摘要

面对能源的紧缺和环境恶化的双重压力，各国纷纷加大对环境的监管力度和提高资源的利用率。我国是人口大国，电力系统又是我国支柱性产业，对电力系统进行调度优化是必然的，电力系统中，热电联产机组每年都要排放大量污染物，热能的产生也非常巨大，这非常不利于大气环境的整治。本文在对负荷优化调度的方法，环境效益约束下的多能源系统优化方法以及含风电的热电联产机组进行深入研究的基础上，结合大气污染防治、环境因素耦合、电热供应协调、多发电方式协调等技术，对多能源发电系统进行研究，提出调度优化方案，对风电并网的稳定性进行建模仿真；对多能源系统进行可靠性分析；对旋转机组组合模型进行仿真，并求出最优机组组合方案；对热电联产的经济效率进行建模分析。

关键词：热电联产；环境效益；仿真建模

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

能源是人类社会赖以生存的重要物质基础，煤炭、石油、天然气等化石燃料

的大量使用，在推动社会生产进步的同时也产生了大量的环境污染，近年来全社

会高度关注的冬季“雾霆”问题与化石燃料的大量使用紧密相关。电力行业是社

会发展的基础性和先导性产业，截至2015年底，全国发电装机容量达到15.3亿

千瓦，其中火电9.9亿千瓦，占65.56%;水电3.2亿千瓦，占21.1%;核电2608万千瓦，占1.7%;风力、太阳能等新能源发电约1.72亿千瓦。 2015年全年用电量达到5.69万亿千瓦时，发电装机容量和发电量均居世界第一位。我国“富煤、贫油、少气”的能源结构决定了今后相当长一段时间内仍将保持以煤为主的发电方式。为突破以化石燃料为主的能源结构对社会经济发展的严重制约，实现可持续发展，我国正全面推进能源生产和消费向清洁低碳、非化石方式转型。促进能源生产消费的可持续发展可以分别从“开源”和“节流”两个方面展开。所谓“开源”，即在能源供给侧通过技术创新和积极探索，尽可能多的开发利用新能源和可再生能源，减少传统化石燃料的使用量。根据国家能源局最新颁布的《电力发展“十三五”规划 (2016-2020年)》，预计2020年全国非化石能源发电装机达到7.7亿千瓦左右，比2015年增加2.5亿千瓦左右，占比39%，提高四个百分点;风电装机达到2.1亿千瓦以上，其中海上风电S00万千瓦左右;太阳能发电装机达到 1.1亿千万以上，其中分布式光伏6000万千瓦以上、光热发电500万千瓦;气电装机增加5000万千瓦，达到1.1亿千瓦以上，占比超过5%;煤电装机力争控制在11亿千瓦以内，占比降至约55%。所谓“节流”，即在能源需求侧通过资源合理配置、系统优化调度和设备节能改造尽可能的提高能源利用效率。一方面以“温度对口，梯级利用”的思想从系统层面优化能源生产工艺流程，另一方面通过升级改造，逐步淘汰能源利用效率低、环境污染大的用能设备，充分挖掘单台设备的节能潜力。

第三章机组组合问题及数学模型

3.1 机组组合问题概述

机组组合(Unit  Commitment)是制定日前发电计划首先要解决的问题，是电力系统中进行优化潮流(Optimal Power Flow, OPF)、经济调度(Economic Dispatch, EDC)的前提。由于各时段负荷是不断变化的，各时段的机组组合状态也应各有不同，由于这些组合状态之间的转移存在机组启停费用以及机组最小启停时间、爬坡速率等技术条件约束，因此，不能根据单一时段的负荷孤立的寻求最优组合状态，而应在整个调度周期内进行动态的机组优化组合。并且，机组组合的经济效益一般大于负荷经济分配的效益经济效益，因此，机组组合的经济效益是很可观的。

机组组合问题的控制变量是机组的启停状态和机组的有功出力。针对国内外几种典型的发电调度模式，机组组合问题的目标函数一般有以下四种:传统的经济调度模式下，目标函数一般为系统的总发电成本最小;市场竞争调度方式下，目标函数一般是全网的总购电费用最低或社会效益最大化。计划电量调度方式下，以各方的利益均衡为目标，各发电机组按机组容量平均分配发电利用小时数，以满足电力电量的平衡;节能发电调度模式下，以系统的总煤耗最小为目标，最大限度的降低能源消耗，减少污染物排放。

虽然不同调度模式的优化目标和适用条件不尽相同，但是针对日前机组组合优化问题的建模，约束条件往往具有一致性。本文以系统总的发电能耗最小为目标进行机组组合问题建模，并做如下假设:

(1)发电机的总发电能耗包括启停机能耗和运行能耗;

(2)任意一个时段内发电机组的有功出力和负荷均保持不变;

(3)电力系统的电力的生产和消费在任意时刻都是相等的;

(4)研究针对发电系统，忽略网络损耗;