考慮儲(chǔ)熱裝置與碳捕集設(shè)備的風(fēng)電消納低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度

盧志剛　隋玉珊,2　馮　濤　李學(xué)平　趙　號(hào)

(1.河北省電力電子節(jié)能與傳動(dòng)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(燕山大學(xué))　秦皇島　066004 2.國(guó)網(wǎng)天津市電力公司東麗供電分公司　天津　300300)

?

考慮儲(chǔ)熱裝置與碳捕集設(shè)備的風(fēng)電消納低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度

盧志剛1隋玉珊1,2馮濤1李學(xué)平1趙號(hào)1

(1.河北省電力電子節(jié)能與傳動(dòng)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(燕山大學(xué))秦皇島066004 2.國(guó)網(wǎng)天津市電力公司東麗供電分公司天津300300)

在電力系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度的背景下，針對(duì)“三北”地區(qū)供暖期熱電機(jī)組因供熱導(dǎo)致機(jī)組強(qiáng)迫出力過(guò)高，造成夜晚?xiàng)夛L(fēng)嚴(yán)重的問(wèn)題，提出了一種計(jì)及配置了儲(chǔ)熱裝置的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠(chǎng)及碳捕集電廠(chǎng)的電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型，考慮熱電機(jī)組的熱電耦合相關(guān)約束、熱、電平衡及機(jī)組爬坡等約束，兼顧系統(tǒng)的總發(fā)電煤耗成本最低以及CO2排放最少兩個(gè)目標(biāo)，采用多目標(biāo)細(xì)菌群體趨藥性算法(MOBCC)對(duì)模型進(jìn)行求解。對(duì)不同場(chǎng)景下系統(tǒng)的風(fēng)電消納情況以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本和碳排放進(jìn)行了分析。算例結(jié)果驗(yàn)證了所提模型及求解方法的有效性和正確性。

低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度碳捕集儲(chǔ)熱熱電聯(lián)產(chǎn)MOBCC

0　引言

隨著全球氣候變暖日益嚴(yán)重，CO2的減排問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注[1]。電力行業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中最大的CO2排放部門(mén)，面臨巨大的減排壓力[2]。風(fēng)能作為清潔可再生能源，能有效地改善我國(guó)能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染[3]。我國(guó)“三北”地區(qū)風(fēng)電資源豐富，但是冬季供暖期，為了滿(mǎn)足熱負(fù)荷需求，電網(wǎng)中占主體地位的大量熱電機(jī)組因“以熱定電”運(yùn)行而調(diào)峰能力不足，導(dǎo)致夜間負(fù)荷低谷時(shí)段系統(tǒng)強(qiáng)迫出力過(guò)高，風(fēng)電上網(wǎng)空間不足，使得風(fēng)電作為清潔能源沒(méi)有充分發(fā)揮其在節(jié)能減排方面的作用[4，5]。因此，采取合理的方式更多地消納風(fēng)電，減少棄風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度具有重要的社會(huì)意義[6-9]。

針對(duì)熱電機(jī)組的熱電耦合問(wèn)題，已有學(xué)者研究了熱電機(jī)組通過(guò)配置儲(chǔ)熱(Thermal Storage，TS)以解耦“以熱定電”約束，提高熱電機(jī)組的調(diào)峰能力以減少棄風(fēng)[10]。目前，國(guó)外對(duì)儲(chǔ)熱裝置的研究主要是根據(jù)峰谷電價(jià)或?qū)崟r(shí)電價(jià)，通過(guò)機(jī)組調(diào)度實(shí)現(xiàn)自身利益最大化，提高可再生能源的接納能力[11，12]。針對(duì)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，文獻(xiàn)[13]討論了在熱電廠(chǎng)配置儲(chǔ)熱裝置后熱電機(jī)組的運(yùn)行策略，并建立了計(jì)算配置儲(chǔ)熱后機(jī)組調(diào)峰能力的數(shù)學(xué)模型，分析了其影響因素。文獻(xiàn)[14]比較了蓄熱、抽水蓄能和風(fēng)電供熱3種棄風(fēng)消納方案的優(yōu)劣，結(jié)果表明蓄熱方案具有投資少且節(jié)煤效率高的優(yōu)勢(shì)。

此外，碳捕集電廠(chǎng)作為一種新型電廠(chǎng)，對(duì)于CO2減排具有重要作用[15]，同時(shí)，引入碳捕集技術(shù)之后，碳捕集電廠(chǎng)可通過(guò)靈活調(diào)節(jié)捕集水平，調(diào)整凈發(fā)電功率，以滿(mǎn)足系統(tǒng)的調(diào)峰需求，從而在一定程度上達(dá)到消納過(guò)剩風(fēng)電的目的[16，17]。并且相對(duì)于常規(guī)火電機(jī)組，碳捕集機(jī)組具有更大的下調(diào)峰深度和更快的調(diào)峰響應(yīng)速度。因此制定兼顧減排和調(diào)峰的合理調(diào)度策略有利于碳捕集設(shè)備的利用最大化。

在目前低碳電力的要求下，電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度也越來(lái)越多地考慮到CO2排放問(wèn)題[18，19]。文獻(xiàn)[20，21]在調(diào)度過(guò)程中考慮了碳排放成本，優(yōu)先調(diào)度采用減排技術(shù)的機(jī)組，限制了電力系統(tǒng)的CO2排放。文獻(xiàn)[22]建立了包含碳捕集電廠(chǎng)和換電站的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型，兼顧了電源成本和系統(tǒng)總碳排放量。文獻(xiàn)[23]結(jié)合碳捕集電廠(chǎng)和常規(guī)火電廠(chǎng)的電碳模型，綜合考慮發(fā)電成本和碳排放成本建立調(diào)度模型，并研究了風(fēng)-車(chē)協(xié)調(diào)調(diào)度在減少碳排放和棄風(fēng)量方面的效果。

本文同時(shí)考慮風(fēng)電、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、儲(chǔ)熱裝置和碳捕集設(shè)備，建立了兼顧煤耗成本和CO2排放量的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型，并推導(dǎo)了在一定的系統(tǒng)負(fù)荷和風(fēng)電情況下，消納風(fēng)電所需的最小儲(chǔ)熱量和放熱速率。采用多目標(biāo)細(xì)菌群體趨藥性算法(Multi Objective Bacterial Colony Chemotaxis，MOBCC)求解模型，分析了不同情景下的調(diào)度對(duì)于系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力以及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和低碳性的影響，給出調(diào)度策略，為電網(wǎng)調(diào)度提供一定的參考依據(jù)。

1　各電源運(yùn)行特性及風(fēng)電消納原理

1.1熱電機(jī)組運(yùn)行特性

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組分為背壓式和抽汽式兩種。與常規(guī)純凝發(fā)電機(jī)組不同，熱電機(jī)組的發(fā)電出力受到熱電耦合約束的限制。熱電機(jī)組的電功率與熱功率之間存在關(guān)聯(lián)耦合關(guān)系，稱(chēng)為“電熱特性”，能夠很好地描述熱電機(jī)組的運(yùn)行外特性[24]。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的電熱特性關(guān)系曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1　熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組電熱特性圖Fig.1　Diagram of heat-electricity relationship for combined heat power units

背壓式機(jī)組是利用汽輪機(jī)排出的乏汽作為熱源進(jìn)行供熱，因此其熱功率和電功率具有線(xiàn)性耦合關(guān)系，如圖1a所示，電功率完全取決于供熱功率，具有“以熱定電”的特點(diǎn)。發(fā)電出力和供熱出力的關(guān)系可表示為

pe=αh+β

(1)

式中，pe、 h分別為機(jī)組的發(fā)電功率和發(fā)熱功率；α為電功率和熱功率的彈性系數(shù)，α=ΔP/Δh， 可認(rèn)為是常數(shù)；β為常數(shù)。

抽汽式機(jī)組是從汽輪機(jī)兩級(jí)間抽取一部分蒸汽作為熱源對(duì)外供熱，對(duì)于給定的進(jìn)汽量，隨著抽汽量增加，供熱功率會(huì)逐漸增加，但汽輪機(jī)輸出的電功率會(huì)逐漸降低，如圖1b中虛線(xiàn)所示。其電功率和熱功率可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，圖中ABCDE所包圍區(qū)域?yàn)槌槠綑C(jī)組的運(yùn)行區(qū)域，可以看出，其發(fā)電功率雖然具有一定的可調(diào)性，但隨著供熱功率的增大，發(fā)電功率的可調(diào)范圍逐漸減小。圖中γ表示進(jìn)汽量不變時(shí)，多抽取單位供熱熱量時(shí)電功率的減小量。根據(jù)抽汽式機(jī)組的運(yùn)行原理，可得純凝工況下的發(fā)電功率、凈發(fā)電功率以及熱功率關(guān)系為

p=pe+γh

(2)

其電熱特性可以表述為

(3)

式中，hmax為機(jī)組的最大供熱功率；pmax和pmin分別為機(jī)組在純凝工況下的最大、最小發(fā)電功率。

1.2儲(chǔ)熱消納風(fēng)電原理

由上述熱電機(jī)組的電熱特性可以看出，熱電機(jī)組發(fā)電出力和供熱出力存在耦合關(guān)系，在一定的供熱功率下，機(jī)組的發(fā)電功率可調(diào)范圍受到供熱出力的限制。因此，在冬季供暖期，夜間風(fēng)電過(guò)剩時(shí)段熱電機(jī)組發(fā)電出力因供熱約束無(wú)法下調(diào)，造成嚴(yán)重棄風(fēng)。為此，若在熱電廠(chǎng)加裝儲(chǔ)熱裝置，在非棄風(fēng)時(shí)段，熱電機(jī)組供給熱負(fù)荷的同時(shí)，也向儲(chǔ)熱裝置蓄熱，而在棄風(fēng)時(shí)段，降低熱電機(jī)組的出力，供熱不足的部分，則由儲(chǔ)熱裝置所蓄熱量進(jìn)行補(bǔ)充[8]，從而接納更多的風(fēng)電，最大程度地減少棄風(fēng)。

1.3碳捕集電廠(chǎng)模型

傳統(tǒng)火電廠(chǎng)加裝碳捕集設(shè)備即為碳捕集電廠(chǎng)，機(jī)組的總出力一部分用于供給電負(fù)荷，另一部分則為捕集設(shè)備提供捕集所需能耗。因此，碳捕集機(jī)組的功率關(guān)系可表示為

p=pe+pc

(4)

pc=ps+pm

(5)

式中，pe為機(jī)組的凈發(fā)電功率；pc為機(jī)組的捕集能耗；ps為碳捕集設(shè)備的運(yùn)行能耗；pm為碳捕集設(shè)備的維持能耗。

碳捕集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)在一定程度上可以獨(dú)立于發(fā)電循環(huán)的工況進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，近似等效于一個(gè)可控負(fù)荷，因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)捕集能耗，改變凈發(fā)電出力，從而滿(mǎn)足系統(tǒng)的調(diào)峰需求，并且捕集能耗主要來(lái)自從發(fā)電循環(huán)抽取蒸汽或直接利用廠(chǎng)用電，因而具有更快的調(diào)節(jié)速度。在夜間棄風(fēng)時(shí)段，通過(guò)提高碳捕集設(shè)備的捕集能耗，可以進(jìn)一步降低機(jī)組最小凈發(fā)電出力，提高系統(tǒng)的風(fēng)電接納能力。

碳捕集設(shè)備捕集單位CO2的能耗可以近似認(rèn)為是常數(shù)，則對(duì)于一定的捕集能耗，捕集的CO2量可表示為ps/e， e為碳捕集設(shè)備捕集單位CO2消耗的功率。因此捕集能耗和機(jī)組總出力之間需要滿(mǎn)足

(6)

式中，f(p)為CO2排放函數(shù)。

2　優(yōu)化模型

依據(jù)我國(guó)電力系統(tǒng)集中調(diào)度體制，以及目前電力系統(tǒng)節(jié)能減排的要求，本文以系統(tǒng)的總煤耗成本和CO2排放量最小為目標(biāo)，建立了包含風(fēng)電、常規(guī)火電機(jī)組、熱電機(jī)組、儲(chǔ)熱裝置、碳捕集設(shè)備的熱電聯(lián)合多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型，并以?xún)?yōu)先調(diào)度風(fēng)電為原則，盡可能地多利用風(fēng)電。系統(tǒng)模型如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)模型Fig.2　System model

2.1目標(biāo)函數(shù)

對(duì)于常規(guī)火電機(jī)組，煤耗成本以及CO2排放量可以表示為發(fā)電功率的二次函數(shù)的形式，即

(7)

(8)

式中，ai、 bi、 ci分別為機(jī)組i的煤耗成本系數(shù)；ui、 vi、 wi分別為機(jī)組i的CO2排放系數(shù)。

背壓式熱電機(jī)組利用做過(guò)功的蒸汽供熱，這部分蒸汽無(wú)論是否供熱都要被冷卻，故將其供熱成本視為0，因此，其發(fā)電成本以及碳排放函數(shù)形式與式(7)、式(8)相同。

對(duì)于抽汽式熱電機(jī)組，其煤耗成本及碳排放量可以表示為

(9)

(10)

式中，pi,t為熱電機(jī)組i在t時(shí)刻的純凝工況下的發(fā)電功率；Pei,t為凈發(fā)電功率；hi,t為熱功率。

碳捕集機(jī)組的煤耗成本可表示為

(11)

碳捕集機(jī)組的CO2排放可以表示為

(12)

式中，Esi,t為第i臺(tái)碳捕集設(shè)備在t時(shí)刻捕集的CO2的量；ei為第i臺(tái)碳捕集設(shè)備捕集單位CO2消耗的功率；pei,t為機(jī)組i在t時(shí)刻的凈發(fā)電功率；pci,t為機(jī)組i在t時(shí)刻的捕集能耗；psi,t為碳捕集設(shè)備的運(yùn)行能耗。

綜合考慮整個(gè)系統(tǒng)的煤耗成本和CO2排放建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，分別以系統(tǒng)的煤耗成本最小和CO2排放最少為目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)可表示為

(13)

(14)

式中，Ga為常規(guī)機(jī)組與背壓式熱電機(jī)組的集合；Gb、Gc分別為抽汽式熱電機(jī)組和碳捕集機(jī)組的集合。

2.2約束條件

2.2.1系統(tǒng)約束

1)電功率平衡約束

(15)

式中，pw,t為t時(shí)刻調(diào)度的風(fēng)電功率；pl,t為t時(shí)刻的電負(fù)荷。

2)供熱平衡約束

(16)

式中，hi,t為熱電機(jī)組i在t時(shí)刻的熱功率；hc,t、 hd,t分別為t時(shí)刻儲(chǔ)熱罐的儲(chǔ)、放熱功率；hl,t為系統(tǒng)的熱負(fù)荷；λt為儲(chǔ)熱裝置在t時(shí)刻的儲(chǔ)、放熱控制變量(0/1)，1表示放熱，0表示儲(chǔ)熱；N1為所有熱電機(jī)組的臺(tái)數(shù)。

3)儲(chǔ)熱裝置運(yùn)行約束

儲(chǔ)、放熱速率約束為

(17)

儲(chǔ)熱容量約束為

Vt≤Vmax

(18)

式中，Vt為t時(shí)刻儲(chǔ)熱罐內(nèi)剩余儲(chǔ)熱量；Vmax為儲(chǔ)熱裝置的最大儲(chǔ)熱容量；hc,max、 hd,max分別為儲(chǔ)熱裝置的最大儲(chǔ)、放熱速率。

4)風(fēng)電出力約束

pw,t≤pwf,t

(19)

式中，pwf,t為t時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電預(yù)測(cè)功率。

2.2.2機(jī)組約束

1)機(jī)組出力上下限約束

pi,min≤pi,t≤pi,max

(20)

式中，pi,min、 pi,max分別為機(jī)組在純凝工況下的最小、最大出力。

2)抽汽式機(jī)組熱出力上、下限約束

0≤hi,t≤hi,max

(21)

式中，hi,max為機(jī)組i熱出力的最大限值，該值主要取決于熱交換器容量的大小。

3)抽汽式機(jī)組凈發(fā)電出力上下限約束

(22)

4)碳捕集能耗約束

0≤psi,t≤psi,max

(23)

(24)

式中，psi,max捕集能耗的上限。式(23)表示碳捕集設(shè)備捕集的CO2不會(huì)超過(guò)機(jī)組產(chǎn)生的總CO2量。

5)機(jī)組的總功率爬坡約束

pi,t-pi,t-1≤Δpu,i

(25)

pi,t-1-pi,t≤Δpd,i

(26)

式中，Δpu,i、Δpd,i分別為機(jī)組i的最大上、下爬坡出力。

6)抽汽式機(jī)組的熱爬坡約束

hi,t-hi,t-1≤Δhu,i

(27)

hi,t-1-hi,t≤Δhd,i

(28)

式中，Δhu,i、Δhd,i分別為抽汽式機(jī)組單位時(shí)間內(nèi)的熱功率最大變化量。

7)碳捕集系統(tǒng)能耗的爬坡約束

psi,t-psi,t-1≤Δpsu,i

(29)

psi,t-1-psi,t≤Δpsd,i

(30)

式中，Δpsu,i、Δpsd,i分別為碳捕集設(shè)備能耗在單位時(shí)間內(nèi)的最大變化量。

3　滿(mǎn)足風(fēng)電消納的放熱速率及儲(chǔ)熱容量

儲(chǔ)熱裝置的風(fēng)電消納能力受到其最大放熱速率以及儲(chǔ)熱容量?jī)蓚€(gè)參數(shù)的限制。在棄風(fēng)時(shí)段，通過(guò)儲(chǔ)熱裝置放熱來(lái)減輕熱電機(jī)組的供熱負(fù)擔(dān)，使熱電機(jī)組發(fā)電出力具有更大的下調(diào)空間，從而接納更多風(fēng)電。但若儲(chǔ)熱裝置的放熱速率過(guò)慢或儲(chǔ)熱量不足時(shí)，棄風(fēng)時(shí)段補(bǔ)償供熱不足，則熱電機(jī)組仍然會(huì)因供熱導(dǎo)致發(fā)電出力較高，使風(fēng)電無(wú)法完全消納。

根據(jù)儲(chǔ)熱消納棄風(fēng)的原理，可以近似推導(dǎo)在一定的風(fēng)電以及系統(tǒng)負(fù)荷情況下，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電消納，儲(chǔ)熱裝置最大放熱速率及儲(chǔ)熱容量需滿(mǎn)足的條件。

首先要滿(mǎn)足如下的假設(shè)條件：

1)在棄風(fēng)時(shí)段，抽汽式機(jī)組運(yùn)行在最小凝氣工況下，即圖1b中的CD段，其最小發(fā)電出力可以用供熱出力來(lái)表示，即Peimin,t=αihi,t+βi。

2)棄風(fēng)發(fā)生的時(shí)段連續(xù)(一般發(fā)生在夜晚負(fù)荷低谷而風(fēng)電較大時(shí)段)。

由于本文所研究的棄風(fēng)問(wèn)題主要原因?yàn)楣釋?dǎo)致的強(qiáng)迫出力過(guò)高，且在夜間負(fù)荷低谷時(shí)段往往風(fēng)電預(yù)測(cè)功率較大，因此以上假設(shè)符合實(shí)際情況。

若要保證系統(tǒng)不發(fā)生棄風(fēng)，需要滿(mǎn)足

(31)

式中，N1、 N2分別為系統(tǒng)中熱電機(jī)組臺(tái)數(shù)和常規(guī)機(jī)組的臺(tái)數(shù)。

可以推出當(dāng)熱電機(jī)組的總供熱量滿(mǎn)足式(32)時(shí)，能夠保證系統(tǒng)不產(chǎn)生棄風(fēng)，即

(32)

式中

αmax=max{α1, α2, …, αN1}

(33)

βmax=max{β1, β2, …, βN1}

(34)

用hpmax,t表示在保證風(fēng)電消納的前提下，允許熱電機(jī)組發(fā)出的最大供熱功率，為滿(mǎn)足供熱的要求，則有

hpmax,t+hnd,t=hl,t

(35)

式中，hnd,t為t時(shí)刻為滿(mǎn)足供熱平衡需要的儲(chǔ)熱裝置放熱量。因此可以推出，為滿(mǎn)足供熱需要，儲(chǔ)熱裝置的最大放熱速率需要滿(mǎn)足

(36)

式中，Tw為所有棄風(fēng)時(shí)段的集合。

儲(chǔ)熱裝置的儲(chǔ)熱容量需要滿(mǎn)足

(37)

(38)

(39)

4　模型求解

細(xì)菌群體趨藥性(Bacterial Colony Chemotaxis，BCC)算法由細(xì)菌趨藥性算法(Bacterial Chemotaxis，BC)改進(jìn)而來(lái)，細(xì)菌通過(guò)與周?chē)榻粨Q信息可以大大節(jié)省在解空間中搜索的時(shí)間，使該算法在保留了BC算法的簡(jiǎn)單性和魯棒性的同時(shí)提高了速度和收斂性?；贐CC算法表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)良性能，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛[25-27]。因此本文采用MOBCC對(duì)模型進(jìn)行求解(算法詳細(xì)流程參考文獻(xiàn)[27])，求解流程如圖3所示。

圖3　模型求解流程圖Fig.3　The flowchart of model solving

多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果會(huì)得到一組Pareto最優(yōu)解集，決策者需要從中選取一個(gè)最優(yōu)解作為最終調(diào)度結(jié)果。本文應(yīng)用TOPSIS的方法選取最優(yōu)解，該方法可以根據(jù)目標(biāo)之間的重要性設(shè)置相應(yīng)權(quán)重，最終解在最接近理想解的同時(shí)又遠(yuǎn)離負(fù)理想解，該方法具體步驟參見(jiàn)文獻(xiàn)[28]。

4.1細(xì)菌位置初始化

每一個(gè)細(xì)菌代表一種調(diào)度策略，以機(jī)組的電功率、供熱功率和碳捕集功率作為控制變量，將整個(gè)系統(tǒng)分為T(mén)個(gè)時(shí)間斷面，生成初始細(xì)菌群，每個(gè)細(xì)菌維數(shù)為Nc×T， Nc為變量個(gè)數(shù)?？刂谱兞繕?gòu)成的細(xì)菌向量表示為

i=1,2,…,nb

(40)

式中，peNi,t、hNi,t、psNi,t分別為第N臺(tái)機(jī)組的電功率、熱功率及碳捕集功率。按照變量范圍隨機(jī)生成，對(duì)于背壓式機(jī)組，只隨機(jī)生成熱功率，電功率按式(1)計(jì)算；對(duì)于非熱電機(jī)組，其供熱功率按0初始化；對(duì)于不含碳捕集設(shè)備的機(jī)組，其捕集功率按0初始化。nb為初始生成的細(xì)菌個(gè)數(shù)。

4.2可行性檢驗(yàn)及調(diào)整

在MOBCC算法求解過(guò)程中，細(xì)菌每次個(gè)體尋優(yōu)和群體尋優(yōu)都會(huì)產(chǎn)生新的位置，為確保更新位置滿(mǎn)足約束，需要在每次更新后對(duì)各個(gè)約束條件逐一判斷并調(diào)整以保證新的個(gè)體均為可行解。

與以往發(fā)電調(diào)度不同，本文熱電綜合調(diào)度模型，除考慮電功率相關(guān)約束外，還需考慮供熱約束，同時(shí)，由于熱電機(jī)組存在熱電耦合關(guān)系，使得約束的處理變得相當(dāng)復(fù)雜。

對(duì)于常規(guī)機(jī)組不存在熱電耦合情況，約束處理相對(duì)簡(jiǎn)單。對(duì)于背壓式機(jī)組，其電功率完全受熱功率的支配，其電功率和熱功率可相當(dāng)于一個(gè)變量，處理約束的過(guò)程中，只需考慮熱功率相關(guān)約束，電出力隨熱出力變化。這里對(duì)以上兩類(lèi)機(jī)組的約束處理不多敘述。下面以抽汽式機(jī)組為例，說(shuō)明熱電耦合約束以及系統(tǒng)約束的處理方法。

1)熱功率上下限約束。根據(jù)式(21)，檢驗(yàn)熱功率是否超過(guò)上限，將超過(guò)上限的熱功率限制為該上限值。

2)熱功率爬坡約束。從第2個(gè)調(diào)度時(shí)段開(kāi)始，根據(jù)約束式(27)、式(28)逐一對(duì)不滿(mǎn)足熱功率爬坡約束的解進(jìn)行調(diào)整。

3)熱功率平衡約束。首先根據(jù)式(16)判斷是否滿(mǎn)足供熱平衡約束。對(duì)于不滿(mǎn)足供熱平衡約束的時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整的過(guò)程中要考慮每臺(tái)機(jī)組在不破壞上下限約束以及爬坡約束情況下的可調(diào)量，機(jī)組熱功率可調(diào)量的計(jì)算如下：

可上調(diào)量

hupi,t=min{himax,hi,t-1+Δhu,i}-hi,t

(41)

可下調(diào)量

hdpi,t=hi,t-max{himin,hi,t-1-Δhd,i}

(42)

當(dāng)功率平衡不能滿(mǎn)足時(shí)，首先計(jì)算熱功率不平衡量，即總的熱電機(jī)組與儲(chǔ)熱裝置的供熱功率之和與總熱負(fù)荷的差值。隨機(jī)抽取某一臺(tái)發(fā)電機(jī)，在式(41)、式(42)所示可調(diào)量范圍內(nèi)調(diào)整；若仍不能平衡，則隨機(jī)選取第二臺(tái)機(jī)組進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)此過(guò)程直到平衡。

4)電功率相關(guān)約束。調(diào)整機(jī)組熱功率滿(mǎn)足約束之后，電功率的約束需要根據(jù)已確定的熱功率進(jìn)行計(jì)算。首先根據(jù)式(22)計(jì)算機(jī)組電出力的上下限，對(duì)不滿(mǎn)足約束的電出力進(jìn)行調(diào)整，按式(43)、式(44)計(jì)算機(jī)組電出力的爬坡約束

pei,t-pei,t-1≤Δpu,i-αi(ht-ht-1)

(43)

pei,t-1-pei,t≤Δpd,i-αi(ht-1-ht)

(44)

根據(jù)電功率爬坡，從第2時(shí)刻開(kāi)始逐一判斷爬坡約束并進(jìn)行調(diào)整。本文以盡可能多的接納風(fēng)電為原則，因此風(fēng)電初始值按預(yù)測(cè)值計(jì)算，當(dāng)電功率平衡約束不滿(mǎn)足時(shí)，調(diào)整各機(jī)組的發(fā)電出力(調(diào)整方法與熱功率平衡的調(diào)整方式一致)，若機(jī)組出力無(wú)法下調(diào)至完全接納風(fēng)電，則棄掉多余的風(fēng)電。

5　算例仿真

5.1算例數(shù)據(jù)

本文采用六機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)行仿真，系統(tǒng)由兩臺(tái)背壓式熱電機(jī)組、兩臺(tái)抽汽式熱電機(jī)組和兩臺(tái)常規(guī)火電機(jī)組構(gòu)成，常規(guī)機(jī)組加裝碳捕集設(shè)備即為碳捕集機(jī)組，各類(lèi)電源的裝機(jī)比例以某地區(qū)實(shí)際裝機(jī)比例為準(zhǔn)。算例以一天24 h為一個(gè)調(diào)度周期，以1 h為一個(gè)時(shí)段，系統(tǒng)負(fù)荷及風(fēng)電預(yù)測(cè)功率選取某日的9∶00到次日8∶00的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。系統(tǒng)全天熱負(fù)荷基本保持不變，設(shè)為1 000 MW，機(jī)組煤耗特性參數(shù)、碳排放參數(shù)以及電熱輸出運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。碳捕集設(shè)備捕集單位CO2的能耗為0.269 MW·h/t[29]，αi、 βi、 γi分別取0.75、0、0.15。算法參數(shù)設(shè)置如下：細(xì)菌個(gè)數(shù)為50，最大迭代次數(shù)為200，初始精度εbegin=2， 最終精度εend=10-6， 精度更新常數(shù)α=1.25， 每個(gè)細(xì)菌移動(dòng)速度v=1。

5.2仿真分析

為了對(duì)比分析儲(chǔ)熱裝置和碳捕集設(shè)備的風(fēng)電消納作用及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)低碳情況，設(shè)置了4種不同情景：①系統(tǒng)中含儲(chǔ)熱裝置和碳捕集設(shè)備；②系統(tǒng)中只含儲(chǔ)熱裝置；③系統(tǒng)中只含有碳捕集設(shè)備；④系統(tǒng)中不含儲(chǔ)熱裝置及碳捕集設(shè)備。

5.2.1多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果分析

以情景1為例，應(yīng)用MOBCC算法得到的Pareto解集如圖4所示。3種調(diào)度解煤耗成本及碳排放情況見(jiàn)表3。

表1　系統(tǒng)有功負(fù)荷及風(fēng)電預(yù)測(cè)功率Tab.1　Load and wind forecast data of the test system

表2　機(jī)組參數(shù)Tab.2　Generator coefficients

表3　三種調(diào)度結(jié)果的煤耗成本及碳排放Tab.3　Coal cost and carbon emission of three dispatching results

從表3可以看出，通過(guò)MOBCC算法求解出的調(diào)度方案中，最小煤耗解對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性最好，但該調(diào)度解的碳排放量較多，該方案優(yōu)先調(diào)度煤耗較小的機(jī)組，且碳捕集量處于較低水平；而碳排放最小的解，經(jīng)濟(jì)性則較差，其原因一方面在于尋優(yōu)過(guò)程中，偏向于優(yōu)先調(diào)度較清潔但煤耗量較大機(jī)組，另一方面碳捕集量處于較高水平，碳捕集設(shè)備的捕集能耗較高，造成系統(tǒng)總體煤耗成本較高。相比之下，折中解則兼顧了系統(tǒng)的總煤耗成本和碳排放量。圖4中目標(biāo)權(quán)重設(shè)為0.5，在實(shí)際調(diào)度過(guò)程中，調(diào)度人員可以根據(jù)不同的偏好設(shè)置兩目標(biāo)的權(quán)重，從最優(yōu)解集中選擇滿(mǎn)意解。

圖4　情景1 Pareto 最優(yōu)解集Fig.4　Pareto solution set of Scenario 1

5.2.2風(fēng)電消納作用分析

以折中調(diào)度方案為例，4種情景的風(fēng)電消納量見(jiàn)圖5。

圖5　四種情景的風(fēng)電消納情況對(duì)比Fig.5　Comparison of wind power accommodation of four scenarios

情景④在晚23∶00～次日6∶00之間有大量棄風(fēng)，總棄風(fēng)量達(dá)632 MW，原因是這些時(shí)刻為負(fù)荷低谷時(shí)段，而風(fēng)電功率較大，系統(tǒng)中熱電機(jī)組出力為滿(mǎn)足供熱需求，其發(fā)電出力受到“以熱定電”約束的限制，無(wú)法下調(diào)，造成大量棄風(fēng)。情景②只含有儲(chǔ)熱裝置，總棄風(fēng)量為120.12 MW，相比于不含儲(chǔ)熱裝置前，棄風(fēng)情況有了明顯的緩解。情景③中只含碳捕集設(shè)備，總棄風(fēng)量?jī)H有46.99 MW，相比于情景②，避免了更多的棄風(fēng)，風(fēng)電消納作用更為顯著。情景①中同時(shí)含有儲(chǔ)熱裝置和碳捕集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電的完全消納。

圖6為情景①、情景②儲(chǔ)熱裝置的儲(chǔ)、放熱情況(正值代表儲(chǔ)熱，負(fù)值代表放熱)，兩種情景的最大儲(chǔ)熱量分別為560 MW·h和769 MW·h?？梢?jiàn)，儲(chǔ)熱罐在非棄風(fēng)時(shí)段儲(chǔ)熱，在棄風(fēng)時(shí)段放熱，情景①由于系統(tǒng)中含有碳捕集機(jī)組，在棄風(fēng)時(shí)段，分擔(dān)了一定的風(fēng)電消納的任務(wù)，所以在情景①儲(chǔ)熱量較情景②少的情況下，也實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電的完全消納。情景②只含儲(chǔ)熱裝置，在1∶00～4∶00時(shí)段放熱達(dá)到100 MW，受到儲(chǔ)熱裝置放熱速率的限制，無(wú)法進(jìn)一步增大放熱速率，使得熱電機(jī)組電出力下調(diào)空間不足，在1∶00～4∶00點(diǎn)仍然有棄風(fēng)存在。

圖6　儲(chǔ)熱裝置儲(chǔ)放熱情況Fig.6　Heat storage condition of heat accumulator

供熱機(jī)組發(fā)電出力如圖7所示，情景③和情景④沒(méi)有儲(chǔ)熱裝置，棄風(fēng)時(shí)段(23∶00～次日6∶00)供熱機(jī)組總發(fā)電出力恒等于750 MW，即保證供熱情況下的最小電出力。加裝儲(chǔ)熱裝置之后，在棄風(fēng)時(shí)段，部分供熱量由儲(chǔ)熱裝置提供，因此在該時(shí)段內(nèi)供熱機(jī)組的供熱負(fù)擔(dān)減輕，使得機(jī)組的發(fā)電出力也可以在一定程度上下調(diào)，為風(fēng)電提供了更大的上網(wǎng)空間。相比于情景①，情景②中供熱機(jī)組在棄風(fēng)時(shí)段的電出力更低，原因在于情景①中含有碳捕集機(jī)組，分擔(dān)了部分風(fēng)電消納任務(wù)。

圖7　供熱機(jī)組電出力情況Fig.7　The electric power of CHP unit

圖8為4種情景下5、6號(hào)機(jī)組凈發(fā)電出力情況。情景②和情景④在棄風(fēng)時(shí)段機(jī)組出力恒等于400 MW。原因在于情景②和情景④中，機(jī)組沒(méi)有考慮碳捕集設(shè)備運(yùn)行，為了避免棄風(fēng)，機(jī)組在負(fù)荷較小而風(fēng)電較大時(shí)段處于下限運(yùn)行狀態(tài)。情景①和情景③中，5號(hào)、6號(hào)機(jī)組加裝了碳捕集設(shè)備，由于碳捕集設(shè)備運(yùn)行能耗的存在，機(jī)組的凈發(fā)電出力低于機(jī)組總出力下限，為風(fēng)電提供了更大的上網(wǎng)空間。

圖8　碳捕集機(jī)組電出力對(duì)比Fig.8　Electric power comparison of carbon capture units

5.2.3系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)低碳性能分析

4種情景調(diào)度結(jié)果對(duì)應(yīng)的煤耗成本和碳排放量見(jiàn)表4?？傮w上看，當(dāng)系統(tǒng)中含碳捕集設(shè)備時(shí)(情景①、情景③)，系統(tǒng)的煤耗成本較高，而碳排放量處于較低狀態(tài)，碳捕集設(shè)備的運(yùn)行能耗使得系統(tǒng)總體的經(jīng)濟(jì)性下降，但是換取了CO2減排，同時(shí)又起到了消納過(guò)剩風(fēng)電的作用。從煤耗成本上看，情景②最經(jīng)濟(jì)，且相比于情景④，碳排放量也有明顯的下降，可見(jiàn)由于儲(chǔ)熱裝置的存在，使得風(fēng)電接納量明顯提高，對(duì)于系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性和低碳性起到了積極的作用。

表4　四種情景下系統(tǒng)的煤耗及碳排放結(jié)果Tab.4　Coal cost and carbon emission of four scenarios

5.2.4儲(chǔ)熱裝置參數(shù)對(duì)風(fēng)電消納的影響分析

分別設(shè)置儲(chǔ)熱裝置儲(chǔ)、放熱速率為100 MW/h、200 MW/h，從0開(kāi)始，逐次增大儲(chǔ)熱裝置的儲(chǔ)熱容量進(jìn)行仿真，得到兩種放熱速率下對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)棄風(fēng)情況如圖9所示?？梢?jiàn)，隨著儲(chǔ)熱容量的上升，棄風(fēng)量基本呈線(xiàn)性規(guī)律減小，當(dāng)hdmin=200 MW/h時(shí)，增加最大儲(chǔ)熱容量到850 MW·h時(shí)，棄風(fēng)量為0，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電的完全消納，而當(dāng)hdmin=100 MW/h時(shí)，受到放熱速率的限制，使得在某些時(shí)段始終無(wú)法實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的完全消納，系統(tǒng)最少仍存在120.1 MW·h的棄風(fēng)。

圖9　儲(chǔ)熱裝置參數(shù)與棄風(fēng)量關(guān)系Fig.9　Relation between parameters of heat accumulator and abandoned wind power

根據(jù)式(38)、式(39)，計(jì)算當(dāng)前算例所需的儲(chǔ)熱容量為842 MW·h，放熱速率上限不小于155 MW/h。由于實(shí)際調(diào)度過(guò)程中，需要滿(mǎn)足復(fù)雜的約束條件，所得結(jié)果與計(jì)算值存在少量偏差，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文推導(dǎo)的計(jì)算公式的正確性。在實(shí)際工程中，隨著儲(chǔ)熱容量的增大，投資成本也會(huì)升高，因此需要根據(jù)實(shí)際的情況合理配置儲(chǔ)熱裝置的容量，以免造成蓄熱不足或者浪費(fèi)。

6　結(jié)論

在系統(tǒng)中有風(fēng)電接入且含儲(chǔ)熱裝置及碳捕集設(shè)備的背景下，本文提出一種基于MOBCC算法的熱電綜合低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。該方法充分考慮了熱電機(jī)組的熱電耦合特性，更加符合實(shí)際情況，能提供最優(yōu)經(jīng)濟(jì)減排調(diào)度策略集，為調(diào)度人員選取調(diào)度策略提供理論依據(jù)。通過(guò)仿真分析可得如下結(jié)論：

1)儲(chǔ)熱裝置能夠在一定程度上解耦熱電機(jī)組的熱電耦合約束，提高了熱電機(jī)組的調(diào)峰能力，一定程度上避免了因供熱導(dǎo)致的系統(tǒng)強(qiáng)迫出力過(guò)高造成的棄風(fēng)，提高系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性和低碳性。

2)系統(tǒng)中含有碳捕集設(shè)備時(shí)，風(fēng)電消納能力得到顯著提高，且能夠很大程度上實(shí)現(xiàn)碳減排，但碳捕集設(shè)備的減排和消納風(fēng)電要犧牲一定的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)際調(diào)度中，可以根據(jù)不同的減排要求，選擇合理的調(diào)度策略。

3)儲(chǔ)熱裝置的風(fēng)電消納能力與其儲(chǔ)熱容量和最大放熱速率有關(guān)，在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況合理配置儲(chǔ)熱裝置。

[1]盧斯煜，婁素華，吳耀武.低碳經(jīng)濟(jì)下基于排放軌跡約束的電力系統(tǒng)電源擴(kuò)展規(guī)劃模型[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，26(11)：175-182.

Lu Siyu，Lou Suhua，Wu Yaowu.A model for generation expansion planning of power system based on carbon emission trajectory model under low-carbon economy[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2011，26(11)：175-182.

[2]譚忠富，董力通，劉文彥，等.發(fā)電機(jī)組污染排放約束下電量互換合作博弈優(yōu)化模型[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，27(5)：245-251.

Tan Zhongfu，Dong Litong，Liu Wenyan，et al.A cooperation game optimization model for energy generating interchange between power generation units with environmental emission constraints[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2012，27(5)：245-251.

[3]陳道君，龔慶武，張茂林.考慮能源環(huán)境效益的含風(fēng)電場(chǎng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(13)：10-17.

Chen Daojun，Gong Qingwu，Zhang Maolin.Multi-object- tive optimal dispatch in wind power integrated system inco-rporating energy environmental efficiency[J].Proceedings of the CSEE，2011，31(13)：10-17.

[4]嚴(yán)旭，吳鍇，周孟戈，等.基于不同可調(diào)度熱源的風(fēng)電出力平滑模型[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41(21)：122-128.

Yan Xu，Wu Kai，Zhou Mengge，et al.Model of smoothing wind power based on various dispatchable heat sources[J].Power System Protection and Control，2013，41(21)：122-128.

[5]賀建波，胡志堅(jiān)，劉宇凱.大規(guī)模多目標(biāo)水-火-風(fēng)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型的建立及求解[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43(6)：1-7.

He Jianbo，Hu Zhijian，Liu Yukai.Establishment and solution of the large-scale multi-objective hydro-thermal- wind power coordination optimization dispatching model[J].Power System Protection and Control,2015，43(6)：1-7.

[6]文晶，劉文穎，謝昶，等.計(jì)及風(fēng)電消納效益的電力系統(tǒng)源荷協(xié)調(diào)二層優(yōu)化模型[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30(8)：247-256.

Wen Jing，Liu Wenying，Xie Chang，et al.Source-load coordination optimal model considering wind power consumptive benefits based on bi-level programming[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2015，30(8)：247-256.

[7]張濤，李家玨，張延峰，等.計(jì)及電網(wǎng)調(diào)峰約束的風(fēng)電接納調(diào)度方法研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42(21)：74-80.

Zhang Tao，Li Jiayu，Zhang Yanfeng，et al.Research of scheduling method for the wind power acceptance considering peak regulation[J].Power System Protection and Control，2014，42(21)：74-80.

[8]楊柳青，林舜江，劉明波.大電網(wǎng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度的解耦算法及并行計(jì)算[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016，31(6)：177-186.Yang Liuqing，Lin Shunjiang，Liu Mingbo.Decomposition algorithm for multi-objective dynamic optimal dispatch of large-scale power systems and parallel computing[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2016，31(6)：177-186.

[9]張新松，禮曉飛，王運(yùn)，等.不確定性環(huán)境下考慮棄風(fēng)的電力系統(tǒng)日前調(diào)度[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43(24)：75-82.

Zhang Xinsong，Li Xiaofei，Wang Yun，et al.Day-ahead dispatching in consideration of wind power curtailments in uncertain environments[J].Power System Protection and Control，2015，43(24)：75-82.

[10]Petersen M K，Aagaard J.Heat accumulators [EB/OL].[2014-06-22].http：//www.kareliainvest.ru/file.php/id/f5291/name/acro.pdf.

[11]Lund H，Andersen A N.Optimal designs of small CHP plants in a market with fluctuating electricity pries[J].Energy Conversion and Management，2005，46(6)：893-904.

[12]Lund H，Mathiesen B V.Energy system analysis of 100% renewable energy systems-the case of Denmark in years 2030 and 2050[J].Energy，2009，34(5)：524-531.

[13]呂泉，陳天佑，王海霞，等.配置儲(chǔ)熱后熱電機(jī)組調(diào)峰能力分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38(11)：34-41.

Lü Quan，Chen Tianyou，Wang Haixia，et al.Analysis on peak-load regulation ability of cogeneration unit with heat accumulator[J].Automation of Electric Power Systems，2014，38(11)：34-41.

[14]呂泉，李玲，朱全勝，等.三種棄風(fēng)消納方案的節(jié)煤效果與國(guó)民經(jīng)濟(jì)性比較[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39(7)：75-83.

Lü Quan，Li Ling，Zhu Quansheng，et al.Comparison of coal- saving effect and national economic indices of three feasible curtailed wind power accommodating strategies[J].Automation of Electric Power Systems，2015，39(7)：75-83.

[15]黃斌，許世森，郜時(shí)旺，等.華能北京熱電廠(chǎng)CO2捕集工業(yè)試驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29(17)：14-20.

Huang Bin，Xu Shisen，Gao Shiwang，et al.Industrial test of CO2capture in Huaneng Beijing coal-fired power station[J].Proceedings of the CSEE，2009，29(17)：14-20.

[16]陳啟鑫，康重慶，夏清.碳捕集電廠(chǎng)的運(yùn)行機(jī)制研究與調(diào)峰效益分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30(7)：22-28.

Chen Qixin，Kang Chongqing，Xia Qing.Operation mechanism and peak-load shaving effects of carbon-capture power plant[J].Proceedings of the CSEE，2010，30(7)：22-28.

[17]康重慶，季震，陳啟鑫.碳捕集電廠(chǎng)靈活運(yùn)行方法評(píng)述與展望[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(6)：2-11.

Kang Chongqing，Ji Zhen，Chen Qixin.Review and prospects of flexible operation of carbon capture power plants[J].Automation of Electric Power Systems，2012，36(6)：2-11.

[18]劉文學(xué)，梁軍，贠志皓，等.考慮節(jié)能減排的多目標(biāo)模糊機(jī)會(huì)約束動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016，31(1)：62-70.

Liu Wenxue，Liang Jun，Yun Zhihao，et al.Multi-objective fuzzy chance constrained dynamic economic dispatch considering energy saving and emission reduction[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2016，31(1)：62-70.

[19]周斌，宋艷，李金茗，等.基于多群組均衡協(xié)同搜索的多目標(biāo)優(yōu)化發(fā)電調(diào)度[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30(22)：181-189.

Zhou Bin，Song Yan，Li Jinming，et al.Multiobjective optimal generation dispatch using equilibria-based multi-group synergistic searching algorithm[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2015，30(22)：181-189.

[20]張曉輝，閆柯柯，盧志剛，等.基于碳交易的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(10)：2698-2704.

Zhang Xiaohui，Yan Keke，Lu Zhigang，et al.Carbon trading based low-carbon economic dispatching for power grid integrated with wind power system[J].Power System Technology，2013，37(10)：2698-2704.

[21]田廓，邱柳青，曾鳴.基于動(dòng)態(tài)碳排放價(jià)格的電網(wǎng)規(guī)劃模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(4)：57-64.

Tian Kuo，Qiu Liuqing，Zeng Ming.Method of grid planning based on dynamic carbon emission price[J].Proceedings of the CSEE，2012，32(4)：57-64.

[22]高亞靜，李瑞環(huán)，梁海峰，等.碳市場(chǎng)環(huán)境下計(jì)及碳捕集電廠(chǎng)和換電站的電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38(17)：150-156.

Gao Yajing，Li Ruihuan，Liang Haifeng，et al.Power system optimal dispatch incorporating carbon capture power plant and battery swap station under carbon market environment[J].Automation of Electric Power Systems，2014，38(17)：150-156.

[23]李正爍，孫宏斌，郭慶來(lái)，等.計(jì)及碳排放的輸電網(wǎng)側(cè)“風(fēng)-車(chē)協(xié)調(diào)”研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(10)：41-49.

Li Zhengshuo，Sun Hongbin，Guo Qinglai，et al.Study on wind-EV complementation on the transmission grid side considering carbon emission[J].Proceedings of the CSEE，2012，32(10)：41-49.

[24]Aanersen T V.Integration of 50% wind power in a CHP based power system：a model-based analysis of the impacts of increasing wind power and the potentials of flexible power generation[D].Denmark：Technical University of Denmark，2009.

[25]Müller S，Airaghi S，Marchetto J.Optimization based on bacterial chemotaxis[J].IEEE Transactions on Evolution Computation，2002，6(1)：16-29.

[26]李威武，王慧，鄒志君，等.基于細(xì)菌群體趨藥性的函數(shù)優(yōu)化方法[J].電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2005，10(1)：58-63.

Li Weiwu，Wang Hui，Zou Zhijun，et al.Function optimization method based on bacterial colony chemotaxis[J].Journal of Circuits and Systems，2005，10(1)：58-63.

[27]Lu Zhigao，F(xiàn)eng Tao，Li Xuping.Low-carbon emission/economic power dispatch using the multi-objective bacterial colony chemotaxis optimization algorithm considering carbon capture power plant[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems，2013，53(1)：106-112.

[28]Olson D L.Comparison of weights in TOPSIS models[J].Mathematical and Computer Modeling，2004，40(7)：721-727.

[29]Cohen S M，Rochelle G T，Webber M E.Optimizing post-combustion CO2capture in response to volatile electricity prices[J].International Journal of Greenhouse Gas Control，2012，8(5)：180-195.

Wind Power Accommodation Low-Carbon Economic Dispatch Considering Heat Accumulator and Carbon Capture Devices

Lu Zhigang1Sui Yushan1,2Feng Tao1Li Xueping1Zhao Hao1

(1.Key Lab of Power Electronics for Energy Conservation and Motor Drive of Hebei Province Yanshan UniversityQinhuangdao066004China 2.State Grid Tianjin Power Dongli Power Supply BranchTianjin300300China)

During the heating period in winter，the electric powers of cogeneration units are forced to be high because of the heating demand，leading tremendous curtailments of the wind powers in north power grid of China.Under the background of low-carbon economic dispatch of power system，according to this problem，an optimal dispatch model incorporating the combined heat and power (CHP) plant with heat accumulator and the carbon capture power plant is proposed.The total coal cost and the CO2emission of the system are taken as two objectives.The constraints include the thermoelectric coupling of CHP，the heat and electric power balance，the units and carbon capture devices ramp rate，etc.The multi-objective bacterial colony chemotaxis (MOBCC) algorithm is applied to solving this model.The wind power accommodation，the economic costs，and the carbon emissions in different scenarios are analyzed.The effectiveness and validity of the proposed model and algorithm are verified by the results of the numerical examples.

Low-carbon economic dispatch，carbon capture，heat accumulator，combined heat and power，multi objective bacterial colony chemotaxis

2015-05-31改稿日期2015-08-18

TM73

盧志剛男，1963年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析與控制。

E-mail：Zhglu@ysu.edu.cn(通信作者)

隋玉珊女，1991年生，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

E-mail：331923421@qq.com

國(guó)家自然科學(xué)基金(61374098)和教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金(20131333110017)資助項(xiàng)目。