(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 (43)申请公布日 (21)申请号 201911286965.0
(22)申请日 2019.12.14
(71)申请人 东北电力大学
地址 132012 吉林省吉林市船营区长春路
169号
(72)发明人 崔杨 张家瑞 王铮 王茂春
严干贵 赵钰婷
(74)专利代理机构 吉林市达利专利事务所
22102
代理人 陈传林
(51)Int.Cl.
G06Q 10/06(2012.01)
G06Q 30/02(2012.01)
G06Q 50/06(2012.01)
G06F 17/16(2006.01)
(54)发明名称
计及价格型需求响应的风-光-光热联合发
(57)摘要
本发明提出的一种计及价格型需求响应的
是，首先将风电、光伏通过电转热环节与CSP电站
的TES相结合，构建W -PV -CSP联合发电系统；其
次，通过引入PDR模型，构建了计及PDR的W -PV -
CSP联合发电系统日前优化调度模型，最终通过
协调调度各电站出力以及电加热装置的购电量，
在促进系统风电消纳的同时降低系统运行成本。
具有科学合理，适用性强，
效果佳等优点。权利要求书3页 说明书10页 附图5页CN 110930073 A 2020.03.27
C N 110930073
A
1.一种计及价格型需求响应的风-光-光热联合发电系统日前调度方法，其特征是，它包括将风电、光伏通过电转热环节与CSP电站的TES相结合，构建W-PV-CSP联合发电系统；其次，通过引入价格型需求响应(price-based demand response，PDR)模型，构建了计及PDR 的W-PV-CSP联合发电系统日前优化调度模型，其具体包括以下步骤：
1)构建W-PV-CSP联合发电系统
CSP电站包括光场，TES以及热力循环子系统(power cycle,PC)，光场吸收太阳能，并将吸收到的能量用来加热导热工质(heat-transfer fluid,HTF)；HTF能够与TES进行能量的双向传递，同时HTF的热能可以用来加热水蒸气，推动PC环节的汽轮机组产生电能，CSP电站的TES本身就是储能环节，将CSP电站与风电、光伏的发电系统相结合构建W-PV-CSP联合发电系统，便能够利用CSP电站的能量时移特性来平抑风光出力的波动，提高风光的消纳能力；
所述W-PV-CSP联合发电系统是通过电转热环节，将一部分风电与光伏发电转换为热能，用来加热TES中的储热熔盐，当负荷处于低谷时将多余的风电、光伏转换为热能的形式存储于CSP电站的TES中；在负荷的高峰时期，随着CSP电站储热容量的增多，其调度灵活性增强，可为火电机组分担更多的调峰压力；
2)计及PDR的W-PV-CSP联合发电系统日前调度模型
①价格型需求响应建模
PDR根据消费者心理意愿，通过制定合理的日前实时电价来改变用户的用电方式，通常采用价格型需求弹性矩阵E来表示电价变化率对负荷变化率的影响；
式中，T为调度总时长，取值为24；λ△q,t为t时刻的负荷变化率；λ△p,t为t时刻的电价变化率；E为价格型需求弹性矩阵，其主对角线为自弹性系数，副对角线为互弹性系数，自弹性系数与互弹性系数取值分别为-0.2与0.03；
经过PDR后，负荷会相对于原负荷发生变化，其变化量称为负荷响应量，是根据式(1)的负荷变化率计算得来式(2)：
Δq t＝λΔq,t P l,t (2)
式中△q t为t时刻的负荷响应量，P l,t为原t时刻负荷预测值；
负荷响应量与原负荷量之和为经过PDR后的负荷需求量，用式(3)求解：
式中为PDR后的t时刻负荷预测值，该值将代入日前优化调度模型中进行求解；
②日前优化调度模型
所构建的日前优化调度模型中风电、光伏及CSP电站采用W-PV-CSP联合发电系统的运
行方式，火电机组作为基荷电源单独运行；
日前优化调度模型的目标函数为式(4)，
F＝min(C1+C2+C3+C4) (4)
式中，F为日前调度模型的目标函数，C1为火电机组的运行成本，C2为风电、光伏、CSP电站的运行维
护成本，C3为弃风、弃光惩罚成本C4为电加热运行成本，日前调度模型以综合成本最低为目标来同时优化系统运行成本和弃风弃光量；
其中火电机组运行成本包括火电机组的维护成本以及启停成本，为式(5)，
式中，U i,t为第i个火电机组开停机变量，U i,t为0代表火电机组停止运行；a、b、c分别为火电机组煤耗成本系数；P Gi,t为t时刻第i个火电机组出力值；S i为第i个火电机组的启停成本；
风电、光伏、CSP电站运行成本C2中包括各电站的维护成本以及CSP电站的启动成本，为式(6)，
C2＝kf*P w,t+kg*P v,t+ks*U t,e P th,t e+(U t,e(1-U t-1,e))S e (6)
式中，kf、kg、ks分别为风电、光伏、CSP电站的运行成本；P w,t、P v,t分别为风电、光伏在t 时刻的调度出力；P e th,t为CSP电站在t时刻的调度出力，U t,e代表CSP电站的开停机变量，U t,e 为0代表停机，S e为CSP电站的启停成本；
弃风弃光惩罚成本为式(7)，
式中，KF、KG为弃风、弃光惩罚成本系数；为t时刻的弃风量，为t时刻的弃光量，为t时刻风电出力预测值，为t时刻光伏出力预测值；
电加热运行成本为式(8)，
C4＝(P t th,W-H+P t th,V-H)*Kr (8)
式中，P t th,W-H、P t th,V-H分别为风电、光伏提供给电转热环节的电量，K r为电转热成本系数；
日前优化调度模型的约束条件为：
系统功率平衡约束为式(9)，
式中，分别为风电、光伏向电网供电量；
火电机组运行约束为(10)，
式中，P Gi,min、P Gi,max为火电机组在运行时的最小、最大出力，为第i个火电机组的爬坡速率,TS与TO分别为最小关停与开机时间；
W-PV-CSP联合发电系统运行约束包括联合发电系统内部能量流动约束，为式(11)，P t th,S-H+P t th,T-H＝P t th,H-T+u t C P SU th+P t th,H-P (11)
式中，P t th,S-H为CSP电站光场吸收的太阳能热量、P t th,T-H为CSP电站由TES向HTF释放的热量，该部分热量可被用于CSP电站发电、P t th,H-T为CSP电站中由HTF向TES存储的热量，该部分热量可存储于CSP电站的TES中、P t th,H-P为CSP电站的HTF中用于发电的热量；
同时，W-PV-CSP联合发电系统中TES的充热功率由CSP电站的集热功率与风光电站经过电转热环节提供的热功率组成；而其放热功率只传送至HTF处，过式(12)、(13)将风电、光伏与光热电站的储热系统相结合；
P t in＝(P t th,H-T+(P t th,W-H+P t th,V-H)ηe)ηin (12)
P t out＝P t th,T-H/ηout (13)
式中P t in为储热环节的充热功率，ηin为充热效率，ηe为电转热环节的效率，P t out为储热环节的放热功率，ηout为放热效率；
W-PV-CSP联合发电系统中风电、光伏的调度出力包括向电网提供的电量和向电加热系统提供的电量之和：
计及价格型需求响应的风-光-光热联合发电系统日前调度
方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种计及价格型需求响应的风-光-光热联合发电系统日前调度方法。背景技术
[0002]现有技术利用多种新能源进行联合发电，包括风电(Wind Power，W)、光伏发电 (Photovoltaic，PV)及光热发电(concentrated solar power，CSP)等。然而，受风、光自然属 性的制约，风电及光伏发电具有波动性和间歇性的特点，必要时需要通过弃风、弃光来保证 电网的安全运行。
[0003]CSP电站可以将多余电量以热能的形式存储于储热系统(thermal energy storage ,TES)，具 有一定的能量时移特性，如果将其与波动性较大的风电、光伏发电结合，可以就地平衡一部 分的风光波动功率，实现能量的互补。因此，研究风-光-光热联合发电系统(以下简称W -PV -CSP 联合发电系统)及其日前优化调度方法，对提高电网风光消纳能力具有重要的理论与实践意 义。
[0004]目前对于多种新能源联合发电的优化调度研究已有一定的进展，大多是利用风电与光伏 发电之间的互补特性，通过协调调度新能源电站之间的出力来提高系统运行经济性以及风光 消纳水平，但随着新能源电站种类的增多，传统各新能源电站之间的配合方式较为单一，不 能充分利用各新能源电站的运行特性；同时，电网的调度方式未充分利用需求侧资源，对源 荷协调调度方法的研究尚有不足。
发明内容
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提出一种计及价格型需求响应的风-光-光热联合发电系 统日前调度方法，本发明针对首先通过电转热环节将风光电站与光热电站储热系统结合，给 出了风-光-光热联合发电系统框架与原理，其次，引入价格型需求响应，在考虑综合成本最 优的前提下兼顾系统的不确定性，构建了计及价格型需求响应的风-光-光热联合发电系统日 前优化调度模型，最终通过协调调度各电站出力以及电加热装置的购电量，在促进系统风电 消纳的同时降低系统运行成本。
[0006]本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种计及价格型需求响应的风-光-光热联合 发电系统
日前调度方法，其特征是，它包括将风电、光伏通过电转热环节与CSP电站的TES 相结合，构建W -PV -CSP联合发电系统；其次，通过引入价格型需求响应(price -based demand response，PDR)模型，构建了计及PDR的W -PV -CSP联合发电系统日前优化调度模型，其 具体包括以下步骤：
[0007]1)构建W -PV -CSP联合发电系统
[0008]CSP电站包括光场，TES以及热力循环子系统(power cycle ,PC)，光场吸收太阳能，并 将吸收到的能量用来加热导热工质(heat -transfer fluid ,HTF)；HTF能够与TES进行能量的双 向传递，同时HTF的热能可以用来加热水蒸气，推动PC环节的汽轮机组产生电能，
说 明 书1/10页CN 110930073 A
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