一种提升风电就地消纳的蓄热式电锅炉优化方法和装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108736507A(43)申请公布日2018.11.02(21)申请号201710273953.9H02J3/28(2006.01)(22)申请日2017.04.25(71)申请人中国电力科学研究院地址100192北京市海淀区清河小营东路15号申请人国家电网公司国网吉林省电力有限公司电力科学研究院(72)发明人李建林谢志佳张洋田春光吕项羽李德鑫常学飞(74)专利代理机构北京安博达知识产权代理有限公司11271代理人徐国文(51)Int.Cl.H02J3/38(2006.01)权利要求书6页说明书14页附图3页(54)发明名称一种提升风电就地消纳的蓄热式电锅炉优化方法和装置(57)摘要本发明提供一种提升风电就地消纳的蓄热式电锅炉优化方法和装置，方法包括建立风电机组模型、电极锅炉模型和蓄热罐模型；建立包多目标优化模型；求解多目标优化模型，得到蓄热式电锅炉优化指标。本发明提供的技术方案采用风电供热的形式消纳弃风，以蓄热式电锅炉作为供热装置，将风电场与供热装置综合起来，并联通至城市供热管网，为社会供热；在负荷低谷弃风时段，电极锅炉开始运行，增加电网中电负荷，进而增加风电消纳量、减少弃风，将电能转换成热能，一部分热能直接用于该时段时居民供热，另一部分热能储存在蓄热罐内；在负荷高峰时段，电极锅炉减少风电供热或者停运，蓄热罐开始供热，最终通过蓄热式电锅炉优化提升了风电就地消纳能力。CN108736507ACN108736507A权利要求书1/6页1.提升风电就地消纳的蓄热式电锅炉优化方法，所述蓄热式电锅炉包括电极锅炉和蓄热罐；其特征在于，所述方法包括：建立风电机组模型、电极锅炉模型和蓄热罐模型；根据风电机组模型、电极锅炉模型和蓄热罐模型，并以风电弃风量和蓄热式电锅炉成本最小为目标，建立包括目标函数和约束条件的多目标优化模型；采用Pareto支配法求解多目标优化模型，得到用于提升风电就地消纳的蓄热式电锅炉优化指标。2.根据权利要求1所述的提升风电就地消纳的蓄热式电锅炉优化方法，其特征在于，所述建立风电机组模型、电极锅炉模型和蓄热罐模型包括：建立如下风电机组模型：其中，表示t时段风电场的预测风电总量，表示第j台风电机组在t时段的预测出力，j＝1,2,…,K，K表示风电场中风电机组的台数；用下式表示：其中，v表示风电机组轮毂高度处的实际风速，Vcut-in表示切入风速，Vcut-out表示切出风速，Vrated表示额定风速，v、Vcut-in、Vcut-out和Vrated的单位均为m/s；ρ为空气密度，其单位为kg/3m；Prated为风电机组的额定功率；R为风轮半径，单位为m；Cp实际风能利用系数。3.根据权利要求2所述的提升风电就地消纳的蓄热式电锅炉优化方法，其特征在于，所述建立风电机组模型、电极锅炉模型和蓄热罐模型包括：建立如下电极锅炉模型：CehPeh,t＝Hin,t+Hd,t其中，Peh,t表示t时段电极锅炉的电加热功率，Ceh表示t时段电极锅炉的电热转化系数，Hd,t表示t时段电极锅炉的供热功率，Hin,t表示t时段蓄热罐的蓄热功率，Hin,t表示为：2Hin,t＝VπRC|Ti-Tc|其中，V为蓄热罐入水口的流体流速，R为蓄热罐入水口管道的半径，C为流体的比热容，Tc为电极锅炉入水口的流体温度，Ti为蓄热罐入水口的流体温度。4.根据权利要求3所述的提升风电就地消纳的蓄热式电锅炉优化方法，其特征在于，所述建立风电机组模型、电极锅炉模型和蓄热罐模型包括：建立如下蓄热罐模型：其中，St表示t时段蓄热罐的蓄热量，T表示周期，Δt表示相邻两个时段的时间间隔，S0表示蓄热罐的初始蓄热量，Sloss表示t时段蓄热罐的热量损失，Hout,t表示t时段蓄热罐的放2CN108736507A权利要求书2/6页热功率，Sloss和Hout,t分别如下式所示：2Hout,t＝VπRC|To-Tz|其中，d1,t为t时段蓄热罐内外温差导致蓄热罐向外界散热所造成的热量损失，d2,t为t时段蓄热罐内冷热流体间通过交换层的热质交换所造成的热量损失，d3,t为t时段蓄热罐内冷热流体接触罐壁造成的热量损失，To为蓄热罐出水口的流体温度，z为热负荷出水口的温度。5.根据权利要求4所述的提升风电就地消纳的蓄热式电锅炉优化方法，其特征在于，所述根据风电机组模型、电极锅炉模型和蓄热罐模型，并以风电弃风量和蓄热式电锅炉成本最小为目标，建立包括目标函数和约束条件的多目标优化模型包括：以风电弃风量和蓄热式电锅炉成本最小为目标，建立如下目标函数：其中，F表示目标函数值，表示风电弃风量，x1Q1+x2Q2表示蓄热式电锅炉成本，PW,t表示t时段风电场实际可被调用的风电总量，x1、x2分别表示电极锅炉、蓄热罐