合与检修是耦合的；Ri是机组原本的爬坡速率，是在h技术的改造下预计的对爬坡容量的提升；机组运行能力的提升只有当对应的技术被选择且完成时才会生效，未改造的机组维持原本的运行参数；公式20是机组出力与改造的耦合约束，公式21是最大最小功率限制约束，限制了机组i的输出功率被限制在一定范围内，公式22、公式23是考虑了停机与启动的爬坡约束，限制机组在相邻的时段内变化不能超过一定的值；4潮流约束KPPi,j,t+KwPw,j,t-KDDd,j,t＝SFPL24 式中Pi,j,t,Pw,j,t,Dd,j,t和PL分别表示在燃煤机组、风电机组、负荷点以及输电线路的功率在每个时段组成的向量，KP,KW,KD和SF分别表示对应的节点转移矩阵，Lk表示输电线路k上的传输功率，χk表示传输线k上的阻抗，其中与分别表示线路连接的相角；公式24表示系统各个节点的流出功率与流入功率应当完全相等，公式25表示系统节点内各输电线路k上的功率应当小于该线路的最大承载能力Fk；至此，电力系统灵活性改造规划模型构建完成；所述步骤三具体为：根据步骤二中所述，电力系统灵活性改造规划模型包含实数变量、整数变量，时间尺度长，约束条件多，属于大规模混合整数规划，以总成本为目标函数，调用商用求解器求解，获得的求解结果包括：系统的各项成本及其总和、各机组以月为时间尺度的改造技术及规划时段、各机组在各典型日内的调度情况以及各典型日内的线路潮流。

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