考虑新能源消纳的火电机组深度调峰策略程序功能说明

考虑新能源消纳的火电机组深度调峰策略 摘要：本代码主要做的是考虑新能源消纳的火电机组深度调峰策略，以常规调峰、不投油深度调峰、投油深度调峰三个阶段，建立了火电机组深度调峰成本模型，并以风电全额消纳为前提，建立了经济调度模型。 约束条件主要考虑煤燃烧约束、系统旋转备用功率约束、启停、爬坡、储热约束等等。 复现结果非常良好，结果图展示如下： 1、代码非常精品，有注释方便理解；

一、程序核心目标

本程序旨在构建一套考虑新能源（风电、光伏）消纳的火电机组深度调峰优化策略，通过对火电机组运行状态、储热系统调度及各项成本的统筹计算，在满足电力系统功率平衡和机组运行约束的前提下，实现系统综合成本最低，同时保障新能源电力的有效消纳。

二、程序整体框架

程序采用MATLAB结合YALMIP工具箱与Gurobi求解器实现，整体流程分为参数初始化、决策变量定义、目标函数构建、约束条件设置、模型求解及结果可视化六个核心环节，框架流程如下：

graph LR A[参数初始化（parameter.m）] --> B[决策变量定义] B --> C[目标函数构建] C --> D[约束条件设置] D --> E[调用Gurobi求解器优化] E --> F[结果调整与可视化]

三、核心模块解析

（一）参数初始化模块（parameter.m）

该模块集中定义了程序运行所需的各类基础参数，包括：

1. 机组参数：4台火电机组（200MW、300MW、300MW、600MW）的最小/最大出力（如600MW机组最小出力240MW、最大1500MW）、爬坡速率（如100MW/h）、最小启停时间（如启动后至少运行3小时）、储热系统容量（如高温储热最大500-1500单位）等。
2. 新能源与负荷参数：24小时风电出力（Pwt）、光伏出力（Ppv）、日负荷（PD）及净负荷（Pnet）数据，其中净负荷由日负荷减去风光出力计算得出。
3. 经济参数：燃煤单价（500元/单位）、风光环境收益（80元/MW）、碳交易相关系数、机组启停成本等。

这些参数作为全局变量供主程序调用，便于集中管理和修改。

（二）决策变量定义

程序定义了多类决策变量，涵盖机组运行、储热调度及成本核算等维度，主要包括：

• 火电机组燃煤量（m1coal至m4coal，24小时序列）
• 汽轮机出力（P1stgen至P4stgen）及锅炉燃烧功率（P1burn至P4burn）
• 储热系统状态：高温/低温储热存量（S1H至S4H、S1L至S4L）、储放热功率（P1H至P4H等）、启停状态（Up1H至Up4H等二进制变量）
• 机组启停状态（Ug1至Ug4，二进制变量）及各项成本变量（燃煤成本、碳成本等）

变量定义采用YALMIP的sdpvar和binvar函数，明确变量维度（如24小时序列）和类型（连续/二进制），为后续优化建模奠定基础。

（三）目标函数构建

目标函数以系统24小时综合成本最小为优化目标，计算公式为：

objective(i) = C1(i) + C2 + C3 - C5 + C6(i) + C7

其中各项成本含义如下：

• C1：燃煤成本，由各机组燃煤量乘以燃煤单价计算
• C2：新能源与储能相关成本
• C3：旋转备用成本，为应对新能源波动预留的备用功率成本
• C5：新能源环境收益（作为减项，鼓励消纳）
• C6：碳交易成本，与机组碳排放总量挂钩
• C7：其他成本（程序中暂设为0）

通过该目标函数，程序将经济成本与新能源消纳目标相结合，引导火电机组灵活调整出力以适应新能源波动。

（四）约束条件设置

程序设置了多类约束以保证优化结果的可行性，主要包括：

1. 功率平衡约束：火电机组总出力（经效率折算）需与系统净负荷相等，即：
   matlab
constraint = [constraint, 0.4*(P1stgen(t)+P2stgen(t)+P3stgen(t)+P4stgen(t)) - P_net(t) == 0];

2. 机组运行约束：包括出力上下限（如Ug4(t)240 ≤ P4stgen(t) ≤ Ug4(t)1500）、爬坡约束（出力变化率不超过限值）、最小启停时间约束等。
3. 储热系统约束：储热存量不超过最大容量且非负，储热系统仅在机组运行时可启用（如onoff(unit,t) ≥ Up1_H(t)）。
4. 能量守恒约束：锅炉燃烧功率与燃煤量成正比（如P1burn(t) = m1coal(t)*7.3），汽轮机出力与燃烧功率、储热放热量相关联。

这些约束确保了优化结果符合火电机组实际运行规律和电力系统安全要求。

（五）求解与结果展示

1. 求解过程：采用Gurobi求解器对构建的混合整数规划模型进行求解，通过sdpsettings设置求解参数（如显示求解过程），调用optimize函数执行优化。
2. 结果调整：对部分时段储热功率进行微调（如1-5小时储热功率减11、19-23小时加11），使结果更贴合实际运行场景。
3. 可视化输出：生成5类图表展示优化结果，包括各机组燃煤费用、燃煤量、风光火出力叠加、负荷调节对比及风电出力曲线，直观呈现调峰效果和成本分布。

四、程序核心意图还原

1. 新能源消纳导向：通过将风光环境收益纳入目标函数（C5为减项），激励火电机组让出出力空间，优先消纳新能源电力。
2. 深度调峰实现：设置机组宽幅出力范围（如600MW机组最小出力240MW），结合储热系统灵活调节（储热时降低出力、放热时提升出力），实现火电机组深度调峰。
3. 经济与环保平衡：将燃煤成本、碳交易成本纳入目标函数，在降低经济成本的同时，推动低碳运行。
4. 工程实用性：所有约束条件基于火电机组实际运行特性设计（如爬坡速率、启停时间限制），确保优化结果可落地执行。

五、使用说明要点

1. 运行环境需安装MATLAB、YALMIP工具箱及Gurobi求解器（需授权）。
2. 执行顺序：先运行parameter.m加载参数，再运行主程序opt.m。
3. 参数修改：可通过调整parameter.m中的机组参数、经济参数或新能源数据适应不同场景。
4. 结果查看：通过命令行输出的成本值及生成的图表获取优化结果，可调用value函数查看具体变量值（如value(m1coal)）。

六、注意事项

1. 变量维度需保持一致（如24小时序列变量需包含24个数据点）。
2. 约束条件不可冲突，否则求解器会返回无解。
3. 求解规模扩大（如增加机组数量、细化时间粒度）时，可通过调整Gurobi的MIPGap参数平衡求解速度与精度。

本程序通过系统化的建模与求解，为考虑新能源消纳的火电机组深度调峰提供了可量化的优化方案，完整还原了“以成本最优为目标、以多约束为边界、以新能源消纳为导向”的程序设计意图。