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含附加热源的电热联合系统消纳风电策略及优化调度研究

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含附加热源的电热联合系统消纳风电策略及优化调度研究

作者：马国超东北大学

学位级别：硕士

我国“三北”地区冬季风力资源丰富且气温较低,由此引发的电热联合系统弃风消纳问题亟待解决。兼具供电、热双重特性的热电联产机组为电热联合系统能源供给提供了保障,但由于“三北地区”风资源充裕期与冬季供暖期重合度较高,电热联合... 详细信息

我国“三北”地区冬季风力资源丰富且气温较低,由此引发的电热联合系统弃风消纳问题亟待解决。兼具供电、热双重特性的热电联产机组为电热联合系统能源供给提供了保障,但由于“三北地区”风资源充裕期与冬季供暖期重合度较高,电热联合系统的另一能源供给——风电的并网空间被压缩,严重时甚至造成弃风现象的发生,而配置附加热源则可有效的缓解电热联合系统产生的弃风问题。本文从分析含附加热源的电热联合系统消纳风电特性的角度出发,研究了电热联合系统的优化策略与附加热源的调度方法,旨在降低“三北”地区冬季供暖期弃风率,提高风电利用水平,保证电热联合系统的安全、清洁、经济运行。首先,分析了“三北”产生弃风的原因及提升消纳能力的相关措施,阐述了储能系统及电热联合系统参与风电消纳的研究现状,确定以附加热源的形式配合电热联合系统进行消纳。通过对电热联合系统及附加热源的消纳特性分析,获得了含附加热源的电热联合系统综合消纳特性。仿真结果表明,通过配置附加热源,电热联合系统风电利用率明显提升。其次,针对电热联合系统内风电功率不确定性较强的问题,基于模糊规划与可信性理论对风电功率参数模糊化,借助可信性区间的概念对其不确定性进行表述,进而提出考虑模糊化风电出力的电热联合系统优化调度策略,同时采用了混合智能算法,提升了问题的求解效率。算例分析结果表明,风电经模糊化后,电热联合系统的风电消纳量较传统调度模式有所增加,调度策略更加灵活。然后,鉴于目前调度策略少有全面计及参与消纳各方的成本及收益,提出一种计及参与调度各方收益的多区域电热联合系统协调方法。考虑到电热联合系统元素较为复杂、电热交织难以协调以及多智能体架构处理此类问题所具有的独特优势,设计了结合多智能体架构的电价响应机制。同时以含附加热源的电热联合系统内各单元为基础,建立了相应的智能体优化模型。算例分析结果表明,所提出的方法能够在保证提升风电的利用率的基础上,有效平衡各方利益,并从经济性的角度为多区域电热联合系统的优化提供了相关指导。最后,提出了一种电热联合系统附加热源的运行策略,并建立基于风电消纳阈值的消纳状态判定模型。该策略仿照电力系统的状态划分,以电热联合系统弃风量为标准,定义系统消纳状态,并根据消纳状态对附加热源参与风电消纳进行合理调度。算例分析表明,该策略通过划分系统状态确定参与的消纳的附加热源类型,能够合理利用附加热源的电热转换及蓄、放热能力,进一步提升附加热源对风电的消纳能力,降低系统调度成本,对电热联合系统中附加热源参与风电消纳的经济运行具有指导意义。

关键词：电热联合系统附加热源调度收益消纳状态模糊模拟

促进风电消纳的热电联合系统附加热源优化配置方法研究

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促进风电消纳的热电联合系统附加热源优化配置方法研究

作者：仪忠凯哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

热电联合系统弃风消纳问题是能源互联网、可再生能源消纳和清洁供暖等多个研究热点的交叉,同时也是我国“三北”地区亟待解决的现实问题。我国北方地区富风期与供暖季高度重合,供热机组的电热耦合特性限制了大规模风电的并网空间,造成... 详细信息

热电联合系统弃风消纳问题是能源互联网、可再生能源消纳和清洁供暖等多个研究热点的交叉,同时也是我国“三北”地区亟待解决的现实问题。我国北方地区富风期与供暖季高度重合,供热机组的电热耦合特性限制了大规模风电的并网空间,造成了弃风现象高发。在热电联合系统中配置电锅炉、热储等附加热源是消纳弃风的有效方法,本文从附加热源消纳风电原理出发,研究了多种热源的协调配置策略,旨在提升我国北方供暖季风电利用率,促进热电联合系统低碳经济运行。首先,阐明了“三北”地区供暖季弃风高发原因及各类附加热源消纳风电机理,分析了电锅炉、热储对系统风电消纳空间的影响,进而提出一种含附加热源的热电联合系统风电消纳评估策略。仿真结果表明,通过合理配置附加热源,能够有效提升系统风电利用率,且热源在热负荷大小较高供热季中期消纳弃风能力更强。其次,基于谱聚类策略获取了供暖季典型日场景,进而提出满足供暖季弃风约束的单一热源最小容量配置策略和组合热源最小成本配置策略,并设计了求解该优化问题的启发式算法。算例分析结果表明,所设计的算法相比智能算法具有更高的求解效率,组合热源配置能充分发挥各类热源优势,节省成本。然后,建立了附加热源年度综合运行收益、成本和利润模型,考虑系统弃风率限制约束和各区域热源容量约束,提出一种以年度综合利润最大为目标的附加热源配置策略,采用自适应模拟退火混合遗传算法求解优化模型。算例分析结果表明,所提的附加热源优化配置策略能够有效提升系统风电利用率,增加节煤收益,从经济性角度为附加热源优化配置提供了技术支持。最后,分析了附加热源对热电厂和风电场的利益影响,建立了各参与主体的收益变化模型,给出了满足各主体利益要求的附加热源投资补偿比例的可行域范围及其影响因素。考虑各热源可行域约束,提出基于多主体回收期差异最小化的附加热源投资策略,对热电联合系统中附加热源投资建设和补偿机制完善具有指导意义。

关键词：热电联合系统风电消纳附加热源容量优化启发式算法

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附加热源对热电联合系统收益影响分析

能源与节能 2020年第11期 6-8,10页

作者：郭琪温雪娇房文轩雷轲内蒙古电力科学研究院内蒙古呼和浩特010020 内蒙古呼和浩特供电局内蒙古呼和浩特010020

建立了配置附加热源的供暖季时序生产模拟模型,并根据东北地区现有电力调峰补偿机制建立了各主体效益模型,分析了附加热源运行对各主体效益的影响。算例分析表明,附加热源配置有利于风电友好并网,热电厂面临损失。此外,还为附加热源的... 详细信息

建立了配置附加热源的供暖季时序生产模拟模型,并根据东北地区现有电力调峰补偿机制建立了各主体效益模型,分析了附加热源运行对各主体效益的影响。算例分析表明,附加热源配置有利于风电友好并网,热电厂面临损失。此外,还为附加热源的配置和运行提出了一些建议,对进一步完善调峰补偿机制具有指导意义。

关键词：热电联合系统调峰补偿机制附加热源风电并网

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含附加热源和需求响应的电热联合系统运行优化

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电网与清洁能源 2020年第5期36卷 90-96页

作者：梁毅潘霄邓鑫阳李敏超崔嘉杨俊友国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院沈阳工业大学电气工程学院

为缓解供暖期弃风高发问题,从解耦供热机组"以热定电"约束、提高电网调峰能力角度出发,文中提出考虑附加热源与需求响应的电热联合系统优化调度模型。系统中储热和电锅炉作为附加热源共同作用以降低机组热电耦合关系,并且在系统负荷侧... 详细信息

为缓解供暖期弃风高发问题,从解耦供热机组"以热定电"约束、提高电网调峰能力角度出发,文中提出考虑附加热源与需求响应的电热联合系统优化调度模型。系统中储热和电锅炉作为附加热源共同作用以降低机组热电耦合关系,并且在系统负荷侧通过需求响应增强电网调峰能力。以最低运行成本为目标综合考虑弃风惩罚成本、需求响应成本及系统内各单元约束建立电热联合系统调度模型。通过遗传算法进行求解算例,对比分析了系统在传统的热电联产、仅考虑需求响应、系统中引入附加热源、含附加热源-需求响应联合运行4种不同调度方式下的风电消纳效果。分析结果表明,所提方法的风电消纳能力最优且具有最佳经济性。

关键词：风电消纳电热联合系统附加热源需求响应热电联产

瞬态热拉伸强度对304L不锈钢焊接变形影响的计算分析

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机械工程学报 2021年第6期57卷 60-69页

作者：易斌周方明王江超华中科技大学船舶与海洋工程学院武汉430074 江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212003

薄板焊接极易产生失稳变形,严重影响到薄板焊接结构件的生产效率和制造成本。以304L不锈钢薄板对接焊为研究对象,通过试验观察到马鞍形变形模式,并利用三维光学扫描仪测量焊接面外变形的大小。随后进行热-弹-塑性有限元分析再现焊接变... 详细信息

薄板焊接极易产生失稳变形,严重影响到薄板焊接结构件的生产效率和制造成本。以304L不锈钢薄板对接焊为研究对象,通过试验观察到马鞍形变形模式,并利用三维光学扫描仪测量焊接面外变形的大小。随后进行热-弹-塑性有限元分析再现焊接变形的过程,测量结果与基于大变形理论的数值计算结果基本吻合,而与基于小变形理论的计算结果差别很大,进一步验证失稳变形的产生。同时,在距离焊缝中心110 mm处施加随焊移动的辅助热源实现瞬态热拉伸来控制失稳变形,并研究了附加热源强度的影响。结果表明,瞬态热拉伸减小母材对焊缝处加热过程的压缩效应和冷却过程的拉伸效应,且附加加热区域会产生残余压缩塑性应变,降低了母材自身的纵向拘束度,从而降低焊接压应力和变形;并且附加加热区域最高温度达到195℃和273℃时,沿焊缝方向面外变形最大值分别减小了80%和72%,很大程度控制了焊接失稳变形。

关键词：瞬态热拉伸薄板焊接焊接失稳变形热-弹-塑性分析附加热源

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提升热电联产机组调峰性能方法的研究

提升热电联产机组调峰性能方法的研究

作者：向鹏华北电力大学

学位级别：硕士

为了应对能源短缺、碳排放增加和环境污染等问题,需要大力发展以风能、太阳能发电为主的可再生能源电力。可再生能源电力的波动性、间歇性以及反调峰特性给电网的稳定安全运行带来了巨大的威胁,在我国三北地区,冬季供暖期与风电高发期... 详细信息

为了应对能源短缺、碳排放增加和环境污染等问题,需要大力发展以风能、太阳能发电为主的可再生能源电力。可再生能源电力的波动性、间歇性以及反调峰特性给电网的稳定安全运行带来了巨大的威胁,在我国三北地区,冬季供暖期与风电高发期高度重合,装机容量占比较大的热电联产机组采取“以热定电”的运行方式又进一步削弱电网对风电的消纳。为了缓解弃风限电的问题,本文从热电联产机组入手,研究利用汽轮机侧蓄能和配置附加热源实现“热电解耦”提升其快速变负荷及深度调峰性能。热电联产机组调峰范围主要受热出力限制,针对传统方法工作量大、结果偏离实际工况等问题,提出基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)预测机组调峰范围的方法。预处理机组运行数据后,选择部分数据建立样本集训练LS-SVM模型,再利用该模型得到不同热负荷下机组的调峰范围。结果表明,基于LS-SVM得出的最大、最小发电功率预测值的平均相对误差分别为1.00%和1.25%。机组运行时在汽轮机侧存蓄有巨大的能量,通过凝结水节流可快速激活以提升热电联产机组的快速变负荷性能。通过机理分析分别建立凝结水节流的静态和动态模型,并以某350 MW热电联产机组为例进行仿真,研究不同节流量及不同运行工况下凝结水节流的快速变负荷性能。结果表明,当机组电负荷较高(热负荷降低)时,凝结水节流的变负荷性能更好,且节流量增加也可提升变负荷性能;此外,机组在滑压运行时变负荷性能更好;凝结水节流的最大持续时间主要受节流量影响,且1分钟最大功率增量在4.972～22.999 MW之间。合理配置附加热源可以提升热电联产机组的调峰能力。通过建立包含储热罐和电锅炉的热电联产机组仿真模型,研究它们的参数及热负荷对系统调峰深度和备用容量的影响,并分析参数优化后系统的调峰能力。算例结果表明,该方案可增加调峰深度和备用容量,且备用容量增量随热负荷增加而增加,但调峰深度增量随热负荷增加先降低再增加;优化后配置储热罐和电锅炉功率分别为117 MW和70 MW,热负荷为66～300 MW时,联合系统可以达到“零出力”。配置附加热源后,系统的调峰容量最大值由241.5 MW增加至334.7 MW,增加38.59%;最大供热能力由358 MW增加至545 MW,增加52.23%。

关键词：热电联产机组调峰范围凝结水节流附加热源深度调峰

计及风电消纳和碳交易的电热联合系统经济调度研究

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计及风电消纳和碳交易的电热联合系统经济调度研究

作者：邹晨露武汉大学

学位级别：硕士

近些年来,经济飞速发展,气候问题日益突出,作为温室气体主要来源的电力系统责任重大,研究电力系统低碳经济运行策略势在必行。本文从风电消纳和碳交易机制引入两个角度进行低碳经济调度研究,通过加入附加热源及需求响应来实现风电就地... 详细信息

近些年来,经济飞速发展,气候问题日益突出,作为温室气体主要来源的电力系统责任重大,研究电力系统低碳经济运行策略势在必行。本文从风电消纳和碳交易机制引入两个角度进行低碳经济调度研究,通过加入附加热源及需求响应来实现风电就地消纳进而实现系统低碳经济运行,进一步引入新兴的碳交易机制将机组碳责任转化为碳交易成本,进而提升系统的低碳性和经济性。首先,研究了附加热源及需求响应消纳弃风的可行性。分析了热电厂加入储热装置的配置方法,配置储热前后热电联产机组的电热特性,并建立了储热装置数学模型;介绍了电锅炉的工作原理和优势,比较分析了电锅炉配置在电源侧和负荷侧的优缺点,确定了在负荷侧配置电锅炉的启停策略和数学模型;分析了需求响应的作用和特点,比较分析了不同类型需求响应的特性,并引入负荷聚合商的概念,构建了基于负荷聚合商的激励型需求响应成本模型。其次,提出了综合考虑附加热源和需求响应的源荷协调经济调度策略,并分析了其组成结构和供能模式,以系统发电运行成本最低、弃风电量最小为优化目标,构建了考虑风电消纳的经济调度模型,在模型求解方法上提出了改进的帝国竞争算法;结合某实际电网进行算例分析,设置了4种场景,分别分析了4种场景下风电出力情况以及经济成本,算例结果表明配置附加热源和需求响应对风电消纳都有促进作用,能有效实现系统低碳经济运行,其中同时配置附加热源和需求响应的场景四低碳效益和经济效益最好,验证了本文理论的正确性。此种调度模式下虽然实现了发电空间由火电机组向风电机组的转移,但对于火电机组间的碳排放强度差异没有体现,并且存在高碳排机组占比高的现象,故需进行下一步低碳经济化研究。最后,基于场景四,从市场化的角度入手,引入碳交易机制的思想,在目标函数中加入碳交易成本,实现对发电机组碳排放强度差异化控制,将传统经济调度模型修正为低碳经济优化调度模型并进行算例分析,结果表明加入碳交易机制后,在保持原有模式低碳效果的基础上,进一步实现了高碳排火电机组出力向低碳排机组出力的转移,实现低碳减排效果的进一步优化,与此同时,减少的碳排放量带来的经济收益弥补了发电成本增额,实现了经济效益的进一步提升。分析了不同碳价对系统经济成本的影响,结果表明只有制定合适的碳价,才能更好地兼顾系统低碳性和经济性发展。

关键词：低碳经济调度风电消纳附加热源需求响应碳交易机制

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基于虚拟电厂的热电负荷优化调度

基于虚拟电厂的热电负荷优化调度

作者：贾新潮华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

“三北”地区作为新能源发电基地,严重匮乏具有灵活调节能力的调峰电源,同时该地区在冬季供暖期,占主体地位的燃煤热电联产（Combined Heat and Power,CHP）机组工作在“以热定电”的运行方式下,造成系统调峰能力不足,难以应对大规模风... 详细信息

“三北”地区作为新能源发电基地,严重匮乏具有灵活调节能力的调峰电源,同时该地区在冬季供暖期,占主体地位的燃煤热电联产（Combined Heat and Power,CHP）机组工作在“以热定电”的运行方式下,造成系统调峰能力不足,难以应对大规模风电并网所带来的间歇性、随机性、波动性问题,导致弃风现象频发。为达到我国“三北”地区风电的有效消纳,实现清洁、低碳、安全、高效优化调度发电,本文聚焦于热电联合优化调度,借助虚拟电厂（Virtual Power Plant,VPP）调度平台,开展了基于VPP的热电负荷优化调度研究。首先,本文将一定区域内的大型热电厂、风力发电、光伏发电、电锅炉与储热装置聚合成VPP参与电网运行。为计及风光出力不确定性对调度的影响,通过拉丁超立方采样（Latin hypercube sampling,LHS）、乔里斯基分解与同步回代法得到典型场景集。在此基础上,以期望经济效益最大化为优化目标,旋转备用可靠性约束为机会约束,构建了考虑附加热源的VPP热电联合随机优化调度模型,并通过自适应遗传算法实现模型求解。仿真结果表明,电锅炉、储热和电锅炉+储热这三种附加热源形式,均可在一定程度上改善风电消纳情况;另外,应根据系统弃风情况合理选择附加热源形式,以充分利用各类附加热源优势,在达到消纳弃风目的的同时,减少设备投建费用。其次,针对大量附加热源的投入在提升系统弃风消纳效果的同时,也会带来额外的设备投建费用这一问题,本文在第二章的基础上,考虑用户侧供电、供热舒适度的作用,建立了考虑用户舒适度的VPP热电联合随机优化调度模型,并通过自适应遗传算法实现模型求解。仿真结果验证了在VPP热电联合系统中考虑用户热、电舒适度后,可促进风电的有效消纳,减少附加热源的投入,并获得较好的经济效益,且相比于单独考虑用户热、电舒适度,同时考虑用户热、电舒适度可获得更好的效果;此外,应当合理选择用户舒适度的取值,以期实现VPP运行经济性与用户舒适度之间的折中。最后,为实现VPP可根据实时电价水平灵活参与电网运行,并获得经济效益的最大化,本文运用基于LHS的场景法处理风光出力的不确定性,提出了一种基于实时电价的VPP运行策略。基于一定置信水平满足系统可靠性要求的同时,以VPP期望经济效益最大化为目标,通过源荷协同优化预留旋转备用容量,建立了基于VPP的源荷双侧热电联合随机优化调度模型,并采用两层优化的思想,通过黄金分割与自适应遗传算法对模型求解。仿真结果表明,提出的调度策略可使VPP根据实时电价水平灵活制定出力计划,在有效应对风光出力不确定性的同时,获得很好的经济效益。

关键词：热电联产机组虚拟电厂不确定性拉丁超立方采样附加热源舒适度源荷协同优化

面向风电消纳的电热联合系统优化调度方法研究

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面向风电消纳的电热联合系统优化调度方法研究

作者：刘康东北大学

学位级别：硕士

我国风电资源丰富,风电渗透率日益增加,但北方地区供暖期弃风问题却依然突出。这主要是由于我国北方地区发电机组中热电联产机组占比较大,热电联产(Combined Heating and Power,CHP)机组“以热定电”的运行方式挤占了风电上网空间。针... 详细信息

我国风电资源丰富,风电渗透率日益增加,但北方地区供暖期弃风问题却依然突出。这主要是由于我国北方地区发电机组中热电联产机组占比较大,热电联产(Combined Heating and Power,CHP)机组“以热定电”的运行方式挤占了风电上网空间。针对这一问题,本文从电热联合系统优化调度入手,在“源”侧,提出一种基于附加热源消纳弃风的电热联合系统调度策略;并从“荷”侧建立需求响应机制,使用户侧资源参与电热联合系统优化调度;提出改进混合蛙跳算法(Improved Shuffled Frog Leaping Algorithm,ISFLA),并应用于电热联合系统优化调度问题,以得到有效的优化效果,从而为风电上网提供更大的空间,为电热联合系统带来经济效益。本文首先分析了电热联合系统的总体结构,建立风电出力模型、火电机组模型、热电联产机组模型、电锅炉模型和储热罐模型。依据某风电场某季度风速数据和全年平均风速数据说明了风速的不确定性和风速威布尔分布的误差问题。仿真验证了储热罐促进风电消纳的效果。其次,详细分析了利用附加热源释放热电联产机组灵活性以消纳弃风的原理,并结合此原理提出基于附加热源消纳弃风的电热联合系统调度策略,该策略描述了储热罐、电锅炉、热电联产机组和火电机组之间协调工作的步骤,建立基于此策略的电热联合系统调度模型。仿真实验验证了所提策略对促进风电消纳的有益效果。最后,在“荷”侧建立需求响应模型,模型考虑负荷转移和负荷转换,通过分时电价机制引导用户参与到电热联合系统调度;考虑到风速威布尔分布的误差问题,建立风电出力场景,使风电预测输出功率以风电输出功率场景的形式参与调度,最大程度地拟合风电出力的随机性特点;建立以用户用电费用最低为目标和系统发电成本最低为目标的双层调度模型。针对混合蛙跳算法不足提出改进的混合蛙跳算法,对其分配方式和更新策略做改进,并将其应用到电热联合系统优化调度问题。仿真实验验证了本文提出的改进混合蛙跳算法的优越性能,同时表明,用户侧资源参与优化调度能进一步促进风电消纳,降低用户用电成本和电热联合系统发电成本,提高系统运行经济性。

关键词：风电消纳电热联合系统附加热源需求响应改进混合蛙跳算法