考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法及系统

本发明属于电力系统运行与控制，具体涉及考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法及系统。

背景技术：

1、随着可再生能源在电力系统中所占比例和可再生能源装机容量的日益提高，电力系统的电源结构发生了巨大变化，可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性，使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显，可再生能源消纳问题成为制约产业发展的瓶颈，大规模可再生能源的接入给电力系统的调峰控制造成了巨大压力。

2、电解铝负荷作为一种高耗能工业负荷，具有热储能的特性，其电功率可在一定范围内进行调节，因此，可以让电解铝负荷参与调峰调度，缓解电力系统的调峰压力。目前，电解铝采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法，电解铝的生产需要维持电解槽在950～970℃高温情况下运行，电解槽具有很大的热惯量，热时间常数高达数小时。电解槽中的冰晶石-氧化铝熔盐是一种中高温储热介质，利用熔盐温度的改变来储存热量，储热过程中熔盐始终处于液态，具有比热容高、能量密度大、热化学性能稳定、传热无相变、压力低等优点。与此同时，根据市场调研可知，同一天内的电价在不同时间段呈现出高低特性，总体表现为在负荷高峰期为高电价，在负荷低峰期为低电价。

3、于是，在不影响电解铝正常生产的基础上，研究电解铝负荷参与调峰响应，既可以辅助电网平抑由于新能源接入带来的负荷曲线波动，使电网公司能以较低的代价保障电网的稳定可靠运行；又可以利用不同时间段的电价差异，有计划地调控电解铝负荷的用电量，使电解铝企业获得一定经济补偿的同时，降低电解铝负荷的用电成本。总体而言，这是一种多方参与、多方互利的良好模式，有助于实现荷-网-源总经济效益的提升。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法及系统:通过建立电解铝负荷模型，提出电解铝负荷功率调控方法。综合考虑辅助服务收益和电网调峰调度需求，对电解铝负荷的功率进行优化配置。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

3、一种考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法，其特征在于，包括：

4、依次构建电解铝负荷模型及其功率波动模型、电力系统日负荷曲线模型以及电解铝负荷收益模型；

5、根据模型构建基于辅助服务收益以及约束条件的目标函数；

6、采集电解铝负荷的实时数据，根据构建的目标函数以及约束条件，对电力系统进行优化，输出对应的最优功率配置。

7、在上述的考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法，构建电解铝负荷模型包括：

8、构建电解铝负荷生产工艺模型，并根据电解铝负荷生产工艺模型获取模型中冰晶石-氧化铝熔盐温度的变化量以及电解铝负荷供电功率的变化量的关系式；

9、构建电解槽温度控制模型，获取设定时间段电解铝负荷生产工艺模型中温度波动范围与电解铝负荷运行功率的关系曲线。

10、在上述的考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法，构建电解铝功率波动模型包括：

11、通过电解槽温度控制模型，获取设定时间段内电解铝负荷的运行功率的波动曲线，所述设定时间段包括电价处于低电价的时间段以及处于高电价的时间段。

12、在上述的考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法，构建电力系统日负荷曲线模型包括：

13、通过构建的电解铝负荷模型及其功率波动模型，获取电力系统最大负荷功率、最小负荷功率以及电网单日平均有功功率的关系曲线；

14、构建总体负荷深度调峰系数，获取总体负荷深度调峰系数与电力系统最大负荷功率、最小负荷功率以及电网单日平均有功功率的关系式。

15、在上述的考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法，构建电解铝负荷收益模型包括：

16、分析电解铝负荷综合收益指标并获取电解铝负荷综合收益的若干构成要件；

17、获取若干构成要件的关系式；

18、所述构成要件至少包括电解铝负荷的辅助服务收益和电解铝负荷的运行成本收益。

19、在上述的考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法，

20、构建电解铝负荷参与系数，并分析电解铝负荷参与电网系统调峰调度对电解铝负荷综合收益的影响度，确定电解铝负荷参与系数与电解铝负荷综合收益的相关性；

21、构建包括总体负荷深度调峰系数与辅助服务收益相关性的目标函数；

22、构建包括最大负荷功率约束、最大负荷功率约束、辅助服务收益约束、运行成本收益约束的约束条件。

23、在上述的考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法，

24、根据电解铝负荷的实时数据，得到电解铝负荷深度调峰的辅助服务收益和运行成本收益；

25、对电解铝负荷综合收益和总体负荷深度调峰系数进行优化，

26、通过阶梯性地修正总体负荷深度调峰系数和电解铝负荷的参与系数，每次修正都可以得到对应的最优功率配置。

27、通过枚举法确定电解铝负荷的最优最优功率配置。

28、在上述的考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法，所述目标函数计算公式为：

29、

30、其中，为被动运行成本收益与辅助服务收益的相关系数，为被动运行成本收益系数，f为电解铝负荷的整体效益，fpro为电解铝负荷的综合收益，为总体负荷深度调峰系数，为电解铝负荷的辅助服务收益。

31、在上述的考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法，电解铝负荷的辅助服务收益计算公式为：

32、

33、式中，pe为电解铝负荷在t时刻响应电网调峰需求的运行功率，kel为低电价时电解铝负荷参与调峰补偿单价，keh为高电价时电解铝负荷参与调峰补偿单价。pn为电解铝负荷的额定运行功率，至为低电价时间段；至为高电价时间段。

34、总体负荷深度调峰系数k基于以下定义：

35、定义，为最大负荷深度调峰系数，

36、>1；

37、定义，为最小负荷深度调峰系数，

38、<1；

39、定义；

40、其中，为电网单日平均有功功率，为电力系统最大负荷功率,为电力系统最小负荷功率。

41、一种考虑辅助服务收益的电解铝负荷参与调峰控制方法系统，包括

42、第一模块：被配置为用于依次构建电解铝负荷模型及其功率波动模型、电力系统日负荷曲线模型以及电解铝负荷收益模型；

43、第二模块：被配置为根据模型构建基于辅助服务收益以及约束条件的目标函数；

44、第三模块：被配置为根据构建的目标函数以及约束条件，对模型进行优化，输出对应的最优功率配置。

45、因此，本发明具有如下优点： 1.能够平衡电力系统负荷和供应之间的差异，提高电网稳定性和可靠性；2.可以延迟电力系统的升级和扩容，节省投资成本；3.可以降低燃煤、天然气等传统发电方式的使用，减少对环境的污染；4.可以提高电力系统的响应速度和灵活性，更好地适应不断变化的能源需求和市场需求；5.有效辅助电网平抑由于新能源接入带来的负荷曲线波动，缓解电力系统的调峰压力，使电网公司能以较低的代价保障电网的稳定可靠运行；6.有效降低电解铝负荷的用电成本，提高电解铝企业的收益，实现荷-网-源总经济效益的提升。