[发明专利]一种全系统低发电成本的大规模风电控制方法

权利要求书

1.一种全系统低发电成本的大规模风电控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)数据获取与电网等效

1)数据获取

对火电机组运行技术参数、能源价格参数、CO₂排放许可价格、系统运行数据的获得；对火电机组运行技术参数进行收集，所述火电机组运行技术参数包括：常规调峰运行时的最小出力、深度调峰运行时的最小出力、额定出力、发电煤耗率、深度调峰运行时的投油量、单位标煤的等效CO₂排放系数以及单位柴油的等效CO₂排放系数；根据市场能源价格及碳排放价格走势可以获得能源价格参数，包括煤炭价格、柴油价格和CO₂排放许可价格；从电网调度中心获取系统运行数据，包括负荷水平、风电功率、各火电机组出力及火电机组台数；

2)电网等效

由于电网大多已经实现互联，将待研究电网等值成独立电网，其他邻近电网与待研究电网用等值注入功率来等效，将所述注入功率等效为联络线上传输的功率，并且其波动范围不能超过约定的联络线传输功率；

(2)系统可用的最大向下调峰容量获取

根据步骤(1)获取的数据经过处理，即可获得某一时刻系统可用的最大向下调峰容量，系统可用的最大向下调峰容量用(1)式计算得到：

PMDC(t)=PLoad(t)-Σi=1NPGmin2.i---(1)]]>

式中，P_MDC(t)为第t时段系统可用的最大向下调峰容量，单位：MW；P_Load(t)为该时段系统总的发电负荷，单位：MW；P_Gmin2.i为系统中第i台火电机组常规调峰运行时的最小出力，单位：MW；N为系统中火电机组台数；

(3)对全系统低发电成本的大规模风电控制

1)目标函数

大规模风电接入以火电机组调峰为主的电网，当系统负荷保持不变且忽略系统运行方式变化引起的网损变化，则风电功率波动将完全由火电机组来平衡；以风电接入后全系统发电成本节约量最大为目标函数，通过对风电功率进行合理控制，防止由于风电功率增发反而使全系统发电能耗、温室气体和污染物排放量显著增加的现象；

目标函数：

Max  ΔC(t)＝C(P_G，t₀)-C(P_G，t)                (2)

其中，ΔC(t)表示全系统发电成本节约量，单位：元；C(P_G，t₀)为风电接入前全系统发电成本，单位：元；C(P_G，t)为风电接入后全系统发电成本，单位：元；

由于风力发电无需为作为一次能源的风能付费，故将风力发电看作是零成本，因此，全系统发电成本即火电成本；火电成本主要包括燃料成本和环境成本，即电能生产过程中发生的煤碳或油消耗成本和燃煤或油所造成的环境污染代价；风电接入后全系统发电成本表示为：

C(P_G，t)＝C_coal(P_G，t)+C_env(P_G，t)                (3)

其中，C_coal(P_G，t)、C_env(P_G，t)分别是火电机组在t时段的燃料成本和环境成本，单位：元；火电机组在常规调峰范围内运行时，其燃料成本和环境成本用下式表示：

Ccoal(PG,t)=0.001×Pr1×Σi=1N∫bi(t)×PGi(t)dtCenv(PG,t)=0.001×Pr2×Σi=1N∫C1×bi(t)×PGi(t)dt---(4)]]>

其中，P_r1、P_r2分别为煤炭价格和CO₂排放许可价格，单位：元/吨；b_i(t)为第i台火电机组在t时段的发电煤耗率，单位：g/kWh；P_Gi(t)为第i台火电机组在t时段的出力，单位：MW；N为火电机组台数；C₁为燃烧单位标煤的等效CO₂排放系数，单位：吨CO₂/吨标煤；

发电煤耗率是火电机组出力的函数，随火电机组出力的降低而增加，一般发电煤耗率可表示成二次函数形式，如式(5)所示：

b_i(t)＝f₁[P_Gi(t)]

(5)

＝A_i×P_Gi(t)²+B_i×P_Gi(t)+C_i

式中：A_i、B_i、C_i为由拟合得到的耗量特性系数；

火电机组深度调峰运行时，燃料成本和环境成本可用式(6)计算，式中，P_r3为柴油价格，元/吨；H_i.o(t)为第i台火电机组在t时段的投油量，吨/小时；C₂为燃烧单位柴油的等效CO₂排放系数，单位：吨CO₂/吨标煤；M为深度调峰运行的火电机组台数；

Ccoal(PG,t)=0.001×Pr1×Σi=1N∫bi(t)×PGi(t)dt+Pr3×Σi=1M∫Hi.o(t)dtCenv(PG,t)=0.001×Pr2×Σi=1N∫C1×bi(t)×PGi(t)dt+Pr2×Σi=1M∫C2×Hi.o(t)dt---(6)]]>

投油量与火电机组出力有关，这里将投油量表示成火电机组出力的一次函数，如式(7)所示：

H_i.o(t)＝f₂[P_Gi(t)]＝a_i×P_Gi(t)+b_i

(7)

(P_G min 1.i≤P_Gi(t)≤P_G min 2.i)

式中：a_i、b_i为一次函数系数；火电机组出力应满足括号内的约束条件，P _Gmin 1.i为第i台火电机组深度调峰运行时的最小出力；

当火电机组出力维持P_G(t₀)不变时，火电成本可表示为：

C(P_G，t₀)＝C_coal(P_G，t₀)+C_env(P_G，t₀)            (8)

式中：C(P_G，t₀)为t₀时段风电接入前全系统发电成本，单位：元；C_coal(P_G，t₀)为该时段的燃料成本，单位：元；C_env(P_G，t₀)为该时段的环境成本，单位：元；

2)约束条件：

PGmin1.i≤PG.i(t)≤PGN.iPwmin≤Pw(t)≤Pwmax---(9)]]>

式中：P_GN.i为第i台火电机组的额定出力，单位：MW；P_w(t)分别为t时段的风电功率，单位：MW；P_wmax、P_wmin分别为风电最大、最小输出功率，单位：MW；

3)风电功率控制

引入风电增发的边际效益概念，以下称边际效益，用来刻画不同备用容量水平下，每增发或减小单位风电功率给给全系统发电能耗和温室气体、污染物排放带来的增量或减量情况，此量值与系统运行状态、系统调峰容量水平、机组能耗等因素密切相关，边际效益定义如下：

W(t)=∂ΔC(t)∂Pw(t)---(10)]]>

W(t)为边际效益，单位：元/MWh；W(t)＞0表明在当前运行状态下，增发单位风电功率使全系统的发电能耗和相应的温室气体、污染物排放减少；W(t)＜0表明在当前运行状态下，增发单位风电功率使全系统的发电能耗和相应的温室气体、污染物排放增加；即出现风电增发反而使全系统发电成本增加的现象；

当W(t)＜0时采用弃风方法对风电功率进行控制，以系统可用的最大向下调峰容量作为风电最大接入功率，超过部分的风电功率将被限制。