电网调控集中式储热降低弃风率分析方法_楚帅.pdf

第第 44 卷卷 第第 1 期期 2023 年年 2 月月Vol.44 No.1Feb.2023发电技术发电技术Power Generation Technology电网调控集中式储热降低弃风率分析方法楚帅1，王爱华2*，葛维春1，2，李音璇3，崔岱1，2（1.沈阳工业大学电气工程学院，辽宁省 沈阳市 110870；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁省 沈阳市 110006；3.国网天津营销服务中心(计量中心)，天津市 河西区 300120）Analytical Method for Power Grid Dispatching Centralized Thermal Storage to Reduce Wind Abandoned RateCHU Shuai1,WANG Aihua2*,GE Weichun1,2,LI Yinxuan3,CUI Dai1,2(1.School of Electrical Engineering,Shenyang University of Technology,Shenyang 110870,Liaoning Province,China;2.State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang 110006,Liaoning Province,China;3.State Grid Tianjin Marketing Service Center(Metrology Center),Hexi District,Tianjin 300120,China)摘要摘要：北方地区为了实现清洁供暖、降低弃风率，投入各种电制热储热装置，尤以热电厂为了提高调节灵活性而投入的大容量电制热储热装置最为有效。提出了热电厂投入的大容量电制热储热装置消纳的电量计算方法和电网弃风电量计算方法，研究了电制热储热装置投入时序和弃风发生时序的关系，探讨了电制热储热装置投入后机组深度调峰的延时性。实际运行数据分析表明，弃风发生时序与电制热储热投入时序对于北方地区通过大容量电制热储热消纳弃风起到示范作用。关键词关键词：储热；弃风电量；深度调峰；时序ABSTRACT:In order to achieve clean heating and reduce the rate of abandoned wind,the northern region has invested in various heat storage devices,especially the large-capacity heat storage devices invested by thermal power plants to improve adjustment flexibility.The power consumption calculation method of large-capacity heat storage device invested by thermal power plants and the calculation method of abandoned wind power in power grid were proposed.Moreover,the relationship between the input timing of the heat storage device and the timing of abandoning wind was researched,and the delay of deep peak shaving of the unit after the input of the heat storage device was discussed.The actual data show that the input timing of the heat storage device and the timing of abandoning wind have a demonstration effect on the consumption of wind power through thermal storage in the northern region.KEY WORDS:thermal storage;abandoned wind power;deep peak shaving;time series0引言引言我国是风力发电发展大国，同时，也是弃风电量最多的国家，通过电制热储热装置使用弃风电量进行供暖是实现清洁供暖的最佳方式1-2。集中式电制热储热装置能够直接受电网调控并跟随弃风运行，建设大容量集中式电制热储热装置是消纳弃风电量的先决条件3-4。除此之外，为了使电制热储热装置能够更加有效地消纳弃风电量，有必要构建电制热储热装置投入时序与弃风发生时序关系的计算方法。电制热储热装置跟随弃风的运行过程，能够起到减小负荷峰谷差、缓解夜间火电机组调节负担、提高电网接纳风电能力的作用5。在传统电热联产机组上增加储热装置，通过协调火电和电制热储热装置的协同运行方式，能够将火电机组从热约束中解放出来6-8。此外，电制热储热装置的合理选型、定容，能够在满足系统充裕性需求的同时，降低电制热储热装置的投资成本9-10。通过将储热与储电等其他灵活性负荷搭配规划，能够进一步提升电网的灵活调节能力11-13。目前，已有诸多学者针对电制热储热与电网的协同优化运行问题进行了研究。文献14建立了包含基本制热、蓄热制热和蓄热3个模块的通DOI：10.12096/j.2096-4528.pgt.21090 中图分类号：TK 019；TM 732基金项目：国家重点研发计划项目(2019YFB1505400)。Project Supported by National Key Research and Development Program of China(2019YFB1505400).第第 44 卷卷 第第 1 期期发电技术发电技术用数学模型，并构建了风电供热与弃风协调的灵活运行策略，提出了确定项目最佳配置方案的方法。文献15基于日前供热负荷预测和风电出力预测，考虑储热装置运行机理，研究风电场与热电机组联合运行的优化方法，建立了日前调度模型并进行求解。文献16提出一种风电场与含储热的热电联产联合运行的调度模式，并基于该调度模式提出了考虑风电出力不确定性的联合系统优化调度模型。文献17提出了基于双线性模型的调度策略，用于开展热电机组与蓄热罐的协调运行，所提调度策略中采用了蓄热罐运行状态的预判方法，并重点应用了弃风率和成本增长率的技术指标，通过调整电出力以减小弃风，控制热出力以降低运行成本，并进一步考虑风电的不确定性，制定了最优调度方案。上述研究从储热消纳弃风电量的角度分析了原理、方法和效果，但是未针对热电厂安装集中式大容量储热装置，从控制方式、年度储热电量计算方法、弃风电量消纳的量化计算方法、储热投入时序和弃风时序的关联、储热投入后机组调节能力提升延时等方面进行深入分析。为此，本文提出了电网调度直接控制的电制热储热负荷消纳计算方法、计及电制热储热后弃风电量计算方法，分析了弃风发生时序与电制热储热投入时序，探讨了因电制热储热而降低机组出力下限的能力。1电网调度直接控制电制热储热负荷和弃电网调度直接控制电制热储热负荷和弃风电量计算方法风电量计算方法在电网中，直接建在大型热电厂的电制热储热装置都是由电网调度直接调控的，这些装置主要跟随弃风运行，即当电网出现弃风现象时投入，弃风消失时退出18。为分析这些储热装置对消纳弃风电量的作用和效果，有必要对储热消纳电量和减少电网弃风的关系进行分析。为了分析电网直接控制电制热储热装置消纳弃风电量的效果，需要计算储热装置投入年消纳电量Pcn，其表达式如下：Pcn=I=1150J=124K=14PcIJK(1)式中PcIJK为第I天、第J小时、第K时刻储热投入电量。由于电制热储热装置都是按单元投切的，因此，储热容量PcK可表示为PcK=i=1NPcK i(2)式中：PcK i为第i台电制热储热装置的容量；N为电制热储热装置的总数。通常，只有在电网即将弃风或弃风发生时才投入电制热储热。电网将电制热储热当作最后一道防线，电制热储热装置跟随弃风功率逐个单元投切，电制热储热装置的总容量越大，消纳弃风电量的能力越强19。电网在一年取暖季的弃风电量Pqwqn和全年总弃风电量Pqwn可分别表示如下：Pqwqn=I=1150J=124K=14PqwIJKPqwn=I=1365J=124K=14PqwIJK(3)式中PqwIJK为第I天、第J小时、第K时刻的弃风电电量。不考虑电制热储热装置时，电网在取暖季的应弃风电量PQwn等于电制储热消纳电量与取暖季弃风电量之和，即PQwn=Pcn+Pqwqn=I=1150J=124K=14PcIJK+I=1150J=124K=14PqwIJK (4)由式(4)可以看出，表面上，储热提高了弃风电量，实际上，弃风电量会因为储热投入而大幅减少。为了分析储热对消纳弃风电量的作用，需要计算一年的总风力发电量PNW，其表达式如下：PNW=I=1365J=124K=14PwIJK(5)式中PwIJK为第I天、第J小时、第K时刻风力发电电量。根据式(5)即可计算年总风力发电量，据此可以计算储热消纳的弃风电量。年弃风率计算如下：=PqwnPNW=(I=1365J=124K=14PqwIJK)/(I=1365J=124K=14PwIJK)(6)储热消纳的弃风电量占年总风力发电量的比例(即弃风率)c表示为c=PcnPNW=(I=1150J=124K=14PcIJK)/(I=1365J=124K=14PwIJK)(7)19Vol.44 No.1楚帅等楚帅等：电网调控集中式储热降低弃风率分析方法电网调控集中式储热降低弃风率分析方法由式(7)可知，如果没有储热，则会产生更多弃风电量，从而导致弃风率c增加。不考虑电制热储热装置时的弃风率q表示如下：q=c+=I=1150J=124K=14PcIJKI=1365J=124K=14PwIJK+I=1365J=124K=14PqwIJKI=1365J=124K=14PwIJK(8)如果储热消纳弃风电量较大，则c也会较大，意味着电制热储热装置消纳弃风电量的能力也较强。2储热装置投入与弃风发生时序关联性储热装置投入与弃风发生时序关联性分析分析为了深入分析电制热储热消纳的电量与弃风电量的关联性，需要分析储热投入时间序列C(t)、弃风发生时间序列W(t)、储热投入与弃风同时发生的时间序列SWC(t)。通过分析储热和弃风的运行时段是否一致，可以判断储热是否跟随弃风，如果完全一致，说明储热和弃风同时出现。然而，通常电网会在即将发生弃风时投入大容量电制热储热装置以避免弃风现象的出现。所以，只要有弃风发生，就有电制热储热装置投入，即弃风发生时序与弃风、储热同时发生的时序一致，表明有储热投入时，不一定有弃风，但有弃风就一定会投入储热。记录弃风发生时序W(t)、储热投入时序C(t)，分别如式(9)、(10)所示。W(t)=1 PqW(t)00 PqW(t)=0(9)C(t)=1 PC(t)00 PC(t)=0(10)即在t时刻，当弃风功率PqW(t)0时，W(t)=1，否则 W(t)=0；当储热投入功率 PC(t)0 时，C(t)=1，否则C(t)=0。通过分析弃风发生时序W(t)、储热投入时序C(t)，就能明确电制热储热投入与弃风之间的内在关联。经W(t)、C(t)与运算后，形成新的时间序列SWC(t)，即SWC(t)=W(t)C(t)(11)SWC(t)的时间序列表明电制热储热投入和弃风时段重合的时间序列。SWC(t)越接近W(t)，说明电制热储热跟随弃风投入效果越好，也越能说明电制热储热对弃风的调节作用越明显。即有弃风发生时，电制热储热一定是投入的；反之，电制热储热投入时，不一定有弃风发生。W(t