光热发电参与电力系统调峰策略研究

随着风电等新能源并网比例的不断攀升,由于其具有较强的间歇性及不确定性,从而使得电力系统调峰压力与日俱增,传统的调峰策略已不能满足高比例新能源电网的调峰需求。近年来,光热发电得到了迅速发展,与光伏、风电等新能源不同的是光热发电具有大容量的蓄热系统,因此运行更加稳定。除此之外,光热发电运行时不但可快速调节自身出力,还可实现快速启停,从而为其参与电力系统调峰创造了得天独厚的条件。因此,研究光热发电参与电力系统调峰是实现高比例新能源并网及可再生能源消纳可再生能源的重要途径,具有重要的理论研究价值及工程指导意义。论文主要研究内容如下:(1)论文在阐述目前光热发电的几种形式及其特点的基础上,进一步分析了光热发电系统的结构组成及各子系统的功能,深入研究了光热发电的热力循环机制及其五种不同的运行模式,并在此基础上提出了基于能量流动过程的光热发电系统简化结构,分别建立了光热发电系统在发电模式及热电联产运行模式下的简化数学模型。(2)针对“三北”地区冬季供暖期因系统调峰能力不足而造成的大量弃风问题,提出了基于热电联产运行模式的光热发电调峰策略。首先,分析了光热电站辅助供热后热电机组电热特性及其调峰能力变化情况;其次,制定了基于热电联产运行模式的光热发电调峰策略,并在此基础上,建立了包含光热发电在内的电力系统电热综合调峰优化模型。与传统模型相比,新模型增加了系统热平衡约束、热电机组的热电耦合约束及光热电站运行约束等。最后,仿真结果表明,基于热电联产运行模式的光热发电,通过辅助供热可在一定程度上解耦热电机组“以热定电”运行约束,有效提高电网风电消纳水平,同时还可降低纯凝机组调峰压力,避免纯凝机组频繁调节,提高系统运行的经济性。(3)针对电力系统中发电侧资源及需求侧资源的多时间尺度特性,及风电预测精度随运行点的逼近而逐步提高的特点,提出了一种基于多时间尺度并计及需求侧响应的光热发电调峰策略。首先,对系统中具有多时间尺度特性的调度资源及其多时间尺度调峰机理进行了分析;其次,分析了需求侧响应机制,并分别建立了电价型及激励性需求侧响应模型;最后,建立了基于周、日前、日内三个时间尺度的光热发电滚动调峰优化模型并进行求解。与此同时,为提高调度结果的准确性,在日前调峰阶段还结合了SSP。与传统日前调峰优化模型相比,本文所提模型着重考虑了具有不同响应速度的发电侧资源及需求侧资源对电力系统调峰的影响,并在不同的时间尺度上分别确定了各机组组合、出力及需求侧响应策略。研究结果表明,基于多时间尺度的光热发电调峰策略,可充分发挥系统中各类调度资源在系统调峰时的协调调度作用,并有效利用光热机组启停迅速的特点参与电力系统启停调峰。从而提高了系统运行的经济性及可靠性,降低了风电预测误差对调度结果的影响,且系统所需旋转备用容量也有显著下降。