本發(fā)明涉及一種鐵合金冶煉爐穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型的構(gòu)建方法，屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)隨著新能源裝機(jī)容量的不斷增長(zhǎng)和新能源發(fā)電基地的建設(shè)，甘肅等新能源發(fā)電裝機(jī)容量富裕的區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重的棄風(fēng)棄光問(wèn)題。由于國(guó)家政策支持，在甘肅等新能源發(fā)電裝機(jī)容量富裕地區(qū)建有高載能產(chǎn)業(yè)園區(qū)，產(chǎn)業(yè)園內(nèi)建有鐵合金冶煉企業(yè)、電解鋁冶煉企業(yè)等多個(gè)高載能企業(yè)，其負(fù)荷具有一定的調(diào)節(jié)能力，可參與電力系統(tǒng)運(yùn)行，提高電網(wǎng)對(duì)棄風(fēng)棄光的消納能力。當(dāng)鐵合金冶煉企業(yè)中的鐵合金冶煉爐生產(chǎn)時(shí)有功功率消耗與無(wú)功功率消耗是緊密耦合的。過(guò)去鐵合金企業(yè)為減少容量費(fèi)用成本，企業(yè)會(huì)將冶煉爐的生產(chǎn)周期錯(cuò)開，因此其總的穩(wěn)態(tài)有功功率和無(wú)功功率比較平穩(wěn)，使用電容器等無(wú)功補(bǔ)償裝置可以比較容易將負(fù)荷功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.90以上。因此對(duì)于電力系統(tǒng)調(diào)度中心，一直將鐵合金冶煉負(fù)荷的穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率建模為有功功率與并網(wǎng)要求的最小功率因數(shù)之積。但當(dāng)鐵合金冶煉爐負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)，電力系統(tǒng)調(diào)度將改變冶煉爐的生產(chǎn)周期，進(jìn)而鐵合金企業(yè)的穩(wěn)態(tài)有功功率和無(wú)功功率將不是平穩(wěn)的曲線，而電容器等無(wú)功補(bǔ)償裝置日內(nèi)動(dòng)作次數(shù)有限，無(wú)法保證跟蹤鐵合金冶煉爐的無(wú)功功率變化進(jìn)行補(bǔ)償，也就無(wú)法保證負(fù)荷的功率因數(shù)總在0.90以上。鐵合金冶煉爐負(fù)荷的無(wú)功功率特性將在冶煉爐參與電力系統(tǒng)調(diào)度后發(fā)生變化，在電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)報(bào)中原有的計(jì)算模型為(0.9×有功功率預(yù)報(bào))，該計(jì)算方法不考慮電力系統(tǒng)調(diào)度對(duì)鐵合金冶煉爐的影響，仍舊將鐵合金負(fù)荷視為不可調(diào)節(jié)負(fù)荷，按并網(wǎng)功率因數(shù)進(jìn)行計(jì)算，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算鐵合金冶煉爐在電力系統(tǒng)調(diào)度中心調(diào)節(jié)后的穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率消耗，因而原有的鐵合金冶煉爐穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型在鐵合金冶煉爐參與電力系統(tǒng)調(diào)度后失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決原有的鐵合金冶煉爐穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率模型在鐵合金冶煉爐參與電力系統(tǒng)調(diào)度后失效的問(wèn)題，提出一種鐵合金冶煉爐穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型的構(gòu)建方法，本發(fā)明方法針對(duì)鐵合金冶煉爐的無(wú)功功率消耗與各生產(chǎn)階段的關(guān)系，建立鐵合金冶煉爐在不同的生產(chǎn)階段下的穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型。該模型可以為電力系統(tǒng)運(yùn)行人員提供準(zhǔn)確計(jì)算鐵合金無(wú)功功率消耗的手段，從而為電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行人員對(duì)鐵合金冶煉爐進(jìn)行調(diào)度，并估計(jì)鐵合金冶煉爐所接入的變壓器電壓水平提供基礎(chǔ)。

本發(fā)明提出的一種鐵合金冶煉爐穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型的構(gòu)建方法，其特征在于，該方法對(duì)鐵合金冶煉爐的運(yùn)行過(guò)程中涉及到的生產(chǎn)過(guò)程和烘爐過(guò)程的變量和常數(shù)進(jìn)行定義，根據(jù)鐵合金冶煉爐的無(wú)功功率消耗與冶煉爐運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系，建立鐵合金冶煉爐穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型；構(gòu)建的第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻的穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型為：

$Q_t^{EF,i}-Q_{t-1}^{EF,i}={\mathrm{\α}}^i(P_{adj,t}^{EF,i}+P_{on}^{EF,i}{x}_t^{EF,i})+{\mathrm{\β}}_{start}^{\′i}{P}_{start,t}^{EF,i}-{\mathrm{\β}}_{shut}^i{P}_{shut,t}^{EF,i}+Q_{\mathrm{int}er}^{EF,i}\·(v_t^{EF,i}-u_t^{EF,i})$

其中上標(biāo)i＝1,2,...,N_g，i為鐵合金冶煉爐的編號(hào)，N_g為鐵合金冶煉爐的數(shù)量，t＝1,2,...,24為一個(gè)周期對(duì)應(yīng)的小時(shí)時(shí)刻，一個(gè)周期共24小時(shí)，上標(biāo)EF表示該變量或常數(shù)屬于鐵合金冶煉爐模型，為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻所消耗的無(wú)功功率變量；αⁱ為第i臺(tái)冶煉爐在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)功功率變化的斜率αⁱ，該數(shù)值由鐵合金冶煉爐的運(yùn)行人員給出；為第i臺(tái)冶煉爐在生產(chǎn)周期開始時(shí)刻的功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的角度，該數(shù)值由鐵合金冶煉爐的運(yùn)行人員給出；為第i臺(tái)冶煉爐在生產(chǎn)周期結(jié)束時(shí)刻的功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的角度，該數(shù)值由鐵合金冶煉爐的運(yùn)行人員給出；為中間變量，無(wú)特殊含義；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻是否開始生產(chǎn)的邏輯變量，為1時(shí)表示該時(shí)刻鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期開始，為0表示該時(shí)刻不為鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期開始的時(shí)刻；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻的生產(chǎn)周期是否結(jié)束的邏輯變量，為1時(shí)表示該時(shí)刻鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期結(jié)束，為0表示該時(shí)刻不為鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期結(jié)束的時(shí)刻；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻的是否處于生產(chǎn)周期中的狀態(tài)變量,為1時(shí)表示該時(shí)刻鐵合金冶煉爐正在生產(chǎn)，為0表示該時(shí)刻鐵合金冶煉爐處于烘爐狀態(tài)；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期中的基本冶煉功率，鐵合金冶煉爐的基本冶煉功率是鐵合金冶煉爐的額定功率，為一個(gè)常數(shù)(由鐵合金冶煉爐確定)；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻生產(chǎn)周期中的調(diào)節(jié)功率變量，鐵合金冶煉爐的調(diào)節(jié)功率是鐵合金冶煉爐生產(chǎn)運(yùn)行人員超過(guò)額定功率進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，冶煉爐額外消耗的有功功率，由電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行人員給出；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻開始生產(chǎn)周期時(shí)的有功功率沖擊變量，若第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻則若第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻則為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻開始生產(chǎn)周期時(shí)的有功功率沖擊變量，若第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻則若第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻則為第i臺(tái)冶煉爐在烘爐狀態(tài)的無(wú)功功率消耗，數(shù)值由鐵合金冶煉爐的運(yùn)行人員給出。

根據(jù)本發(fā)明提出的的鐵合金冶煉爐穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型，電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行人員即可根據(jù)鐵合金冶煉爐實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確計(jì)算各臺(tái)鐵合金冶煉爐的穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率。

本發(fā)明提出的一種鐵合金冶煉爐實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型的構(gòu)建方法，其優(yōu)點(diǎn)是：充分考慮鐵合金冶煉爐消耗的無(wú)功功率與鐵合金冶煉爐生產(chǎn)過(guò)程和冶煉爐有功功率的耦合特性，對(duì)鐵合金冶煉爐的無(wú)功功率消耗特性構(gòu)建計(jì)算模型；使電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行人員可以利用該模型對(duì)各個(gè)鐵合金冶煉爐生產(chǎn)過(guò)程中各時(shí)段無(wú)功功率消耗進(jìn)行計(jì)算，可用于電力系統(tǒng)調(diào)度人員在調(diào)整鐵合金冶煉爐有功功率時(shí)，方便運(yùn)行人員評(píng)估鐵合金冶煉爐接入的變壓器的電壓水平，以防止電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)鐵合金冶煉爐時(shí)造成短時(shí)的低電壓，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的一種鐵合金冶煉爐實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型的構(gòu)建方法，其特征在于，該方法對(duì)鐵合金冶煉爐的運(yùn)行過(guò)程中涉及到的生產(chǎn)過(guò)程和烘爐過(guò)程的變量和常數(shù)進(jìn)行定義，根據(jù)鐵合金冶煉爐的無(wú)功功率消耗與冶煉爐運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系，建立鐵合金冶煉爐穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型；構(gòu)建的第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻的穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率計(jì)算模型為：

$Q_t^{EF,i}-Q_{t-1}^{EF,i}={\mathrm{\α}}^i(P_{adj,t}^{EF,i}+P_{on}^{EF,i}{x}_t^{EF,i})+{\mathrm{\β}}_{start}^{\′i}{P}_{start,t}^{EF,i}-{\mathrm{\β}}_{shut}^i{P}_{shut,t}^{EF,i}+Q_{\mathrm{int}er}^{EF,i}\·(v_t^{EF,i}-u_t^{EF,i})$

其中i＝1,2,...,N_g，為鐵合金冶煉爐下標(biāo)，t＝1,2,...,24為一個(gè)周期對(duì)應(yīng)小時(shí)時(shí)段，(一個(gè)周期共24小時(shí)，1表示周期開始第一時(shí)刻，24表示周期結(jié)束的最后時(shí)刻)，N_g為鐵合金冶煉爐的數(shù)量，上標(biāo)EF表示該變量或常數(shù)屬于鐵合金冶煉爐模型，為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻所消耗的無(wú)功功率變量；αⁱ為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)功功率變化的斜率，該數(shù)值由鐵合金冶煉爐的運(yùn)行人員給出；為第i臺(tái)冶煉爐在生產(chǎn)周期開始時(shí)刻的功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的角度，該數(shù)值由鐵合金冶煉爐的運(yùn)行人員給出；為第i臺(tái)冶煉爐在生產(chǎn)周期結(jié)束時(shí)刻的功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的角度，該數(shù)值由鐵合金冶煉爐的運(yùn)行人員給出；為中間變量，無(wú)特殊含義；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻是否開始生產(chǎn)的邏輯變量，為1時(shí)表示該時(shí)刻鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期開始，為0表示該時(shí)刻不為鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期開始的時(shí)刻；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻的生產(chǎn)周期是否結(jié)束的邏輯變量，為1時(shí)表示該時(shí)刻鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期結(jié)束，為0表示該時(shí)刻不為鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期結(jié)束的時(shí)刻；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻的是否處于生產(chǎn)周期中的狀態(tài)變量,為1時(shí)表示該時(shí)刻鐵合金冶煉爐正在生產(chǎn)，為0表示該時(shí)刻鐵合金冶煉爐處于烘爐狀態(tài)；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐生產(chǎn)周期中的基本冶煉功率，鐵合金冶煉爐的基本冶煉功率是鐵合金冶煉爐的額定功率，為一個(gè)常數(shù)(由鐵合金冶煉爐確定)；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻生產(chǎn)周期中的調(diào)節(jié)功率變量，鐵合金冶煉爐的調(diào)節(jié)功率變量是鐵合金冶煉爐生產(chǎn)運(yùn)行人員超過(guò)額定功率進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，冶煉爐額外消耗的有功功率，由電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行人員給出，取值范圍視鐵合金冶煉爐的具體型號(hào)而定；為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻開始生產(chǎn)周期時(shí)的有功功率沖擊變量，若第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻則若第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻則為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻開始生產(chǎn)周期時(shí)的有功功率沖擊變量，若第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻則若第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在t時(shí)刻則為第i臺(tái)鐵合金冶煉爐在烘爐狀態(tài)的無(wú)功功率消耗，數(shù)值由鐵合金冶煉爐的運(yùn)行人員給出。