[发明专利]考虑光热热电联产与电锅炉的电-气-热互联系统风险评估方法

说明书

本发明公开一种考虑光热热电联产与电锅炉的电‑气‑热互联系统风险评估方法。建立基于耦合元件STCHP和EB的能流模型、弃风弃光和电/气/热负荷削减综合最小优化模型；其次，建立电‑气‑热互联系统的电力/气量/热力不足期望和弃风/弃光期望的系统级风险指标；再次，在所建的能流模型、负荷削减模型和评估指标的基础上，进一步考虑元件故障、电/气/热负荷、风电功率和光电功率等多种随机性因素，提出考虑光热热电联产和电锅炉的电‑气‑热互联系统风险评估的步骤与流程图；最后，在MATLAB平台上通过程序实现考虑光热热电联产和电锅炉的电‑气‑热互联系统风险评估的计算与分析工作。

技术领域

本发明属于综合能源系统领域，目的是实现电-气-热互联系统风险评估，具体涉及基于光热热电联产(solar thermal CHP plants，STCHP)和电锅炉(electric boiler，EB)的能流模型、弃风弃光和电/气/热负荷削减综合最小优化模型、电-气-热互联系统风险评估指标等内容。

背景技术

近年来，随着各种燃料类型的热电联产、燃气发电机组、燃气锅炉、电锅炉等传统

耦合元件规模的不断扩大，电力、天然气、热力系统间的耦合关系愈加深化。耦合元件STCHP利用了清洁能源光热，同时配置储热，打破了传统热电联产“以热定电”的运行模式，并且同EB一样具有高效的能源转换特性。随着风、光在电-气-热互联系统中的接入比例逐渐升高，电-气-热互联系统的不确定性激增，当风电、光伏过剩时，STCHP和EB可以为弃风弃光电量的大量转换与存储提供新的解决思路，提升新能源的消纳空间。当风、光不足时，STCHP和EB可以有效调节系统供电、供气、供热的风险水平。因此，需要提出一种含STCHP和EB的电-气-热互联系统风险评估方法来合理量化系统中风、光等不确定性因素带来的影响。然而，含STCHP和EB的电-气-热互联系统具有规模大、设备类型繁多、设备运行特性各异等特征，使得其风险评估的建模和计算复杂度大大增加。目前，电-气-热互联系统风险评估的研究多局限于电、气、热子系统，忽略了电力、天然气、热力系统间的耦合与转化关系，难以实现系统供电、供气、供热风险水平以及弃风弃光严重程度的准确量化。因此，亟需开展考虑STCHP和EB的电-气-热互联系统风险评估的研究。

目前针对考虑STCHP和EB的电-气-热互联系统风险评估方面的研究还处于起步阶段。风险评估包括三个基本步骤：系统状态选取、系统状态分析、风险指标计算，其中系统状态分析包括能流计算和负荷削减计算两部分内容。从能流模型来看，现有研究仅考虑了常规热电联产和燃气发电机组等传统耦合元件，未考虑具有光热、电、气、热紧密耦合作用的STCHP和具有高效电转热特性的EB对电-气-热互联系统能流分布的影响，也未考虑系统弃风弃光等因素；从负荷削减优化模型来看，现有电-气-热互联系统的研究中多以综合能源成本最小为优化目标，未考虑系统负荷削减和弃风弃光的问题，也未考虑耦合元件STCHP和EB在系统中的功率控制特性，无法实现电-气-热互联系统电/气/热负荷削减和弃风弃光综合最小的优化计算。从风险指标来看，现有研究基于电-气-热互联系统提出负荷削减概率、严重程度的系统级指标，但未对电-气-热互联系统中负荷削减和弃风弃光的严重程度进行量化分析。

发明内容

本发明的目的是针对现有研究对电-气-热互联系统风险评估能流模型、负荷削减优化模型、风险指标考虑不足的问题，提出了一种考虑STCHP和EB的电-气-热互联系统风险评估方法。现有风险评估存在以下问题：一是忽略了实际系统中存在的“弃风限电”、“弃光限电”现象，二是没有考虑STCHP和EB装置的耦合转换特性，三是缺乏系统供电、供气、供热风险水平的有效量化指标。本发明针对以上问题，提出相应改进措施：在能流模型中，将风电场弃风功率、光伏电场弃光功率、STCHP装置有功出力和EB装置消耗电功率引入电力系统有功平衡方程，将STCHP装置消耗气流量和EB装置输出热功率分别引入天然气系统流量平衡方程和热力系统热功率平衡方程；在负荷削减模型中，以弃风弃光和电/气/热负荷削减综合最小为优化目标，目标函数中包括电/气/热负荷削减量、弃风弃光量等变量；在风险评估指标中，建立可评估系统弃风弃光严重程度和供电、供气、供热风险水平的系统级指标。