本发明涉及能源利用技术领域,尤其涉及一种电热综合协调调度方法及装置、设备及介质。
背景技术:
目前,能源安全问题和环境污染问题日益突出,改变传统化石能源的使用方式,提高能源利用效率逐渐已经成为人类社会的迫切需求。热电联产技术是一种实现能源梯级利用的关键技术,近年来在我国发展十分迅速。随着热电厂的逐步落成,传统电力系统和热力系统之间的耦合愈加紧密,逐步发展出了电热综合能源系统。为了充分发挥出电热综合能源系统在实现能源优化利用上的协同效应,目前电热综合协调调度问题已经成为一个被广泛关注的热点问题。
在现有的电热综合协调调度问题中,热电厂这一关键的电热耦合环节通常被简化为一个或多个热电机组的多边形运行区间,然而事实上,热电厂通常具有较为复杂的内部结构,它们的调节涉及热电厂内多个热力部件的多种关键参数;另一方面,热电厂调节手段的日趋丰富将造成机组运行区间的改变,传统的基于运行区间的建模方式将无法满足分析需求。那么,有必要在电热综合协调调度问题中对热电厂进行更加详细地建模,这是客观反应电热系统耦合规律的基础。
技术实现要素:
本发明提供一种电热综合协调调度方法及装置、设备及介质,电热综合协调调度问题中引入了详细的热电厂模型,能够更加准确地描述热电厂内的物理过程,反映出电热系统耦合的真实物理规律,更加合理地进行调度。
第一方面,本发明提供一种电热综合协调调度方法,包括:
获取电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数:
基于所述电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数构建电热综合协调调度模型,所述电热综合协调调度模型;
基于所述电热综合协调调度模型得到求解结果以便进行调度。
进一步地,所述电力系统模型参数包括常规火电机组的煤耗特性函数、常规火电机组和热电机组的最大爬坡速率、常规火电机组的最大和最小技术出力;电力母线和电力传输线路的连接关系、电力母线到电力传输线路的有功功率转移分布因子、电力传输线路的最大有功传输容量、调度时间区间内的电负荷预测曲线、风电有功出力极限预测曲线;
所述热电厂模型参数包括热力部件间的拓扑连接关系、额定工况下热电机组高、中、低压缸的进口和出口温度、进口和出口压力、进汽流量、理想比焓降、内效率、热电机组的最大和最小主蒸汽流量、高压缸旁路最大流量、低压缸最小进汽流量、滑压曲线形状参数、减温水和锅炉给水比焓、发电机效率、机械效率、锅炉效率、物性数据库、水的比热容、煤的热值、相变换热器和吸收式热泵的性能系数;
所述热力系统模型参数包括一级热力管道的节点-管道连接关系、温度动态方程系数、传输延时、质量流量、最大和最小节点温度、土壤温度、二级热力管网的最小等效热阻、最大和最小室内温度、建筑物围护结构的热容和热阻、室外环境温度预测曲线。
进一步地,所述基于所述电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数构建电热综合协调调度模型包括:
构建电热综合协调调度模型的目标函数,表达式如下:
其中,
构建电热综合协调调度模型的电力系统约束条件;
构建电热综合协调调度模型的热电厂约束条件;所述热电厂中包含热电机组、相变换热器、吸收式热泵、厂内供热网络等热力部件或热力环节中的一个或多个;所述热电机组包含背压式机组或抽凝式机组中的一类或多类;
构建电热综合协调调度模型的热力系统约束条件;
构建电热综合协调调度模型的抽象形式。
进一步地,所述电力系统约束条件包括:电力系统能量平衡约束、机组有功出力上下限约束、机组爬坡速率约束以及线路有功传输容量约束;
所述电力系统能量平衡约束为:
其中,
所述机组有功出力上下限约束为:
其中,
所述机组爬坡速率约束为:
其中,
所述线路有功传输容量约束为:
其中,sful是电力母线u到电力传输线路l的有功功率转移分布因子;
进一步地,所述构建电热综合协调调度模型的热电厂约束条件包括:
构建热电机组高、中、低压缸的运行约束;对于所述背压式机组的高、中、低压缸以及所述抽凝式机组的高、中压缸,构建如下运行约束:
其中,上标x可取hp、ip和lp,分别代表高、中、低压缸的相关参数;上标0表示额定工况下的相关参数;
对于所述抽凝式机组的低压缸,构建如下运行约束:
其中,
构建热电机组高、中、低压缸之间的耦合约束:
对于所述背压式机组,构建如下蒸汽流量平衡方程:
其中,
对于所述抽凝式机组,构建如下蒸汽流量平衡方程:
其中,
对于所述背压式机组和抽凝式机组,构建高、中、低压缸进出口温度、压力的耦合关系:
其中,
对于所述背压式机组和抽凝式机组,构建外特性方程:
其中,
构建热电机组的煤耗特性约束;
其中,
构建相变换热器的运行约束;
其中,cw是水的比热容;
构建吸收式热泵的运行约束;
其中,
构建厂内供热网络的运行约束:
其中,
进一步地,所述构建电热综合协调调度模型的热力系统约束条件包括:
构建一级热力管网运行约束;
其中,
构建二级热力管网运行约束;
其中,ph是同热负荷h相连的一级热力管道编号;
构建建筑物围护结构运行约束;
其中,
进一步地,所述构建电热综合协调调度模型的抽象形式包括:
其中,决策向量x1所包含的决策变量如式(21)所示;其他的决策变量表示为决策向量x2;目标函数抽象地表示为f(x1,x2);约束方程式(6)、(7)、(10)和(11)抽象地表示为x1=g1(x2);其他约束条件抽象地表示为g2(x1,x2)≤0;
进一步地,所述基于所述电热综合协调调度模型得到求解结果以便进行调度包括:
s1:初始化决策向量x1的取值,结果记为
s2:将电热综合协调调度模型的抽象形式的x1设置为
s3:根据所述
s4:确定
第二方面,本发明提供一种电热综合协调调度装置,包括:
参数获取模块,用于获取电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数:
模型构建模块,用于基于所述电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数构建电热综合协调调度模型,所述电热综合协调调度模型;
求解调度模块,用于基于所述电热综合协调调度模型得到求解结果以便进行调度。
第三方面,本发明还提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述电热综合协调调度方法的步骤。
第四方面,本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电热综合协调调度方法的步骤。
本发明提供的一种电热综合协调调度方法及装置、设备及介质,通过在电热综合协调调度问题中引入了详细的热电厂模型,能够更加准确地描述热电厂内的物理过程,反映出电热系统耦合的真实物理规律,更加合理地进行调度,同时,为了处理详细热电厂模型引入所造成的模型难以求解的问题,本发明提供了一种实用化的迭代求解方法,该方法可以将电热综合协调调度模型转化为一系列商业求解器可以处理的模型,方便实际工程中的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电热综合协调调度方法的流程图;
图2为本发明提供一种电热综合协调调度装置的组成结构示意图;
图3为本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的一种电热综合协调调度方法。
图1为本发明实施例提供的一种电热综合协调调度方法的流程图。
本发明实施例提供一种电热综合协调调度方法,包括:
步骤110:获取电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数:
具体地,分别从电力系统、热电厂和热力系统的运行管理部门获取电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数:所述电力系统模型参数包括常规火电机组的煤耗特性函数、常规火电机组和热电机组的最大爬坡速率、常规火电机组的最大和最小技术出力;电力母线和电力传输线路的连接关系、电力母线到电力传输线路的有功功率转移分布因子、电力传输线路的最大有功传输容量、调度时间区间内的电负荷预测曲线、风电有功出力极限预测曲线;
所述热电厂模型参数包括热力部件间的拓扑连接关系、额定工况下热电机组高、中、低压缸的进口和出口温度、进口和出口压力、进汽流量、理想比焓降、内效率、热电机组的最大和最小主蒸汽流量、高压缸旁路最大流量、低压缸最小进汽流量、滑压曲线形状参数、减温水和锅炉给水比焓、发电机效率、机械效率、锅炉效率、物性数据库、水的比热容、煤的热值、相变换热器和吸收式热泵的性能系数;
所述热力系统模型参数包括一级热力管道的节点-管道连接关系、温度动态方程系数、传输延时、质量流量、最大和最小节点温度、土壤温度、二级热力管网的最小等效热阻、最大和最小室内温度、建筑物围护结构的热容和热阻、室外环境温度预测曲线。
步骤120:基于所述电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数构建电热综合协调调度模型,所述电热综合协调调度模型;
具体地,可以构建一系列的目标函数,电力系统约束条件、热电厂约束条件、热力系统约束条件等。为了实现基于所述电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数构建电热综合协调调度模型可以构建电热综合协调调度模型的目标函数,表达式如下:
其中,
还可以构建电热综合协调调度模型的电力系统约束条件;还可以构建电热综合协调调度模型的热电厂约束条件;所述热电厂中包含热电机组、相变换热器、吸收式热泵、厂内供热网络等热力部件或热力环节中的一个或多个;所述热电机组包含背压式机组或抽凝式机组中的一类或多类;还可以构建电热综合协调调度模型的热力系统约束条件;还可以构建电热综合协调调度模型的抽象形式。
进一步地,所述电力系统约束条件包括:电力系统能量平衡约束、机组有功出力上下限约束、机组爬坡速率约束以及线路有功传输容量约束;
所述电力系统能量平衡约束为:
其中,
所述机组有功出力上下限约束为:
其中,常规火电厂和风电场的有功出力需要位于一定范围内,
所述机组爬坡速率约束为:
其中,
所述线路有功传输容量约束为:
其中,sful是电力母线u到电力传输线路l的有功功率转移分布因子;
进一步地,所述构建电热综合协调调度模型的热电厂约束条件包括:
构建热电机组高、中、低压缸的运行约束;对于所述背压式机组的高、中、低压缸以及所述抽凝式机组的高、中压缸,构建如下运行约束:
式(6)依次给出了背压式机组的高、中、低压缸以及抽凝式机组的高、中压缸中的通流方程以及热功转换方程,此时,各缸的末级蒸汽通常处于过热态;其中,上标x可取hp、ip和lp,分别代表高、中、低压缸的相关参数;上标0表示额定工况下的相关参数;
对于所述抽凝式机组的低压缸,构建如下运行约束:
由于抽凝式机组低压缸的末级蒸汽通常为湿饱和态,因此式(7)单独给出了抽凝式机组低压缸的通流方程和热功转换方程;其中,
构建热电机组高、中、低压缸之间的耦合约束:
对于所述背压式机组,构建如下蒸汽流量平衡方程:
其中,
对于所述抽凝式机组,构建如下蒸汽流量平衡方程:
其中,
对于所述背压式机组和抽凝式机组,构建高、中、低压缸进出口温度、压力的耦合关系:
其中,
对于所述背压式机组和抽凝式机组,构建外特性方程:
其中,
构建热电机组的煤耗特性约束;
其中,
构建相变换热器的运行约束;
其中,cw是水的比热容;
构建吸收式热泵的运行约束;
其中,
构建厂内供热网络的运行约束:
其中,
更进一步地,所述构建电热综合协调调度模型的热力系统约束条件包括:
构建一级热力管网运行约束;
其中,
构建二级热力管网运行约束;
其中,ph是同热负荷h相连的一级热力管道编号;
构建建筑物围护结构运行约束;
其中,式(19)首先给出了离散化的建筑物围护结构热传导方程,这里
值得说明的是,所述构建电热综合协调调度模型的抽象形式包括:
其中,决策向量x1所包含的决策变量如式(21)所示;其他的决策变量表示为决策向量x2;目标函数抽象地表示为f(x1,x2);约束方程式(6)、(7)、(10)和(11)抽象地表示为x1=g1(x2);其他约束条件抽象地表示为g2(x1,x2)≤0;
步骤130:基于所述电热综合协调调度模型得到求解结果以便进行调度。
在得到了电热综合协调调度模型后,求解计及热电厂内部结构的电热综合协调调度模型,由于计及热电厂内部结构的电热综合协调调度模型中的热电厂约束方程为非线性,无法采用商业求解器直接求解,为此,本发明从式(20)的特殊结构出发,采用一种迭代方法对其进行求解,所述方法包括如下步骤:
s1:初始化决策向量x1的取值,结果记为
s2:将电热综合协调调度模型的抽象形式的x1设置为
s3:根据所述
s4:确定
可以看到,本发明将无法采用商业求解器直接求解的电热综合协调调度问题转化为了一系列可以应用商业求解器处理的问题,进而使得本发明在实际工程中便于使用。
本发明提供的一种电热综合协调调度装置,通过在电热综合协调调度问题中引入了详细的热电厂模型,能够更加准确地描述热电厂内的物理过程,反映出电热系统耦合的真实物理规律,更加合理地进行调度,同时,为了处理详细热电厂模型引入所造成的模型难以求解的问题,本发明提供了一种实用化的迭代求解方法,该方法可以将电热综合协调调度模型转化为一系列商业求解器可以处理的模型,方便实际工程中的应用。
下面对本发明提供的电热综合协调调度装置进行描述,下文描述的电热综合协调调度装置与上文描述的电热综合协调调度方法可相互对应参照。
请参考图2,图2为本发明提供一种电热综合协调调度装置的组成结构示意图。
本发明提供一种电热综合协调调度装置200,包括:
参数获取模块210,用于获取电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数:
模型构建模块220,用于基于所述电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数构建电热综合协调调度模型,所述电热综合协调调度模型;
求解调度模块230,用于基于所述电热综合协调调度模型得到求解结果以便进行调度。
所述参数获取模块配置成:从电力系统、热电厂和热力系统的运行管理部门获取模型参数并发送至模型构建模块;所述模型参数包括电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数;
所述模型构建模块配置成:根据所述模型参数,依次构建电热综合协调调度模型的目标函数、电力系统约束条件、热电厂约束条件和热力系统约束条件,并构建电热综合协调调度模型的抽象形式并发送至求解调度模块;
所述求解调度模块配置成:采用如上述方法实施例中的方法求解电热综合协调调度模型,并输出求解结果。
可以看到,本发明在电热综合协调调度问题中引入了详细的热电厂模型,能够更加准确地描述热电厂内的物理过程,反映出电热系统耦合的真实物理规律。同时,为了处理详细热电厂模型引入所造成的模型难以求解的问题,本发明提供了一种实用化的迭代求解方法,该方法可以将电热综合协调调度模型转化为一系列商业求解器可以处理的模型,方便实际工程中的应用。
本发明提供的一种电热综合协调调度装置,通过在电热综合协调调度问题中引入了详细的热电厂模型,能够更加准确地描述热电厂内的物理过程,反映出电热系统耦合的真实物理规律,更加合理地进行调度,同时,为了处理详细热电厂模型引入所造成的模型难以求解的问题,本发明提供了一种实用化的迭代求解方法,该方法可以将电热综合协调调度模型转化为一系列商业求解器可以处理的模型,方便实际工程中的应用。
图3示例了一种电子设备的实体结构示意图,如图3所示,该电子设备可以包括:处理器(processor)310、通信接口(communicationsinterface)320、存储器(memory)330和通信总线340,其中,处理器310,通信接口320,存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令,以执行电热综合协调调度方法,该方法包括:获取电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数:基于所述电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数构建电热综合协调调度模型,所述电热综合协调调度模型;基于所述电热综合协调调度模型得到求解结果以便进行调度。
此外,上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:u盘、移动硬盘、只读存储器(rom,read-onlymemory)、随机存取存储器(ram,randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面,本发明还提供一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,计算机能够执行上述各方法所提供的电热综合协调调度方法,该方法包括:获取电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数:基于所述电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数构建电热综合协调调度模型,所述电热综合协调调度模型;基于所述电热综合协调调度模型得到求解结果以便进行调度。
又一方面,本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的电热综合协调调度方法,该方法包括:获取电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数:基于所述电力系统模型参数、热电厂模型参数和热力系统模型参数构建电热综合协调调度模型,所述电热综合协调调度模型;基于所述电热综合协调调度模型得到求解结果以便进行调度。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如rom/ram、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。