一种提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法

1.一种提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立包含常规火电机组、热电联产机组、风电机组以及蓄热电锅炉的电-热联合系统，确定其提升风电消纳能力的电-热联合调度结构；步骤2：以区域电网风电消纳最大化为主目标，引入机组发电成本和污染排放成本惩罚项，综合考虑各机组的运行约束条件、系统电热平衡约束条件，建立电-热联合调度模型；步骤3：提出火电出力平衡支撑理论，通过弱火电支撑区域电网平衡，建立基于特征根分析的小信号稳定性约束，保证区域电网稳定性；步骤4：根据蓄热电锅炉的消纳弃风机理，提出蓄热电锅炉的电制热启动策略，避免资源浪费；步骤5：基于改进的蚁群算法对电-热联合调度进行求解，得出最优调度计划，提升区域电网消纳能力；所述步骤3包括：步骤3.1：建立异步风电机组小干扰稳定模型；步骤3.2：建立火电机组小干扰稳定模型；步骤3.3：将区域电网简化成一个双机无穷大系统，将所有风机等值为单台风电机组5阶小干扰稳定模型，所有常规火电机组和热电联产机组等值为单台火电机组3阶小干扰稳定模型，满足供电平衡约束，建立得到区域电网小干扰稳定模型；步骤3.4：根据区域电网小干扰稳定模型，获得基于特征根分析的小信号稳定约束。 2.如权利要求1所述的提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1：根据下列公式计算风电弃风量F 1 ：式中：W为风机数； 为第k台风机t时刻预测发电量，不考虑预测误差； 为第k台风机t时刻的实际并网功率；步骤2.2：根据下列公式计算常规火电机组的发电成本F 2 ：F 2 ＝f 1 (P i,t )+f 2 (u i,t )式中：f 1 (P i,t )为常规火电机组燃料成本；f 2 (u i,t )为常规火电机组启停成本；P i,t 为机组i在t时刻的发电量；u i,t 为机组i在t时刻的运行状态，u i,t ＝1代表机组的启动，u i,t ＝0代表机组的停止；根据下列公式计算常规火电机组燃料成本f 1 (P i,t )：根据下列公式计算常规火电机组启停成本f 2 (u i,t )：式中：N为常规火电机组数；T为一天调度时段数；a i 、b i 、c i 、d i 和e i 为第i台常规火电机组的燃料成本系数；P i.min 为第i台常规火电机组的最小电出力；S i 代表不同火电机组的启停成本；步骤2.3：根据下列公式计算热电联产机组的发电成本F 3 ：式中：R为热电联产机组数； 分别代表热电联产机组j在t时刻的电出力和热出力；C v,j 为机组进汽量恒定时，多抽取单位供热热量下减少的发电量；a j 、b j 、c j 为第j台热电联产机组的燃料成本系数；步骤2.4：根据下列公式计算各机组环境污染成本F 4 ：式中：ρ il 为常规火电机组i排放第l类气体的排放量，l＝1,2,3,4；ρ jl 为热电联产机组j排放第l类气体的排放量；γ l 为第l类气体单位排放量的治污费用；式中：g il 、h il 为常规火电机组i排放第l类气体的排放系数；g jl 、h jl 为热电联产机组j排放第l类气体的排放系数；步骤2.5：以区域电网风电消纳最大化为主目标，引入机组发电成本和污染排放成本惩罚项，建立电-热联合调度模型：minF＝F 1 +ε(F 2 +F 3 +F 4 )式中：F 1 为风电弃风量；F 2 为常规火电机组的发电成本；F 3 为热电联产机组的发电成本；F 4 为各机组环境污染成本；ε为惩罚因子。 3.如权利要求1所述的提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法，其特征在于，所述步骤3.1包括：步骤3.1.1：风电机组的5阶数学模型：其中x、x′、T′ d0 的计算公式为：式中：T t 为输入齿轮箱的机械转矩；τ h 为轮毂的惯性时间常数；T W 为风电机组的机械转矩；β为桨距角；τ β 为桨距角控制系统的惯性时间常数；β 0 为桨距角初始值；E′ d 、E′ q 分别为风电机组暂态电势d、q轴分量；T′ d0 为风电机组定子开路时间常数；s为风电机组滑差系数；τ j 为风电机组惯性时间常数；T m 为风电机组齿轮箱的输出转矩；T e 为风电机组电磁转矩；r 2 、r 2 、x 1 、x 2 、x m 分别为风电机组定子电阻、转子电阻、定子电抗、转子电抗和激磁电抗；步骤3.1.2：当区域电网面对扰动时，对风电机组5阶数学模型在平衡点处进行线性化，获得异步风电机组5阶小干扰稳定模型：其中L 1 、L 2 、L 3 、L 4 、L 5 的计算公式分别为：式中： X＝x 1 +x 2 ；i d0 、i q0 分别为风电机组定子电流d、q轴分量；a、b分别代表风电机组定子电流d、q轴分量对风电机组滑差系数s求偏导；步骤3.1.3：异步风电机组5阶小干扰稳定模型的简化表达式如下： 4.如权利要求3所述的提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法，其特征在于，所述步骤3.2包括：步骤3.2.1：火电机组3阶数学模型：式中：δ为火电机组功角；ω为火电机组转速；ω 0 为火电机组稳态转速；T J 为机械转动惯量；P m 为火电机组机械功率；P e 为火电机组电磁功率；D为机械阻尼系数；E′ q 为火电机组暂态电势q轴分量；T′ d0 为火电机组定子开路时励磁绕组的时间常数；x d∑ 为总系统的d轴同步总电抗；x′ d∑ 为总系统的d轴暂态总电抗；x d 为火电机组d轴同步总电抗；x′ d 为火电机组d轴暂态总电抗；U s 为无穷大母线电压；E f 为励磁控制输入；P e 的计算公式为：火电机组的端电压U G 的计算公式为：步骤3.2.2：当区域电网面对扰动时，对火电机组3阶数学模型在平衡点处进行线性化，获得火电机组3阶小干扰稳定模型：其中K 1 、K 2 、K 3 、K 4 、K 5 、K 6 的计算公式分别为：式中：K e 为励磁放大倍数；x q∑ 为总系统的q轴同步总电抗；x′ q∑ 为总系统的q轴暂态总电抗；x q 为火电机组q轴同步总电抗；x′ q 为火电机组q轴暂态总电抗；步骤3.2.3：火电机组3阶小干扰稳定模型的简化表达式如下： 5.如权利要求4所述的提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法，其特征在于，所述步骤3.3中区域电网小干扰稳定模型为：根据|λI-A|＝0计算系统矩阵A的特征根λ 1，2 。 6.如权利要求5所述的提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法，其特征在于，所述步骤3.4中为了确保区域电网在所有运行方式下均是小信号稳定的，基于特征根分析的小信号稳定性约束为：式中： 为λ 1，2 在时刻t下的实数部分。 7.如权利要求1所述的提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法，其特征在于，所述步骤4具体为：采用弃风启停的控制策略，即依据弃风现象的有无来决定蓄热电锅炉的调峰控制启停，有弃风时电锅炉进行电热转换，无弃风时电锅炉不进行电热转换，在调度之前，根据负荷预测数据以及机组参数判断各调度时段是否出现弃风现象，弃风表达式为：式中：f t 为t时段的弃风标志；当f t ＝1时表示有弃风，电锅炉启动，当f t ＝0时表示无弃风，电锅炉关断P t dr ＝0。 8.如权利要求1所述的提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法，其特征在于，所述步骤5包括：步骤5.1：输入风电和负荷预测出力和各机组参数，对解空间大小初始化，并随机产生K个初始解；步骤5.2：判断解空间是否满足约束条件，对解空间进行修正使其满足各机组运行约束、系统电热平衡约束条件；步骤5.3：分别计算各个解的适应度，并根据适应度大小将K个解从小到大排列；步骤5.4：根据动态划分法，定义前K 1 个解为优解，后K 2 个解为劣解，步骤5.5：解空间预处理；步骤5.6：对预处理的解采用高斯核函数进行更新，若更新后得到的新解优于旧解，则把旧解替换为新解，K个解全部更新后进行排序；步骤5.7：判断是否达到最大迭代次数，如果达到，则输出最优值，如果没达到，则跳转到步骤5.2。 9.如权利要求8所述的提升区域电网风电消纳能力的电-热联合调度方法，其特征在于，所述步骤5.5包括：步骤5.5.1：采用局部搜索策略对K 1 个优解预处理，具体过程如下：首先对K 1 个优解扰动产生新解K′ 1 ，计算新解的适应度，计算ΔF＝F(K 1 )-F(K′ 1 )，并采用Metropolos准则判断新解是否被接受，判断公式如下：T的表达式如下：式中：T 0 为初始温度；T为当前温度参数；p为更新新解的概率；t为模拟退火算法当前迭代次数；当连续若干个新解都没有被接受时，则终止模拟退火算法；步骤5.5.2：采用随机搜索策略对K 2 个劣解预处理，增加解的多样性，扩大搜索范围，避免陷入局部最优，具体计算公式如下：K 2,new ＝(1-α)K 2,old +rand(0,1)e -β (K 2,old -K best )式中：K 2,old 表示当前解；K best 为当前最优解；K 2,new 为更新后的解；α为常数；e -β 为惯性权重；β的计算公式为：式中：j为随机搜索法的当前迭代次数；T max.j 为随机搜索法的最大迭代次数。