蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制方法

李 瀟，劉文穎，朱麗萍，胡 陽(yáng)，姜明軍，徐蘭蘭

(1.華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206；2． 國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司營(yíng)銷服務(wù)中心，甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)正在著力推進(jìn)構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的能源體系，積極開發(fā)和利用技術(shù)成熟、規(guī)?；熬拜^好的風(fēng)電，對(duì)于調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境、貫徹綠色發(fā)展理念，具有非常重要的意義。隨著風(fēng)電裝機(jī)比例的不斷提高，電網(wǎng)的調(diào)峰能力成為限制風(fēng)電發(fā)展的重要因素[1-2]。以風(fēng)力資源最為豐富的“三北地區(qū)”為例，電源結(jié)構(gòu)以燃煤火電供熱機(jī)組為主，冬季供暖期由于“以熱定電”的緣故，火電機(jī)組的調(diào)峰能力嚴(yán)重不足，“保熱調(diào)峰”加劇了大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)消納難度，“棄風(fēng)光限電”的現(xiàn)象甚為嚴(yán)重[3]。

為了促進(jìn)風(fēng)光電消納，緩解冬季供暖期的棄風(fēng)問(wèn)題，業(yè)界首先從電源側(cè)著手，在火電機(jī)組的靈活性改造和多源協(xié)調(diào)優(yōu)化兩個(gè)方面做了大量的研究工作。文獻(xiàn)[4-6]提出在熱電廠內(nèi)配置電鍋爐、分布式熱泵或儲(chǔ)熱設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償供熱，以降低熱電機(jī)組的強(qiáng)迫出力，提高火電供熱機(jī)組的調(diào)峰能力，能夠促進(jìn)風(fēng)電消納；文獻(xiàn)[7-8]分析并評(píng)價(jià)了在熱電聯(lián)供中配置電鍋爐或熱泵以促進(jìn)風(fēng)電消納的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和節(jié)能環(huán)保價(jià)值；文獻(xiàn)[9]對(duì)抽水蓄能電站與大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行了模擬和研究，發(fā)現(xiàn)充分發(fā)揮抽水蓄能電站調(diào)峰填谷的能力可以減少供熱期的棄風(fēng)；文獻(xiàn)[10]將儲(chǔ)熱與抽水蓄能作為提升系統(tǒng)靈活性的手段與火電機(jī)組共同參與電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，說(shuō)明電熱聯(lián)合系統(tǒng)多源協(xié)調(diào)運(yùn)行的方式可以促進(jìn)“三北地區(qū)”的風(fēng)電消納。其后，研究人員又嘗試在負(fù)荷側(cè)挖掘可調(diào)度資源促進(jìn)風(fēng)光電消納的新思路。文獻(xiàn)[11]建立了多時(shí)間尺度的電動(dòng)汽車-風(fēng)電協(xié)同調(diào)度模型，以華北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)的規(guī)劃和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了調(diào)度電動(dòng)汽車充電消納夜間過(guò)剩風(fēng)電的可行性。文獻(xiàn)[12]分析了高載能負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性，提出的基于電量與功率滾動(dòng)優(yōu)化的源荷雙層協(xié)調(diào)控制策略，可以有效緩解風(fēng)電消納受阻問(wèn)題。受到負(fù)荷調(diào)節(jié)容量的限制，上述源荷協(xié)調(diào)控制方法也未能完全解決棄風(fēng)問(wèn)題。

隨著“煤改電”的逐步實(shí)施，蓄熱電鍋爐作為冬季供暖期重要的電供熱設(shè)備，在“三北地區(qū)”發(fā)展迅速，最大“單點(diǎn)”負(fù)荷可達(dá)上百兆瓦，其具有天然優(yōu)質(zhì)的調(diào)節(jié)資源可參與系統(tǒng)調(diào)峰從而提高風(fēng)電消納能力。文獻(xiàn)[13]提出風(fēng)電-蓄熱電鍋爐協(xié)調(diào)優(yōu)化方式可以提升風(fēng)電消納水平，但沒有對(duì)蓄熱電鍋爐負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性及蓄熱電鍋爐參與系統(tǒng)調(diào)峰從而提高風(fēng)電消納能力的作用機(jī)理做深入分析；在經(jīng)濟(jì)分析方面，文獻(xiàn)[14]對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下蓄熱電鍋爐消納風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了評(píng)估，指出棄風(fēng)協(xié)定電價(jià)是關(guān)鍵影響因素；文獻(xiàn)[15]以蓄熱電鍋爐消納棄風(fēng)為切入點(diǎn)，提出的多目標(biāo)優(yōu)化控制方法在消納棄風(fēng)的同時(shí)可以兼顧設(shè)備的使用壽命。研究成果表明，蓄熱電鍋爐負(fù)荷參與調(diào)度對(duì)消納風(fēng)電具有促進(jìn)作用，但是，蓄熱電鍋爐參與消納風(fēng)電的同時(shí)還需降低蓄熱電鍋爐用電成本，方可激勵(lì)蓄熱電鍋爐企業(yè)積極參與調(diào)度控制，實(shí)現(xiàn)提升風(fēng)電消納水平目標(biāo)。

基于上述問(wèn)題，本文以受阻風(fēng)電消納量最大和蓄熱電鍋爐用電成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，提出了一種蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制方法。首先基于冬季供暖期系統(tǒng)“下調(diào)峰”能力不足造成風(fēng)電受阻的問(wèn)題，分析了蓄熱電鍋爐負(fù)荷的可調(diào)節(jié)特性，以及蓄熱電鍋爐負(fù)荷參與調(diào)節(jié)消納受阻風(fēng)電的作用機(jī)理；然后，以受阻風(fēng)電消納量最大和蓄熱電鍋爐用電成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立了蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制模型并進(jìn)行求解，提出了源荷優(yōu)化控制方法。最后通過(guò)算例分析，驗(yàn)證了本文所提控制方法可以有效改善系統(tǒng)在冬季供暖期調(diào)峰能力不足的問(wèn)題，提高風(fēng)電的消納水平。

1 蓄熱電鍋爐參與消納受阻風(fēng)電的作用機(jī)理

1.1 系統(tǒng)“下調(diào)峰”能力不足造成風(fēng)電受阻

風(fēng)電作為一種電源接入電網(wǎng)，我們主觀地希望它的出力能夠跟隨負(fù)荷需求的變化而變化，但由于風(fēng)能的特質(zhì)，使得風(fēng)電出力具有反調(diào)峰特性，接入電網(wǎng)后不僅不能像常規(guī)電源一樣參與系統(tǒng)調(diào)峰，反而進(jìn)一步增大了系統(tǒng)的峰谷差。

圖1為某省電網(wǎng)典型日負(fù)荷曲線和考慮風(fēng)電日出力后的等效負(fù)荷曲線[16]。

圖1 風(fēng)電反調(diào)峰特性示意圖Fig.1 Schematic diagram of wind power anti-peak regulation characteristics

可以看到，風(fēng)電接入后系統(tǒng)等效負(fù)荷曲線的峰谷差(d2)大于接入前系統(tǒng)原始日負(fù)荷曲線的峰谷差(d1)，調(diào)峰需求增大，尤其增加了傳統(tǒng)調(diào)度模式下系統(tǒng)向下調(diào)峰的難度。

風(fēng)電大規(guī)模接入后，常規(guī)電源的比例進(jìn)一步縮減，由于熱電廠不可替代的作用，在常規(guī)電源中的占比增加。冬季供熱期由于熱電廠受到“以熱定電”運(yùn)行模式的限制，系統(tǒng)下調(diào)峰能力嚴(yán)重不足，當(dāng)常規(guī)電源的最小出力達(dá)到下調(diào)極限值，即系統(tǒng)向下調(diào)峰的裕度為0時(shí)，若仍未滿足系統(tǒng)調(diào)峰需求，則出現(xiàn)風(fēng)電功率送出受阻。如圖2中陰影部分所對(duì)應(yīng)的這部分風(fēng)電將無(wú)法被系統(tǒng)消納，造成的風(fēng)電受阻。

圖2 系統(tǒng)向下調(diào)峰的能力不足引起風(fēng)電受阻Fig.2 Blocked wind power due to insufficient capacity of system for downward peak regulation

1.2 蓄熱電鍋爐負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性分析

1.2.1 蓄熱電鍋爐的運(yùn)行特性

蓄熱電鍋爐是配置了一定儲(chǔ)熱容量的優(yōu)質(zhì)供熱設(shè)備，只要儲(chǔ)熱量滿足一定約束條件，蓄熱電鍋爐就可以對(duì)外供熱。假設(shè)供熱需求保持一定，圖3是蓄熱電鍋爐在滿足儲(chǔ)熱容量約束的條件下典型運(yùn)行特性曲線。

圖3 蓄熱電鍋爐的典型運(yùn)行特性Fig.3 Typical operation characteristics of thermal storage electric boiler

圖中，PN表示蓄熱電鍋爐的額定用電功率，PL表示供熱需求對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)用電功率，Qmax和Qmin分別表示儲(chǔ)熱量約束的上下限，t0～t4表示相應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)?？梢钥闯觯顭犭婂仩t的用電功率可以根據(jù)儲(chǔ)熱量的大小進(jìn)行連續(xù)控制，由于周期T內(nèi)儲(chǔ)熱變化量可控，根據(jù)能量守恒原則，供熱周期內(nèi)蓄熱電鍋爐的用電量一定。

1.2.2 蓄熱電鍋爐負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性

由于儲(chǔ)熱容量的存在，蓄熱電鍋爐的運(yùn)行功率具有很大的靈活調(diào)整空間，可以配合系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰。圖4給出了蓄熱電鍋爐負(fù)荷未參與系統(tǒng)調(diào)峰的等效負(fù)荷曲線、用電曲線，以及蓄熱電鍋爐負(fù)荷參與調(diào)節(jié)后的運(yùn)行特性曲線。

圖4 參與調(diào)節(jié)后蓄熱電鍋爐的運(yùn)行特性Fig.4 Operation characteristics of thermal storage electric boiler after participating in regulation

圖中，Q0表示調(diào)節(jié)前蓄熱電鍋爐的初始儲(chǔ)熱量。參與調(diào)節(jié)后，蓄熱電鍋爐負(fù)荷的功率曲線由L1變成了L2，用電時(shí)段發(fā)生了轉(zhuǎn)移，呈現(xiàn)出與系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線相反的峰谷特征，能夠起到很好的調(diào)峰作用，減小等效負(fù)荷的峰谷差，同時(shí)提升負(fù)荷低谷的水平。因此，蓄熱電鍋爐負(fù)荷可以作為柔性負(fù)荷參與系統(tǒng)調(diào)峰。

1.3 蓄熱電鍋爐參與消納受阻風(fēng)電的作用機(jī)理

由1.1節(jié)分析可知，風(fēng)電消納受阻的原因是系統(tǒng)“下調(diào)峰”能力不足，而1.2節(jié)論述了蓄熱電鍋爐良好的調(diào)峰特性，參與調(diào)節(jié)可以緩解系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。圖5繪制了蓄熱電鍋爐負(fù)荷參與調(diào)節(jié)前后的等效負(fù)荷曲線?？梢钥闯?，在風(fēng)電受阻時(shí)段Tb，蓄熱電鍋爐負(fù)荷參與調(diào)節(jié)后提升了等效負(fù)荷曲線的“低谷點(diǎn)”，進(jìn)而增加了受阻風(fēng)電消納量(圖中S1所示面積)。同時(shí)，等效負(fù)荷曲線的峰谷差進(jìn)一步縮小(由d2變?yōu)閐3)。

圖5 蓄熱電鍋爐負(fù)荷參與受阻風(fēng)電消納的作用機(jī)理Fig.5 The mechanism of the load of thermal storage boiler participating in the absorption of blocked wind power

2 蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制方法

2.1 風(fēng)電受阻情況

當(dāng)風(fēng)電的實(shí)際輸出功率小于其可發(fā)功率時(shí)，其差值為受阻風(fēng)電，受阻風(fēng)電功率及時(shí)段可以表示為

(1)

式中：PWm,t表示t時(shí)刻的風(fēng)電可發(fā)出力；PWp,t表示t時(shí)刻的風(fēng)電實(shí)際出力；T表示一個(gè)供暖日。

荷源協(xié)調(diào)控制前風(fēng)電實(shí)際出力滿足：。

(2)

2.2 蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制模型

在風(fēng)電受阻情況下，為達(dá)到蓄熱電鍋爐參與調(diào)節(jié)后最大化消納受阻風(fēng)電，且考慮蓄熱電鍋爐用電成本最小，建立蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制模型。

2.2.1 目標(biāo)函數(shù)

源荷優(yōu)化控制模型的優(yōu)化目標(biāo)是：對(duì)蓄熱電鍋爐負(fù)荷功率進(jìn)行優(yōu)化控制，達(dá)到受阻風(fēng)電消納量最大化和蓄熱電鍋爐用電成本最小化的目的。

結(jié)合式(1)、(2)可知，荷源協(xié)調(diào)控制消納受阻風(fēng)電功率為

(3)

式中：Pebj,t表示蓄熱電鍋爐參與調(diào)節(jié)后t時(shí)刻的運(yùn)行功率。

因此，模型的目標(biāo)函數(shù)，可以表示為

(4)

式中：ΔPWb,t滿足0≤ΔPWb,t≤PWm,t；CZ表示受阻風(fēng)電時(shí)段Tb蓄熱電鍋爐的用電電價(jià)。

2.2.2 約束條件

約束條件包括系統(tǒng)功率平衡約束、風(fēng)電出力約束和蓄熱電鍋爐的調(diào)節(jié)性能約束三個(gè)方面。

(1)功率平衡約束

系統(tǒng)發(fā)電、用電的功率平衡可以表示為

(5)

(2)風(fēng)電場(chǎng)出力約束

風(fēng)電在t時(shí)刻的實(shí)際出力，滿足：

(6)

(3)蓄熱電鍋爐性能約束

蓄熱電鍋爐的調(diào)節(jié)性能約束包括電熱平衡約束、用電功率約束以及實(shí)際儲(chǔ)熱量約束。

①電熱平衡約束

(7)

式中：Hj,t表示蓄熱電鍋爐在t時(shí)刻的儲(chǔ)熱功率(單位為J/s)，即單位時(shí)間的儲(chǔ)熱量；ceb表示蓄熱電鍋爐的電熱轉(zhuǎn)換系數(shù)，可近似認(rèn)為是常數(shù)。

②用電功率約束

0≤Pebj,t=ηPN≤PN

(8)

式中：η表示蓄熱電鍋爐的運(yùn)行效率。

③儲(chǔ)熱量約束

(9)

式中：HLj,t表示供熱負(fù)荷;Lj表示蓄熱電鍋爐系統(tǒng)負(fù)責(zé)供熱區(qū)域內(nèi)的建筑數(shù);Si表示供熱面積、qi表示第i幢建筑的單位面積熱負(fù)荷系數(shù)；Ti、To分別表示室內(nèi)外的計(jì)算溫度；Qj,t表示蓄熱電鍋爐在t時(shí)刻的實(shí)際儲(chǔ)熱量。

此外，無(wú)風(fēng)電受阻情況下，在原有峰谷電價(jià)機(jī)制的前提下，以蓄熱電鍋爐用電成本最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，此處不再贅述。針對(duì)建立的源荷優(yōu)化控制模型,待求解的優(yōu)化變量包括風(fēng)電的計(jì)劃出力和蓄熱電鍋爐的計(jì)劃運(yùn)行功率。

2.3 控制模型求解

針對(duì)建立的源荷優(yōu)化控制模型，采用智能算法中全局搜索能力強(qiáng)、收斂速度快的和聲搜索算法來(lái)求解。具體過(guò)程包括：

(1)歸一化目標(biāo)函數(shù)。模型中存在兩種類型的目標(biāo)函數(shù)，利用偏好因子與加權(quán)思想，把優(yōu)化目標(biāo)歸一化為

minf=λF1(X)+(1-λ)F2(X)

(10)

式中：λ為偏好因子，滿足0<λ<1；X表示待優(yōu)化的決策變量。

(2)初始化系統(tǒng)參數(shù)，包括風(fēng)電預(yù)測(cè)值、負(fù)荷預(yù)測(cè)值、常規(guī)電源開機(jī)計(jì)劃、蓄熱電鍋爐調(diào)節(jié)參數(shù)等。

(3)初始化算法參數(shù)，包括和聲記憶庫(kù)大小M、和聲記憶保留概率HMCR、音調(diào)擾動(dòng)帶寬bw以及最大迭代次數(shù)Gmax。

(4)初始化和聲記憶庫(kù)。在約束條件范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生M個(gè)和聲變量，即風(fēng)電實(shí)際出力、蓄熱電鍋爐用電功率，構(gòu)成初始和聲記憶庫(kù)，形式為

(11)

(5)生成一個(gè)新和聲。新和聲可以通過(guò)學(xué)習(xí)HM獲得，也可以隨機(jī)生成，利用雜交策略對(duì)HM中抽取的和聲變量進(jìn)行改造，算法為

Xnew=X′+bw(2rand-1)

(12)

式中：Xnew表示生成的新和聲,X′表示待學(xué)習(xí)的和聲；rand表示[0,1]區(qū)間產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。

(6)更新和聲記憶庫(kù)。用新和聲替換掉初始化和聲庫(kù)HM中函數(shù)值最差的那個(gè)和聲。

(7)判斷算法是否終止。返回步驟(5)，直到迭代次數(shù)達(dá)到Gmax為止。

(8)輸出風(fēng)電的實(shí)際發(fā)電功率、蓄熱電鍋爐用電功率、受阻風(fēng)電消納量以及蓄熱電鍋爐用電成本。

2.4 蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制方法

依據(jù)上述源荷優(yōu)化控制模型及優(yōu)化求解，提出一種蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制方法，具體流程如下：

(1)輸入機(jī)組的技術(shù)參數(shù)、蓄熱電鍋爐負(fù)荷的基本參數(shù)；

(2)輸入系統(tǒng)用電負(fù)荷、風(fēng)電預(yù)測(cè)功率曲線；

(3)根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)及風(fēng)電預(yù)測(cè)計(jì)算等效負(fù)荷，根據(jù)常規(guī)電源開機(jī)情況確定常規(guī)電源的最小技術(shù)出力，即系統(tǒng)的下調(diào)峰能力；

(4)計(jì)算風(fēng)電受阻風(fēng)電功率及時(shí)段，判斷是否存在風(fēng)電受阻情況，若不存在，則不進(jìn)行基于蓄熱電鍋爐參與的荷源優(yōu)化控制，轉(zhuǎn)步驟(7)；

(5)若存在風(fēng)電受阻情況，建立以受阻風(fēng)電消納量最大、蓄熱電鍋爐用電成本最小為目標(biāo)的源荷優(yōu)化控制模型；

(6)采用多目標(biāo)優(yōu)化算法對(duì)優(yōu)化控制模型進(jìn)行求解；

(7)輸出蓄熱電鍋爐的用電成本、受阻風(fēng)電消納量以及優(yōu)化控制后蓄熱電鍋爐的用電功率、風(fēng)電發(fā)電功率。

具體控制流程如圖6所示。

圖6 蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制方法Fig.6 Source-load optimization control method for thermal storage boiler participating in blocked wind power consumption

3 算例分析

3.1 算例簡(jiǎn)介

本文以某省某地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，日前風(fēng)電計(jì)劃功率和系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)參見文獻(xiàn)[16]，風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)容量為6 343 MW，常規(guī)機(jī)組的裝機(jī)容量為14 350 MW。蓄熱電鍋爐系統(tǒng)總?cè)萘考s為2×100 MW，供熱區(qū)域的總面積約為120萬(wàn)m2，供熱區(qū)域單位面積日熱負(fù)荷需求(基準(zhǔn)值為65 W/m2)預(yù)測(cè)曲線[14]如圖7所示。電熱轉(zhuǎn)換效率為97%，忽略管網(wǎng)散熱損失，設(shè)計(jì)最大儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)為4 h。

圖7 單位面積日前熱負(fù)荷計(jì)劃曲線Fig.7 Daily heating load plan curve per unit area

參考該地區(qū)電網(wǎng)電價(jià)機(jī)制，時(shí)段劃分及分時(shí)電價(jià)如表1所示：

表1 峰谷時(shí)段劃分及分時(shí)電價(jià)Tab.1 Peak and valley time division and TOU price(元/MWh)

根據(jù)蓄熱電鍋爐負(fù)荷基本參數(shù)和熱負(fù)荷計(jì)劃曲線，計(jì)算蓄熱電鍋爐系統(tǒng)的全天用電量需求為1 620.06 MWh，如果在負(fù)荷低谷時(shí)段全功率儲(chǔ)熱，總時(shí)長(zhǎng)約為8.1 h。

基于常規(guī)機(jī)組的日前發(fā)電計(jì)劃，可得出風(fēng)電的計(jì)劃出力曲線，如圖8所示：

圖8 風(fēng)電受阻情況Fig.8 The situation of blocked wind power

由上圖可知，在23∶00～9∶00和13∶00～15∶00內(nèi)，出現(xiàn)風(fēng)電受阻情況，受阻風(fēng)電量為4 013 MWh。如果將蓄熱電鍋爐負(fù)荷納入調(diào)節(jié)，進(jìn)行優(yōu)化控制，可消納或緩解受阻風(fēng)電。

為比較蓄熱電鍋爐進(jìn)行優(yōu)化控制對(duì)消納受阻風(fēng)電的效果，將蓄熱電鍋爐負(fù)荷的用電模式分為三類：

(1)模式1，全天直接供熱用電；

(2)模式2，全天避峰用電；

(3)模式3，優(yōu)化控制用電。

仿真計(jì)算日前時(shí)間尺度下三種運(yùn)行模式下受阻風(fēng)電消納量、用電成本，以驗(yàn)證本文所提出的優(yōu)化控制方法的合理性、有效性。

3.2 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比及分析

蓄熱電鍋爐負(fù)荷以不同模式運(yùn)行時(shí)，求解得到優(yōu)化控制前后的風(fēng)電出力情況，如圖9所示：

圖9 蓄熱電鍋爐參與優(yōu)化控制前后的風(fēng)電出力Fig.9 Wind power output before and after the optimal control of thermal storage electric boiler

可以看出，經(jīng)過(guò)優(yōu)化控制后，風(fēng)電發(fā)電功率曲線相比未控制前有了明顯抬升，說(shuō)明優(yōu)化控制方法可以有效提高風(fēng)電入網(wǎng)水平。

為了進(jìn)一步量化受阻風(fēng)電消納效果，將蓄熱電鍋爐不同用電模式下的風(fēng)電消納情況列于表2。

表2 不同運(yùn)行模式下的風(fēng)電消納情況Tab.2 Wind power consumption in different operating modes

由表可知，相對(duì)蓄熱電鍋爐負(fù)荷用電模式1，采用本文所提源荷優(yōu)化控制方法對(duì)蓄熱電鍋爐負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化控制后，顯著提升了受阻風(fēng)電消納量，風(fēng)電消納率由模式1的93.61%提升至96.19%，驗(yàn)證了蓄熱電鍋爐負(fù)荷參與源荷優(yōu)化控制后對(duì)消納風(fēng)電的有效性。

圖10包含了不同運(yùn)行模式下蓄熱電鍋爐的用電功率曲線。

圖10 不同用電模式下的蓄熱電鍋爐負(fù)荷曲線Fig.10 Loads of thermal storage electric boilers under different power consumption modes

由圖可知，不接受優(yōu)化控制的情況下，模式1的用電負(fù)荷與供熱負(fù)荷的相關(guān)性較大，模式2受峰谷電價(jià)時(shí)段分布的影響較大，運(yùn)行模式都較為單一；模式3引入優(yōu)化控制方法之后，蓄熱電鍋爐的用電負(fù)荷曲線和受阻風(fēng)電曲線的形狀最為接近，說(shuō)明受阻風(fēng)電信號(hào)能夠引導(dǎo)蓄熱電鍋爐蓄熱用電，一方面大大提高運(yùn)行的靈活性，另一方面也驗(yàn)證了該方法能夠有效減少受阻風(fēng)電。

此外，由于蓄熱電鍋爐在不同用電模式下的負(fù)荷曲線存在差異，導(dǎo)致其用電成本也有所區(qū)別。不同用電模式下蓄熱電鍋爐的用電成本，如表3所示。

表3 不同用電模式下蓄熱電鍋爐系統(tǒng)用電成本Tab.3 Electricity cost of thermal storage electric boiler system under different electricity consumption modes

由上表可知，與直接供熱運(yùn)行相比，引入峰谷電價(jià)機(jī)制后，蓄熱電鍋爐的用電成本降低了將近1/2，蓄熱電鍋爐參與源荷優(yōu)化控制后，用電成本進(jìn)一步降低。究其原因，用電模式2中蓄熱電鍋爐采取避峰用電的策略，其用電成本主要受谷時(shí)電價(jià)的影響；用電模式3中蓄熱電鍋爐優(yōu)先利用受阻風(fēng)電，該時(shí)段電價(jià)水平更低，用電經(jīng)濟(jì)性更好。因此，本文提出的優(yōu)化控制方法可以顯著降低蓄熱電鍋爐的用電成本，提高了其用電的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié) 論

本文在分析蓄熱電鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)特性的基礎(chǔ)上，提出了一種蓄熱電鍋爐參與受阻風(fēng)電消納的源荷優(yōu)化控制方法，并以某地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，研究得出以下結(jié)論：

(1)在系統(tǒng)下調(diào)峰能力不足導(dǎo)致風(fēng)電消納受阻的情況下，利用蓄熱電鍋爐負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性消納受阻風(fēng)電是可行的解決方案；

(2)蓄熱電鍋爐在受阻風(fēng)電時(shí)段內(nèi)用電蓄熱，可以顯著提高風(fēng)電消納水平，提高了系統(tǒng)的靈活控制能力；

(3)在滿足供熱需求的前提下，采用本文提出的優(yōu)化方法進(jìn)行源荷優(yōu)化控制，可以減少蓄熱電鍋爐用電成本。

本文提出的優(yōu)化控制方法適用于具有蓄熱電鍋爐負(fù)荷和新能源接入的電網(wǎng)。但由于本文沒有對(duì)蓄熱電鍋爐負(fù)荷參與消納受阻風(fēng)電的激勵(lì)機(jī)制進(jìn)行深入探討，具有一定的局限性。后續(xù)工作將進(jìn)一步研究蓄熱電鍋爐企業(yè)主動(dòng)參與荷源響應(yīng)控制的市場(chǎng)激勵(lì)機(jī)制，便于本文所提方法的推廣應(yīng)用。