一种促进风电消纳的热电联合优化方法及系统

1.一种促进风电消纳的热电联合优化方法，其特征在于，所述方法包括：预测各供热区域的用热量需求值，并获取热网连通区域的管网热损耗；所述热网连通区域包括多个网络结构连通的供热区域；依据所述用热量需求值和管网热损耗构建热电联产机组的热电耦合模型，依据火电机组和风电场的出力预测值构建发电调度模型；依据所述热电耦合模型、发电调度模型、热力设备、电负荷和热负荷构建热电联合优化模型；依据所述热电联合优化模型确定所述热电联产机组和热力设备的供热计划，及所述火电机组和风电场的发电计划；所述热力设备包括供热锅炉、储热装置和电锅炉；所述供热计划包括热电联产机组和热力设备在预设时间范围内各时间段的供热量，所述发电计划包括火电机组和风电场在所述各时间段的发电功率；所述热电联合优化模型的目标函数如下式所示：其中：N e 、N h 和N c 分别为所述热网连通区域中火电机组、供热锅炉和热电联产机组的个数；N为所述预设时间范围内预设的时间段个数，t为所述各时间段的序号； 为第a个火电机组在第t个时间段的运行成本， 为第b个供热锅炉在第t个时间段的运行成本， 为第c个热电联产机组在第t个时间段的运行成本，C w 和C c 分别为弃风电量和管网热损耗的惩罚参数；所述弃风电量的惩罚参数C w 如下式所示：其中：θ为弃风电量的惩罚因子，N w 为所述热网连通区域中风电场的个数， 和 分别为第d个风电场在第t个时间段的期望发电功率和实际发电功率；所述管网损耗的惩罚参数C c 如下式所示：其中：λ为管网热损耗的惩罚因子，N eb 为所述热网连通区域中电锅炉的个数； 为第c个热电联产机组在第t个时间段的供热量， 为第e个供热锅炉在第t个时间段的供热量， 为第f个电锅炉在第t个时间段的供热量；f s 为所述热网连通区域内热电厂的热损耗函数。 2.如权利要求1所述的一种促进风电消纳的热电联合优化方法，其特征在于，所述获取热网连通区域的管网热损耗包括：计算所述热网连通区域内各热电厂的热损耗，采集所述各热电厂与所述热网连通区域内各供热区域之间的实际距离；对所述热损耗和实际距离进行曲线拟合，并对拟合得到的曲线进行线性简化，得到所述热网连通区域内热电厂的热损耗函数，依据所述热损耗函数计算管网热损耗。 3.如权利要求1所述的一种促进风电消纳的热电联合优化方法，其特征在于，所述热电联合优化模型的约束条件包括电力平衡约束条件、区域热力平衡约束条件、电网潮流约束条件、热力网络约束条件、发电机组与热源出力约束条件和热电联产机组运行约束条件。 4.如权利要求1或3任一项所述的一种促进风电消纳的热电联合优化方法，其特征在于，所述热电联合优化模型的电力平衡约束条件如下式所示：其中：N e 、N w 、N c 和N eb 分别为所述热网连通区域中火电机组、风电场、热电联产机组和电锅炉的个数； 为第a个火电机组在第t个时间段的发电功率， 为第c个热电联产机组在第t个时间段的发电功率， 为第d个风电场在第t个时间段的发电功率， 为第f个电锅炉在第t个时间段的发电功率，t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1；P t 为所述第t个时间段的电负荷。 5.如权利要求1或3任一项所述的一种促进风电消纳的热电联合优化方法，其特征在于，所述热电联合优化模型的区域热力平衡约束条件如下式所示：其中：N h 、N c 、N eb 和N s 分别为所述热网连通区域中供热锅炉、热电联产机组、电锅炉和储热装置的个数； 为第e个供热锅炉在第t个时间段的供热量， 为第c个热电联产机组在第t个时间段的供热量， 为第f个电锅炉在第t个时间段的供热量， 为第g个储热装置在第t个时间段的供热量，Q j,t 为所述热网连通区域中第j个供热区域的用热量需求值； 为供热锅炉的热力区域关联矩阵中第e行第j列对应的元素， 为热电联产机组的热力区域关联矩阵中第c行第j列对应的元素， 为电锅炉的热力区域关联矩阵中第f行第j列对应的元素， 为储热装置的热力区域关联矩阵中第g行第j列对应的元素，t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1；所述热力区域关联矩阵A mn 如下式所示：其中，a mn 为第m个供热区域与第n个供热设备的关联关系：若a mn ＝0则第n个供热设备不在第m个供热区域内，若a mn ＝1则第n个供热设备在第m个供热区域内，所述供热设备包括供热锅炉、热电联产机组、电锅炉或储热装置。 6.如权利要求1或3任一项所述的一种促进风电消纳的热电联合优化方法，其特征在于，所述热电联合优化模型的电网潮流约束条件如下式所示：其中： 为所述热网连通区域中第i条支路在第t个时间段的潮流值， 和 分别为所述潮流值 的上限值和下限值；g i,a 、g i,c 、g i,d 和g i,f 为发电功率转移分布因子； 为第a个火电机组在第t个时间段的发电功率， 为第c个热电联产机组在第t个时间段的发电功率， 为第d个风电场在第t个时间段的发电功率， 为第f个电锅炉在第t个时间段的用电功率；t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1。 7.如权利要求1或3任一项所述的一种促进风电消纳的热电联合优化方法，其特征在于，所述热电联合优化模型的热力网络约束条件包括热网水力约束条件和热网热力约束条件；所述热网水力约束条件包括水力支路特性方程和水力网络平衡方程；所述热网热力约束条件包括热力支路热性方程和热力网络平衡方程；所述水力支路特性方程如下式所示：Δh＝R(l+l d )＝sG 2其中：Δh为热网中管道的水压压降，R为沿程损失，l为所述管道的长度，l d 为局部阻力当量长度，G为所述管道的流量，s为管道阻力特征系数；所述热网包括x个节点和y条管道，该热网的有向图表达式为G'(V,E)，V为热网节点集，E为热网管道集；所述水力网络平衡方程如下式所示：其中：A和B分别为所述热网的关联矩阵和回路矩阵，G为所述热网中各管道的流量构成的流量向量，G 0 为所述热网中各节点流入的热流量构成的流量向量，ΔH为所述热网中各管道的水压压降构成的压力向量；所述关联矩阵A如下式所示：A＝(a zk ) x×y ∈{-1,0,1} x×y其中：z和k分别为所述热网内节点和管道的序号，所述回路矩阵B如下式所示：B＝(b hk ) p×y ∈{-1,0,1} p×y其中：p为所述热网内回路的总数， L h 为所述回路序号，E k ＝(e 1 ,e 2 )表示所述热网管道集中第k个管道的方向为节点e 1 指向节点e 2 ；所述热力支路热性方程如下式所示：其中：Δq k,t 为所述第k个管道在第t个时间段的热流量损失，ε k 为第k个管道的热流量损失系数， 为在第t个时间段流入第k个管道的热流量；t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1；所述热力网络平衡方程如下式所示：其中：A 1 和A 2 分别为所述热网的起点关联矩阵和终点关联矩阵， 为在第t个时间段流入各管道的热流量构成的热流量向量， 为在第t个时间段流出各管道的热流量构成的热流量向量，Q t 为所述热网内所有节点在t时间段的热流量流入量构成的向量，其中热源节点的热流量流入量为正值，热负荷节点的热流量流入量为负值。 8.如权利要求1或3任一项所述的一种促进风电消纳的热电联合优化方法，其特征在于，所述热电联合优化模型的发电机组与热源出力约束条件如下式所示：其中： 为第a个火电机组在第t个时间段的发电功率， P a 和 分别为所述发电功率 的上限值和下限值； 为第d个风电场在第t个时间段的发电功率， 为所述发电功率 的上限值； 为第e个供热锅炉在第t个时间段的供热量， Q e 和 分别为所述供热量的上限值和下限值；R a 为第a个火电机组的爬坡速率限值；t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1。 9.如权利要求1或3任一项所述的一种促进风电消纳的热电联合优化方法，其特征在于，所述热电联合优化模型的热电联产机组运行约束条件如下式所示：其中， 和 分别为第c个热电联产机组在第t个时间段的发电功率和供热量， 为所述热电联产机组的运行点，所述热电联产机组的所有运行点形成的运行区域为凸多边形运行区域；M为所述凸多边形运行区域的顶点总数， 为第r个顶点对应的组合系数， 和 分别为第r个顶点的发电成本和供热成本；所述组合系数 的约束条件如下式所示： 10.一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述系统包括：热电耦合模型构建模块，用于预测各供热区域的用热量需求值，获取热网连通区域的管网热损耗，并依据所述用热量需求值和管网热损耗构建热电联产机组的热电耦合模型；所述热网连通区域包括多个网络结构连通的供热区域；发电调度模型构建模块，用于依据火电机组和风电场的出力预测值构建发电调度模型；热电联合优化模块，用于依据所述热电耦合模型、发电调度模型、热力设备、电负荷和热负荷构建热电联合优化模型；并依据所述热电联合优化模型确定所述热电联产机组和热力设备的供热计划，及所述火电机组和风电场的发电计划；所述热力设备包括供热锅炉、储热装置和电锅炉；所述供热计划包括热电联产机组和热力设备在预设时间范围内各时间段的供热量，所述发电计划包括火电机组和风电场在所述各时间段的发电功率。 11.如权利要求10所述的一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述热电耦合模型构建模块包括管网损耗计算单元；所述管网损耗计算单元包括数据采集子单元和损耗计算子单元；所述数据采集子单元，用于计算所述热网连通区域内各热电厂的热损耗，采集所述各热电厂与所述热网连通区域内各供热区域之间的实际距离；所述损耗计算子单元，用于对所述热损耗和实际距离进行曲线拟合，并对拟合得到的曲线进行线性简化，得到所述热网连通区域内热电厂的热损耗函数，依据所述热损耗函数计算管网热损耗。 12.如权利要求10所述的一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述热电联合优化模型包括目标函数和约束条件；所述约束条件包括电力平衡约束条件、区域热力平衡约束条件、电网潮流约束条件、热力网络约束条件、发电机组与热源出力约束条件和热电联产机组运行约束条件。 13.如权利要求12所述的一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述目标函数如下式所示：其中：N e 、N h 和N c 分别为所述热网连通区域中火电机组、供热锅炉和热电联产机组的个数；N为所述预设时间范围内预设的时间段个数，t为所述各时间段的序号； 为第a个火电机组在第t个时间段的运行成本， 为第b个供热锅炉在第t个时间段的运行成本， 为第c个热电联产机组在第t个时间段的运行成本，C w 和C c 分别为弃风电量和管网热损耗的惩罚参数；所述弃风电量的惩罚参数C w 如下式所示：其中：θ为弃风电量的惩罚因子，N w 为所述热网连通区域中风电场的个数， 和 分别为第d个风电场在第t个时间段的期望发电功率和实际发电功率；所述管网损耗的惩罚参数C c 如下式所示：其中：λ为管网热损耗的惩罚因子，N eb 为所述热网连通区域中电锅炉的个数； 为第c个热电联产机组在第t个时间段的供热量， 为第e个供热锅炉在第t个时间段的供热量， 为第f个电锅炉在第t个时间段的供热量；f s 为所述热网连通区域内热电厂的热损耗函数。 14.如权利要求12所述的一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述电力平衡约束条件如下式所示：其中：N e 、N w 、N c 和N eb 分别为所述热网连通区域中火电机组、风电场、热电联产机组和电锅炉的个数； 为第a个火电机组在第t个时间段的发电功率， 为第c个热电联产机组在第t个时间段的发电功率， 为第d个风电场在第t个时间段的发电功率， 为第f个电锅炉在第t个时间段的发电功率，t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1；P t 为所述第t个时间段的电负荷。 15.如权利要求12所述的一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述区域热力平衡约束条件如下式所示：其中：N h 、N c 、N eb 和N s 分别为所述热网连通区域中供热锅炉、热电联产机组、电锅炉和储热装置的个数； 为第e个供热锅炉在第t个时间段的供热量， 为第c个热电联产机组在第t个时间段的供热量， 为第f个电锅炉在第t个时间段的供热量， 为第g个储热装置在第t个时间段的供热量，Q j,t 为所述热网连通区域中第j个供热区域的用热量需求值； 为供热锅炉的热力区域关联矩阵中第e行第j列对应的元素， 为热电联产机组的热力区域关联矩阵中第c行第j列对应的元素， 为电锅炉的热力区域关联矩阵中第f行第j列对应的元素， 为储热装置的热力区域关联矩阵中第g行第j列对应的元素，t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1；所述热力区域关联矩阵A mn 如下式所示：其中，a mn 为第m个供热区域与第n个供热设备的关联关系：若a mn ＝0则第n个供热设备不在第m个供热区域内，若a mn ＝1则第n个供热设备在第m个供热区域内，所述供热设备包括供热锅炉、热电联产机组、电锅炉或储热装置；所述供热区域的划分方法包括：若电网调度模式为以热定电模式，则将各热电厂所在区域作为供热区域；若电网调度模式为电热协调模式，则将各供暖区域作为供热区域。 16.如权利要求12所述的一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述电网潮流约束条件如下式所示：其中： 为所述热网连通区域中第i条支路在第t个时间段的潮流值， 和 分别为所述潮流值 的上限值和下限值；g i,a 、g i,c 、g i,d 和g i,f 为发电功率转移分布因子； 为第a个火电机组在第t个时间段的发电功率， 为第c个热电联产机组在第t个时间段的发电功率， 为第d个风电场在第t个时间段的发电功率， 为第f个电锅炉在第t个时间段的用电功率；t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1。 17.如权利要求12所述的一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述热力网络约束条件包括热网水力约束条件和热网热力约束条件；所述热网水力约束条件包括水力支路特性方程和水力网络平衡方程；所述热网热力约束条件包括热力支路热性方程和热力网络平衡方程；所述水力支路特性方程如下式所示：Δh＝R(l+l d )＝sG 2其中：Δh为热网中管道的水压压降，R为沿程损失，l为所述管道的长度，l d 为局部阻力当量长度，G为所述管道的流量，s为管道阻力特征系数；所述热网包括x个节点和y条管道，该热网的有向图表达式为G'(V,E)，V为热网节点集，E为热网管道集；所述水力网络平衡方程如下式所示：其中：A和B分别为所述热网的关联矩阵和回路矩阵，G为所述热网中各管道的流量构成的流量向量，G 0 为所述热网中各节点流入的热流量构成的流量向量，ΔH为所述热网中各管道的水压压降构成的压力向量；所述关联矩阵A如下式所示：A＝(a zk ) x×y ∈{-1,0,1} x×y其中：z和k分别为所述热网内节点和管道的序号， 所述回路矩阵B如下式所示：B＝(b hk ) p×y ∈{-1,0,1} p×y其中：p为所述热网内回路的总数， L h 为所述回路序号，E k ＝(e 1 ,e 2 )表示所述热网管道集中第k个管道的方向为节点e 1 指向节点e 2 ；所述热力支路热性方程如下式所示：其中：Δq k,t 为所述第k个管道在第t个时间段的热流量损失，ε k 为第k个管道的热流量损失系数， 为在第t个时间段流入第k个管道的热流量；t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1；所述热力网络平衡方程如下式所示：其中：A 1 和A 2 分别为所述热网的起点关联矩阵和终点关联矩阵， 为在第t个时间段流入各管道的热流量构成的热流量向量， 为在第t个时间段流出各管道的热流量构成的热流量向量，Q t 为所述热网内所有节点在t时间段的热流量流入量构成的向量，其中热源节点的热流量流入量为正值，热负荷节点的热流量流入量为负值。 18.如权利要求12所述的一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述发电机组与热源出力约束条件如下式所示：其中： 为第a个火电机组在第t个时间段的发电功率， P a 和 分别为所述发电风力 的上限值和下限值； 为第d个风电场在第t个时间段的发电功率， 为所述发电功率 的上限值； 为第e个供热锅炉在第t个时间段的供热量， Q e 和 分别为所述供热量的上限值和下限值；R a 为第a个火电机组的爬坡速率限值；t为所述预设时间范围内预设的各时间段的序号，t≥1。 19.如权利要求12所述的一种促进风电消纳的热电联合优化系统，其特征在于，所述热电联产机组运行约束条件如下式所示：其中， 和 分别为第c个热电联产机组在第t个时间段的发电功率和供热量， 为所述热电联产机组的运行点，所述热电联产机组的所有运行点形成的运行区域为凸多边形运行区域；M为所述凸多边形运行区域的顶点总数， 为第r个顶点对应的组合系数， 和 分别为第r个顶点的发电成本和供热成本；所述组合系数 的约束条件如下式所示：