计及终端热负荷非均匀特性的热电联合运行研究

作     者：朱金菊 

作者单位：西南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：龙虹毓

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：热负荷差异性 非均匀特性 热电联合 风电消纳 绿色电力证书 

摘      要：三北地区大风期与供暖高峰期高度重合,利用风电清洁供热是大势所趋。但风电并网容量飞速增加的同时既有电力系统的调峰能力却十分有限,这使得大量风电由于无法被消纳而白白成为“弃风。热电联合运行既是一种清洁供热的调度策略,又是一种促进风电消纳的调峰手段。但既有的热电联合运行的调度策略主要是针对“源和“网进行的控制,对“源-网-荷一体化控制的研究尚未深入。近年来,终端用户潜在的调峰能力和经济效益逐渐被学术界重视、工业界发掘,其正在逐渐地参与到电力系统的优化调度运行中来。但现有研究大多忽视了终端个体用户之间热负荷的差异性,即将终端群体用户的热负荷看做是均匀的进行调控的,既没有充分地考虑用户的时间、空间差异,也没有计及反复调控对用户造成的扰动,进而也没有充分地挖掘终端用户的调峰潜能。据此,本文提出了一种计及终端热负荷非均匀特性的“源-网-荷一体化控制的调度策略来实现热力系统与电力系统的热电联合运行。同时基于国家颁布的最新“绿证政策分析了本文所提调度策略的政策适应性与经济效益性。本文的主要工作如下:(1)分析了“源-网-荷一体化控制的源端机组的数学模型。首先,分析了风电机组出力的“不可控性,获得了其输出功率模型;其次,分析了热电联合机组出力的“可控性与“热电耦合性,获得了其热电出力的数学模型;最后,确定了本文主要参与调控的源端机组类型。(2)建立了面向“源-网-荷一体化控制的终端个体用户热负荷差异性采集分析系统。首先,在负荷端建立了终端个体用户热负荷差异性采集分析系统的硬件系统,并采集了用户的电负荷、热负荷、采暖室温、用户室外温度等数据;其次,对采集到的这些基础数据进行分析得到了终端个体用户的热负荷差异性;紧接着,利用k-均值算法将采集到的基础数据进行聚类分析,研究了终端群体用户热负荷的非均匀特性并建立了相应的数学模型;最后基于终端群体用户的热负荷非均匀特性,通过场景分析构造并筛选出了均匀型、非均匀近端型、非均匀中间型、非均匀远端型型这四种典型的终端热负荷空间分布场景。既实现了对用户的精细化分类也是实现了对终端群体用户热负荷非均匀特性的量化评估。(3)提出了面向电网的计及终端热负荷非均匀特性的“源-网-荷一体化控制的热电联合运行的调度策略。首先,在系统中加入了固定热水流速及温度的管网,连接了“源和“荷,奠定了“源-网-荷一体化控制的基础;其次,计及了电的“实时平衡与热的“延时平衡;最后基于用户热负荷的非均匀特性建立了“源-网-荷一体化控制的热电联合运行模型,同时利用GAMS软件对构造的四种典型的终端热负荷空间分布场景进行仿真与优化。根据算例分析,证明了本文提出的调度策略,既可减少对用户的扰动也可更加充分地挖掘用户的调峰潜能,促进风电消纳,证明了本文所提调度策略的技术可行性。(4)第一时间评估了本文所提出的调度策略对最新绿证政策的适应性及其经济效性益。首先,分析了最新的绿证强制市场交易和电力市场交易的关系;其次主要从风电消纳、系统效益、配额完成情况等角度评估了算例3的计算结果,验证了本文所提的调度策略不仅能适应国家政策且提高了系统的经济效益,具有重要的工程应用价值,有助于最新绿证政策的推广与落实。