一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略

1.本发明涉及提升电网调峰能力方法技术领域，特别涉及一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略。


背景技术：

2.大规模风电并网有效地缓解了阶段性电力供需矛盾，减少了环境污染，但由于风电具有波动性和随机性的特点，也给电网的安全稳定运行带来很多问题。随着风电并网容量的急剧增加，电网调峰压力不断加大，风电并网和调峰问题日益凸显，弃风问题比较突出。
3.电熔镁负荷具有容量大、调节能力强的特点，且多数电熔镁企业毗邻大规模风电汇集点，可就地消纳受阻风电，提高电网调峰能力。在负荷侧采用积极有效的技术和机制促进电熔镁负荷主动参与消纳风电，在风电受阻的负荷低谷时段，降低负荷用电成本，鼓励电熔镁负荷尽量多的使用风电，减少风电受阻，这样可以大大增强风电消纳能力和电网调峰能力，使电网侧和需求侧共同受益。电熔镁企业和风电企业的优势互补、协调发展，将有效缓解电网调峰压力，不仅为电熔镁企业和本地发展带来巨大经济效益，同时也带来节能减排等社会效益。
4.电熔镁生产是通过三相交流电熔镁炉(简称电熔镁炉)将主要成分为碳酸镁的菱镁矿石加工的轻烧镁粉加热到2850℃以上使之分解为氧化镁熔液和二氧化碳气体，再将氧化镁熔液冷却结晶去除杂质后得到高纯度的氧化镁晶体。在电熔镁炉生产过程中,分为加料、加热熔炼、冷却、粉碎、分拣等工序，其中加热熔炼为主要工序，在加热熔炼的过程中，可以适当调节电熔镁炉有功功率，使其参与电网调峰，消纳受阻风电。
5.目前对于电熔镁负荷主动参与电网调峰的控制策略还有待进一步研究，结合电熔镁负荷的运行特性，合理规划其生产方式，使其参与电网调峰，提区域电网的调峰能力，是解决由于大规模风电并网带来的电网调峰压力的一种有效办法，具有较强的工程意义与实用价值。
6.现有公开的技术中：《高载能负荷提高风电就地消纳的需求响应模式研究》在对高耗能负荷进行分类的基础上，确定了不同高耗能负荷参与电网调峰的不同方式，但是并未对不同类型的高耗能负荷运行方式进行深入研究。
7.现有公开的技术中：《高载能负荷参与调节消纳受阻风电的控制策略》中提出利用电解铝、铁合金和碳化硅负荷参与调节消纳受阻风电，并在此基础上提出了三种负荷参与消纳受阻风电的多时间尺度协调控制策略，但该方法并不适用于其他高耗能负荷。本方法将充分结合电熔镁负荷的生产实际，提出一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略。


技术实现要素：

8.为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略，建立一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略，解决在大规模风电接
入情况下电网调峰压力大的问题。
9.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
10.一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略，包括：日前对次日风电出力曲线以及常规负荷功率曲线进行预测，对于常规机组，使其以机组最小出力运行，结合电熔镁负荷实际运行特性，将电熔镁负荷看做一种可控负荷，通过在弃风时段调整电熔镁负荷功率和常规机组出力，实现风电消纳、缓解电网调峰压力的目标。
11.包括如下步骤：
12.步骤1、日前预测系统内风电发电功率和常规负荷功率，结合电熔镁企业上报的生产计划，得到电熔镁企业的负荷功率曲线；
13.步骤2、结合常规机组出力曲线以及步骤1中的风电和负荷功率曲线，判断系统是否存在弃风时段；
14.步骤3、当系统存在弃风功率时，考虑电熔镁负荷运行约束和常规机组以及风电机组的运行约束，调整电熔镁负荷和常规机组功率，计算次日各时段电熔镁负荷、风电机组和常规机组的功率；
15.步骤4、通过计算得到次日各时段电熔镁负荷计划功率、风电机组计划功率和常规机组的计划功率，为次日区域电网的调度运行提供理论依据。
16.进一步地，所述的步骤1中，通过预测区域电网中的风电功率和负荷功率，得到风电机组预测功率p
wind_fore
和负荷预测功率，其中负荷预测功率包括常规负荷预测功率p
load_fore
和电熔镁负荷功率p
mg
。
17.进一步地，所述的步骤2中，常规机组以最小出力运行，计算系统的弃风功率为
18.p
abon
＝p
wind_fore
+p
gmin
‑
p
load
‑
p
mg
ꢀꢀꢀ
(1)
19.其中p
abon
是系统的弃风功率，p
wind_fore
是系统的风电预测功率，p
gmin
是系统的常规机组最小运行功率，p
load_fore
是系统的常规负荷预测功率，p
mg
是系统的电熔镁负荷功率；当p
abon
＞0时，系统中存在弃风现象，需要提高电熔镁负荷功率，最大化消纳风电；当p
abon
＜0时，系统中电源功率小于负荷功率，系统电源供应不足，需要提高常规机组出力，降低电熔镁负荷功率；当某一时刻系统的弃风功率超过常规机组和电熔镁负荷的调节范围时，表明调峰策略不足以跟踪弃风功率，需要进行弃风来平衡发电和需求。
20.进一步地，所述的步骤3中，如果系统的弃风功率p
abon
≠0时，即需要结合电熔镁负荷运行约束和常规机组以及风电机组的运行约束，求解各时段电熔镁负荷、风电机组和常规机组的功率；
21.当某一时刻弃风功率时，系统中存在弃风，此时常规机组运行在最小出力下，无法进行调整，此时可以上调电熔镁负荷功率，上调后电熔镁负荷功率为
[0022][0023]
其中，为t时刻的弃风功率，为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为 t时刻调节前电熔镁负荷功率，为t时刻电熔镁负荷调节功率；
[0024]
由于需要考虑电熔镁负荷实际运行特性，在调整过程中需考虑电熔镁负荷实际运行过程中的约束条件，约束条件为：
[0025]
运行功率约束：
[0026][0027]
为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为t时刻保证电熔镁负荷安全稳定运行的功率下限，为t时刻保证电熔镁负荷安全稳定运行的功率上限；
[0028]
调节时间约束：
[0029]
t
adjmin
≤t
adj
≤t
adjmax
ꢀꢀꢀ
(4)
[0030]
t
adj
为电熔镁负荷调节时间，t
adjmin
为电熔镁负荷调节时间下限，t
adjmax
为电熔镁负荷调节时间上限；
[0031]
电熔镁负荷功率调节后，风电输出功率为：
[0032][0033]
为t时刻风电输出功率，为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为t 时刻常规负荷预测功率，为t时刻常规机组输出功率下限；
[0034]
由于风电场输出功率限制，对于风电输出功率，有以下约束：
[0035]
输出功率约束：
[0036][0037]
为t时刻风电输出功率，为t时刻风电预测功率；
[0038]
此时，常规机组输出功率为：
[0039][0040]
为t时刻常规机组输出功率，为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为 t时刻常规负荷预测功率，为t时刻风电输出功率；
[0041]
对于常规机组，有以下约束条件：
[0042]
输出功率上下限约束：
[0043][0044]
为t时刻常规机组发电功率，为t时刻常规机组输出功率下限，为t时刻常规机组输出功率上限；
[0045]
爬坡速度约束：
[0046][0047]
为t时刻常规机组发电功率，为t
‑
1时刻常规机组发电功率，p
gup
为常规机组上升出力限制，p
gdown
为常规机组下降出力限制；
[0048]
整个系统的功率平衡约束为：
[0049][0050]
为t时刻常规机组发电功率，为t时刻风电输出功率，为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为t时刻常规负荷预测功率；
[0051]
当某一时刻弃风功率时，系统中不存在弃风，此时常规机组运行在最小出力下，可以通过上调常规机组出力和下调电熔镁负荷功率的方式，缓解系统的调峰压力；在此过程中，式(2)中的变为负值，电熔镁负荷需要向下调节功率，常规机组需要向上调节功率，计算过程同上，同时要满足以上过程中的约束条件。
[0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0053]
本发明的一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略，充分考虑电熔镁负荷运行特性与生产过程，提出通过调节电熔镁负荷功率和常规机组输出功率的一种源荷互动调峰策略，在不影响电熔镁企业运行时间的情况下，利用负荷侧现有的电熔镁可控负荷资源，提升风电利用率，缓解系统的调峰压力，具有较高的经济效益与环境效益。
附图说明
[0054]
图1是本发明一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略的求解流程图；
[0055]
图2是本发明一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略的仿真结果示意图。
具体实施方式
[0056]
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
[0057]
本发明所采用的技术方案是：一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略，包括：日前对次日风电出力曲线以及常规负荷功率曲线进行预测，对于常规机组，使其以机组最小出力运行，结合电熔镁负荷实际运行特性，将电熔镁负荷看做一种可控负荷，通过在弃风时段调整电熔镁负荷功率和常规机组出力，实现风电消纳、缓解电网调峰压力的目标。
[0058]
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0059]
如图1所示，具体包括以下步骤：
[0060]
步骤1中通过预测区域电网中的风电功率和负荷功率，得到风电机组预测功率p
wind_fore
和负荷预测功率，其中负荷预测功率包括常规负荷预测功率p
load_fore
和电熔镁负荷功率p
mg
。
[0061]
步骤2中常规机组以最小出力运行，计算系统的弃风功率为
[0062]
p
abon
＝p
wind_fore
+p
gmin
‑
p
load
‑
p
mg
ꢀꢀꢀ
(1)
[0063]
其中p
abon
是系统的弃风功率，p
wind_fore
是系统的风电预测功率，p
gmin
是系统的常规机组最小运行功率，p
load_fore
是系统的常规负荷预测功率，p
mg
是系统的电熔镁负荷功率。当 p
abon
＞0时，系统中存在弃风现象，需要提高电熔镁负荷功率，最大化消纳风电。当p
abon
＜0 时，系统中电源功率小于负荷功率，系统电源供应不足，需要提高常规机组出力，降低电熔镁负荷功率。当某一时刻系统的弃风功率超过常规机组和电熔镁负荷的调节范围时，表明调峰策略不足以跟踪弃风功率，需要进行弃风来平衡发电和需求。
[0064]
步骤3中如果系统的弃风功率p
abon
≠0时，即需要结合电熔镁负荷运行约束和常规
机组以及风电机组的运行约束，求解各时段电熔镁负荷、风电机组和常规机组的功率。
[0065]
当某一时刻弃风功率时，系统中存在弃风，此时常规机组运行在最小出力下，无法进行调整，此时可以上调电熔镁负荷功率，上调后电熔镁负荷功率为
[0066][0067]
其中，为t时刻的弃风功率，为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为t时刻调节前电熔镁负荷功率，为t时刻电熔镁负荷调节功率。
[0068]
由于需要考虑电熔镁负荷实际运行特性，在调整过程中需考虑电熔镁负荷实际运行过程中的约束条件，约束条件为：
[0069]
运行功率约束：
[0070][0071]
为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为t时刻保证电熔镁负荷安全稳定运行的功率下限，为t时刻保证电熔镁负荷安全稳定运行的功率上限。
[0072]
调节时间约束：
[0073]
t
adjmin
≤t
adj
≤t
adjmax
ꢀꢀꢀ
(4)
[0074]
t
adj
为电熔镁负荷调节时间，t
adjmin
为电熔镁负荷调节时间下限，t
adjmax
为电熔镁负荷调节时间上限。
[0075]
电熔镁负荷功率调节后，风电输出功率为：
[0076][0077]
为t时刻风电输出功率，为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为t时刻常规负荷预测功率，为t时刻常规机组输出功率下限。
[0078]
由于风电场输出功率限制，对于风电输出功率，有以下约束：
[0079]
输出功率约束：
[0080][0081]
为t时刻风电输出功率，为t时刻风电预测功率。
[0082]
此时，常规机组输出功率为：
[0083][0084]
为t时刻常规机组输出功率，为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为t时刻常规负荷预测功率，为t时刻风电输出功率。
[0085]
对于常规机组，有以下约束条件：
[0086]
输出功率上下限约束：
[0087][0088]
为t时刻常规机组发电功率，为t时刻常规机组输出功率下限，为t时刻常规机组输出功率上限。
[0089]
爬坡速度约束：
[0090][0091]
为t时刻常规机组发电功率，为t
‑
1时刻常规机组发电功率，p
gup
为常规机组上升出力限制，p
gdown
为常规机组下降出力限制。
[0092]
整个系统的功率平衡约束为：
[0093][0094]
为t时刻常规机组发电功率，为t时刻风电输出功率，为t时刻电熔镁负荷调节后功率，为t时刻常规负荷预测功率。
[0095]
当某一时刻弃风功率时，系统中不存在弃风，此时常规机组运行在最小出力下，可以通过上调常规机组出力和下调电熔镁负荷功率的方式，缓解系统的调峰压力。在此过程中，式(2)中的变为负值，电熔镁负荷需要向下调节功率，常规机组需要向上调节功率，计算过程同上，同时要满足以上过程中的约束条件。
[0096]
步骤4中，通过步骤3中的计算可以得到次日各时段电熔镁负荷计划功率风电机组计划功率和常规机组的计划功率由调度下发指令，指导各单位安全稳定运行。
[0097]
通过以上方式，本发明的一种基于电熔镁主动控制的源荷互动调峰策略，通过考虑电熔镁负荷实际的运行特性和调节特性，建立电熔镁负荷与风电和常规机组之间的源荷互动调峰策略，计算得到电熔镁负荷以及常规机组在各个时段参与系统调峰的调节量，有效消纳受阻风电，缓解系统的调峰压力，不仅具有较高的应用价值，同时具有节能减排的社会效益。
[0098]
以下结合具体实例，详细介绍本发明的方法：假设在某区域电网中，常规机组总装机容量为400mw，风电总装机容量为300mw，常规机组最小出力为200mw，常规机组的爬坡速度为每分钟上升或下降1％的机组额定容量，该区域有20台电熔镁炉，单台容量约为5mw，电熔镁炉的可上调功率为基准容量的20％，系统的常规负荷为300mw，对于次日风电的预测数据已知，从图2可以看出，在第1
‑
7时段，风电的实际出力值小于风电出力预测值，存在弃风现象，此时电熔镁负荷上调功率，使得系统弃风量减小，同时在第12
‑
14 时段和第17
‑
19时段，电熔镁负荷功率降低，避免常规机组参与调节，降低了常规机组的调节成本。
[0099]
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。