一种蓄热式光伏发电采暖系统的调控方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种蓄热式光伏发电采暖系统的调控方法。

背景技术

蓄热式光伏发电采暖系统具有光伏自发自用为电采暖供电，电采暖实时跟踪光伏发电进行蓄热等特点，对这些特点加以利用可以较为有效地解决煤改电项目效益较低的问题；然而，由于光伏出力与蓄热式电采暖的运行具有较强的不确定性，因此需要对蓄热式光伏发电采暖系统采取有效的调控方法；现有技术已经提出了一种分散式电采暖负荷协同优化运行策略，该运行策略可以有效控制尖峰负荷，降低运行费用。

但是，现有技术对蓄热式光伏发电采暖系统的调控方法的研究多数只针对光伏发电与蓄热式电采暖联合运行本身，而没有站在工程建设的角度从经济效益考虑该调控方法是否符合该工程的投资期望，是否适用于该工程运营的商业模式。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种蓄热式光伏发电采暖系统的调控方法，该方法是在一种具体的商业模式下提出的详细调控方法，而且该调控方法结合了光伏的出力时段、峰谷电价时段以及蓄热式电采暖设备的特点，使贫困农户少出或者不出取暖的费用就能在采暖季满足取暖需求，甚至还可获得收益，形成“低投入、高收益”的良好局面，提高贫困农户使用蓄热式光伏采暖系统的积极性，促进节能减排的推广以及新能源的消纳。

本发明所采用的技术方案是：一种蓄热式光伏发电采暖系统的调控方法，包括以下步骤：

S100：构建蓄热式光伏发电采暖商业模式和蓄热式光伏发电采暖系统；

S200：基于所述蓄热式光伏发电采暖商业模式和峰谷电价政策，将所述蓄热式光伏发电采暖系统的光伏出力分为峰电时段出力和谷电时段出力；

S300：基于光伏出力与供暖需求量的关系，设置所述峰电时段出力的调控策略和所述谷电时段出力的调控策略；

S400：基于峰电时段出力的调控策略和谷电时段出力的调控策略，构建项目承担者收益模型和贫困农户收益模型并求解；

S500：基于最优收益的控制策略对蓄热式光伏发电采暖系统进行调控。

优选地，步骤S300中所述峰电时段出力的调控策略具体为：

若光伏出力小于供暖需求量，则由光伏出力和蓄热体储存的能量进行供暖，若光伏出力与蓄热体储存能量的总和不足以满足供暖需求，则在峰电时段购电；

若光伏出力大于供暖需求量，则在光伏出力满足供暖需求后，将多余的电能以蓄热的方式存储至蓄热体，待蓄热体的蓄热量达到上限后将光伏余电进行上网；

若光伏出力等于供暖需求量，则不使用蓄热体储存的能量，不购电。

优选地，所述光伏出力通过以下公式表达：

式中，P

优选地，所述供暖需求量通过以下公式得出：

式中，Q

优选地，所述光伏余电上网的电量通过以下公式得到：

式中，Q

优选地，所述峰段期间购电量通过以下公式得到：

式中，Q

优选地，所述谷电时段出力的调控策略具体为：

基于蓄热体存储的热量进行供暖，若蓄热体储存的热量不能满足夜间热需求，则在谷电时段购电来实时供热；

根据预测的次日峰电时段光伏发电量和热需求量，在谷电时段进行热量的储备。

优选地，谷电时段实时供热需要的购电量通过以下公式得到：

式中，Q

蓄热体在夜间供热后，蓄热体剩余的蓄热量通过以下公式表达：

式中，Q

优选地，若预测次日峰电时段光伏发电量不满足热需求量，则在谷电时段储存热量，所需储存的热量通过以下公式得到：

式中，Q

优选地，所述项目承担者收益模型具体为：

式中，C

所述贫困农户收益模型具体为：

式中，C

上述技术方案有益效果：

(1)本发明公开的调控方法可以使贫困农户在采暖季形成“低投入、高收益”的良好局面，提高贫困农户使用蓄热式光伏采暖系统的积极性，促进节能减排的推广以及新能源的消纳。

(2)对于蓄热式光伏发电采暖项目承担者而言，可根据本发明中提供的调控方法对收益情况有一定预期，在一定程度上帮助其对该项目在投资方面提供参考指标。

(3)本发明公开的调控方法更适用工程运营情况，使用户积极性提高。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种蓄热式光伏发电采暖系统的调控方法流程图；

图2为本发明一个实施例提供的蓄热式光伏发电采暖商业模式的结构示意图；

图3为本发明算例中提供的供暖首日运行策略示意图；

图4为本发明算例中提供的供暖首日之后运行策略示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种蓄热式光伏发电采暖系统的调控方法，包括以下步骤：

S100：构建蓄热式光伏发电采暖商业模式和蓄热式光伏发电采暖系统；

如图2所示，蓄热式光伏发电采暖商业模式由电网公司联合其他社会资本设立光伏基金，电网公司与政府通过该光伏基金组成项目公司参与光伏项目；其中，政府主要承担监管职责，并对项目给予一定政策补贴；项目主要资金来源于光伏基金，由项目公司负责项目建设和运营。

蓄热式光伏发电采暖系统包括光伏发电系统和蓄热式电采暖系统，该系统的蓄热电采暖用电方式为优先利用光伏发电量进行供热和蓄热，若光伏发电量不能满足全天热需求，则由谷电时段补充，尽量避免使用峰电，其运行调控策略结合光伏出力特性按照峰谷电价时段分类。

S200：基于蓄热式光伏发电采暖商业模式，在现有峰谷电价政策基础上，将蓄热式光伏发电采暖系统的光伏出力分为峰电时段出力和谷电时段出力；

在蓄热式光伏发电采暖商业模式和现有峰谷电价政策基础上，将蓄热式光伏发电采暖系统的光伏出力分为峰电时段出力和谷电时段出力，峰电时段出力和谷电时段出力遵循不同的调控策略。现有峰谷电价政策见表1。

表1电采暖峰谷电价

备注：谷电时段为23：00-9：00，14：00-16：00。

S300：基于光伏出力与供暖需求量的关系，设置峰电时段出力的调控策略和谷电时段出力的调控策略；

(1)峰电时段出力的调控策略

由于峰电时段主要在白天有光照的时候，该策略的主要影响因素为光伏出力情况，因此在峰电的时段的调控策略为：如果光伏出力小于供暖需求量，则由光伏出力和蓄热体储存的能量进行供暖，若光伏出力与蓄热体储存能量的总和不足以满足供暖需求则需在峰段期间买电；如果光伏出力大于供暖需求量，则在光伏出力满足供暖需求以后，将多余的电能以蓄热的方式进行存储至蓄热体，待蓄热体的蓄热量达到上限之后将剩余的电量进行上网；如果光伏出力等于供暖需求量，则说明光伏出力正好可以满足供暖需求，无多余能量储存也无需使用蓄热体储存的能量或购电。

光伏出力情况与太阳辐射照度、环境温度以及光伏在标准额定条件下的输出功率有关，光伏出力通过以下公式表达：

式中，P

式中，T

供暖需求量通过以下公式得出：

式中，Q

电采暖的出力应满足以下公式：

Q

式中，Q

光伏余电上网的电量通过以下公式得到：

式中，Q

购电量通过以下公式得到：

式中，Q

(2)谷电时段出力的调控策略

由于谷电时段主要在夜间无光照的时候，且谷电时段电价较低，因此在谷电时段的调控策略主要分为两部分：

第一部分是依靠蓄热体存储的热量进行供暖；若蓄热体白天利用光伏储存的热量不能满足夜间热需求，则需要在夜晚谷电时段补充热量来实时供热；

蓄热体在峰电时段结束后，如果出现了购电情况，则谷电开始时蓄热量为0；如果出现余电上网情况则蓄热量为额定；如果未出现上述两种情况，则按峰电开始时的蓄热量减去峰电时段使用的蓄热量计算夜间谷电开始时的蓄热量，具体通过以下公式得到：

式中，Q

若蓄热体白天利用光伏储存的热量不能满足夜间热需求，则需要在夜晚谷电时段补充热量(购电)来实时供热；谷电时段实时供热需要的购电量通过以下公式得到：

式中，Q

蓄热体在夜间供热后，蓄热体剩余的蓄热量通过以下公式表达：

式中，Q

第二部分是根据预测的次日峰电时段光伏发电量和热需求量的情况，在谷电时段进行热量的储备；

电采暖控制系统预测次日峰电时段光伏发电量和热需求量，若光伏发电量不满足热需求量，为防止使用峰电时段的高电价，应在谷电时段结束前储存一定的热量(电量)，所需储存的电量的通过以下公式得到：

式中，Q

S300：基于峰电时段出力的调控策略和谷电时段出力的调控策略，构建项目承担者收益模型和贫困农户收益模型并求解；

构建项目承担者收益模型和贫困农户收益模型，根据该模型计算项目承担者可获得的收益以及贫困农户通过该项目可获得的收益；

对于项目公司而言，项目承担者收益模型为：

式中，C

对于贫困农户而言，贫困农户收益模型为：

式中，C

S400：基于最优收益的控制策略对蓄热式光伏发电采暖系统进行调控。

下面结合具体算例分析本发明的实际效果：

(1)算例基本参数

选取新疆某农村地区新建蓄热式光伏发电采暖项目，该地区太阳能资源丰富，适合开展蓄热式光伏发电采暖项目，本算例已知项目涉及用户为6858户，供暖指标为每户单位面积采暖热指标100W/m

(2)按照本发明的运行策略进行运行

将该项目运行分为首日及首日后两部分进行计算，每一天从该天的峰电时刻开始计算，到第二天谷电时刻结束的24小时为一个供暖日，供暖首日运行策略如下3所示，首日峰电开始时刻蓄热量为零，对于每个时段，判断光伏的出力是否满足供暖需求，如果满足则判断电采暖蓄热体的蓄热量与蓄热体容量的大小，如果蓄热体未蓄满则多余的光伏出力以蓄热的方式进行储存，再判断蓄热体的蓄热量，待蓄热体的蓄热量达到上限之后剩余的电量进行上网。如果光伏的出力不满足供暖需求，则判断此时蓄热体的蓄热量加上光伏出力是否能够满足供暖需求，若可以则使用光伏出力和蓄热体的蓄热量共同进行供暖，若不能够满足则需购电，判断此时是否为峰电时段，如果是则按峰电电价进行购电，否则按谷端电价进行购电。

供暖首日之后运行策略如图4所示，供暖首日之后，由于已经经过了备热过程，对于每一时段，只需判断光伏的出力是否满足供暖需求，如果满足则判断电采暖蓄热体的蓄热量与蓄热体容量的大小，如果蓄热体未蓄满则多余的光伏出力以蓄热的方式进行储存，再判断蓄热体的蓄热量，待蓄热体的蓄热量达到上限之后剩余的电量进行上网。如果光伏的出力不满足供暖需求，则使用光伏出力和蓄热体的蓄热量共同进行供暖。

根据该地区的光伏出力情况，认为蓄热式电采暖的热电转化效率为95％，可以根据运行策略得到各项电量情况，如表2所示。

表2蓄热式光伏发电采暖运行首日各项电量情况

首日夜间备热支出费用：(144-50.5343)*0.112＝10.4681(元)

从算例中可以看出，由于实际农户家庭光伏出力较少，并不存在余电上网问题，因此首日之后只需进行夜间备热，就可以在充分利用光伏发电取暖的情况下避免峰电时段用电取暖。

对于项目公司而言，由式(10)可以得到，在不计光伏发电补贴的情况下，即C3＝0时，项目公司新增采暖季收益为1086.55万元。

对于贫困农户而言，供暖季农户支出的取暖费用为1584.3535元/户，当地在该项目实施前农户在供暖季需要支出3000-3300元/户，由式(10)可以得到，农户在供暖季可以获得1416～1716元左右的收益，即采用本发明的蓄热式光伏发电采暖系统调控方法可以帮助贫困农户节省采暖费用。

本发明公开的调控方法可以使贫困农户在采暖季形成“低投入、高收益”的良好局面，提高贫困农户使用蓄热式光伏采暖系统的积极性，促进节能减排的推广以及新能源的消纳。对于蓄热式光伏发电采暖项目承担者而言，可根据本发明中提供的调控方法对收益情况有一定预期，在一定程度上帮助其对该项目在投资方面提供参考指标。

本发明公开的调控方法更适用工程运营情况，使用户积极性提高。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。