Load Modeling of Regenerative Electric Boiler Considering Inconsistency of Heat Transfer

ZHANG Liwei; WANG Huarun; YAN Gangui; QI Riwei; HAN Zhiyong; ZHANG Zhanling

doi:10.7500/AEPS20220927001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Load Modeling of Regenerative Electric Boiler Considering Inconsistency of Heat Transfer

Key Technologies of Load Characteristic Modeling and Forecasting for Diverse Users | 更新时间：2025-06-16

- Load Modeling of Regenerative Electric Boiler Considering Inconsistency of Heat Transfer
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 13, Pages: 40-46(2023)
- 作者机构：
  
  1.现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学),吉林省吉林市 132012
  2.华能吉林能源销售有限公司,吉林省长春市 130051
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51907020);State Grid Corporation of China(5500-202199270A-0-0-00)
- DOI：10.7500/AEPS20220927001
  CLC：
- Received：27 September 2022，
  
  Revised：2023-03-05，
  
  Published Online：05 June 2023，
  
  Published：10 July 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
张利伟,王华润,严干贵等.考虑传热不一致性的蓄热式电锅炉负荷建模[J].电力系统自动化,2023,47(13):40-46.

ZHANG Liwei,WANG Huarun,YAN Gangui,et al.Load Modeling of Regenerative Electric Boiler Considering Inconsistency of Heat Transfer[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(13):40-46.
张利伟,王华润,严干贵等.考虑传热不一致性的蓄热式电锅炉负荷建模[J].电力系统自动化,2023,47(13):40-46. DOI： 10.7500/AEPS20220927001.

ZHANG Liwei,WANG Huarun,YAN Gangui,et al.Load Modeling of Regenerative Electric Boiler Considering Inconsistency of Heat Transfer[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(13):40-46. DOI： 10.7500/AEPS20220927001.

摘要

蓄热式电锅炉是参与电网调节的优质可控负荷，但由于其传热过程存在不一致性，现有模型误差较大，不能精确评估电锅炉负荷的调节能力。针对上述问题，基于热平衡原理

提出了考虑传热不一致的固体蓄热式电锅炉负荷模型。首先，分析了固体蓄热式电锅炉的典型结构、工作模式和热平衡关系；其次，基于热平衡原理建立蓄热式电锅炉负荷模型，并分析传热不一致性带来的影响；最后，考虑传热不一致性，引入一致性系数对所提模型进行修正，并利用最小二乘法进行参数优化。仿真对比结果表明，所提蓄热式电锅炉负荷模型的炉温误差和升、降温时长误差明显低于热平衡模型和ANSYS仿真模型，可为准确评估电锅炉负荷的调节能力提供技术支撑。

Abstract

Regenerative electric boilers are high-quality controllable loads that participate in power grid regulation. However

due to the inconsistency in their heat transfer process

existing models have significant errors and cannot accurately evaluate the load regulation ability of electric boilers. A load model of solid regenerative electric boiler considering inconsistent heat transfer is proposed based on the principle of heat balance to address the above issues. Firstly

the typical structure

working mode

and heat balance relationship of solid regenerative electric boilers are analyzed. Secondly

based on the principle of heat balance

this paper establishes a load model for regenerative electric boiler and analyzes the impact of inconsistent heat transfer. Finally

considering the inconsistency of heat transfer

a consistency coefficient is introduced to modify the proposed model

and the least squares method is used for parameter optimization. The comparisons of simulation results show that the furnace temperature error and duration error of temperature rise/fall of the proposed load model of regenerative electric boiler are significantly lower than those of the heat balance model and ANSYS simulation model

which can provide technical support for accurately evaluating the load regulation ability of electric boilers.

关键词

Keywords

references

胡博，谢开贵，邵常政，等 . 双碳目标下新型电力系统风险评述：特征、指标及评估方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1 - 15 .

HU Bo ， XIE Kaigui ， SHAO Changzheng ， et al . Commentary on risk of new power system under goals of carbon emission peak and carbon neutrality： characteristics， indices and assessment methods ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1 - 15 .

王春光，朱国栋 . “以热定电”背景下热电联产机组优化分配热负荷的研究［J］. 能源与节能， 2021 （ 3 ）： 63 - 66 .

WANG Chunguang ， ZHU Guodong . Study on optimal distribution of heat load for cogeneration units under background of “determining power by heat” ［J］. Energy and Conservation ， 2021 （ 3 ）： 63 - 66 .

严干贵，杨玉龙 . 电力辅助服务市场下电采暖促进风电消纳的经济性分析［J］. 全球能源互联网， 2019 ， 2 （ 3 ）： 309 - 316 .

YAN Gangui ， YANG Yulong . Economic analysis of electric heating for wind power consumption under the background of ancillary service market ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2019 ， 2 （ 3 ）： 309 - 316 .

于娜，何远舰，黄大为，等 . 风电企业与蓄热电采暖联合参与调频市场的运营模式［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 4 ）： 27 - 33 .

YU Na ， HE Yuanjian ， HUANG Dawei ， et al . Combined operation mode of wind power enterprises and regenerative electric heating participating in frequency regulation market ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 27 - 33 .

朱玉杰 . 电采暖负荷可调节能力评估与集群控制策略研究［D］. 吉林：东北电力大学， 2019 .

ZHU Yujie . Evaluation of adjustable capacity of electric heating load and research on cluster control strategy ［D］. Jilin ： Northeast Dianli University ， 2019 .

REHMAN A ， RAUF A ， AHMAD M ， et al . The effect of carbon dioxide emission and the consumption of electrical energy， fossil fuel energy， and renewable energy， on economic performance： evidence from Pakistan ［J］. Environmental Science and Pollution Research ， 2019 ， 26 （ 21 ）： 21760 - 21773 .

李潇，刘文颖，朱丽萍，等 . 蓄热电锅炉参与受阻风电消纳的源荷优化控制方法［J］. 华北电力大学学报（自然科学版）， 2021 ， 48 （ 4 ）： 31 - 39 .

LI Xiao ， LIU Wenying ， ZHU Liping ， et al . Source-load optimization control method for thermal storage boiler participating in blocked wind power consumption ［J］. Journal of North China Electric Power University （Natural Science Edition）， 2021 ， 48 （ 4 ）： 31 - 39 .

卢浩鹏，谢丽蓉，高伟 . 计及碳交易的热电联产-储热-电锅炉风电消纳策略［J/OL］. 电测与仪表［ 2021-11-17 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/d-etail/23.1202.TH.20210831.1125.002.html http://kns.cnki.net/kcms/d-etail/23.1202.TH.20210831.1125.002.html .

LU Haopeng ， XIE Lirong ， GAO Wei . The cogeneration-heat storage-electric boiler wind power consumption strategy with carbon trading ［J/OL］. Electrical measurement and instrumentation ［ 2021-11-17 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20210831.1125.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20210831.1125.002.html .

杨世豪，孙小平，田丰，等 . 热电联产中电锅炉调峰问题［J］. 沈阳航空航天大学学报， 2021 ， 38 （ 1 ）： 63 - 69 .

YANG Shihao ， SUN Xiaoping ， TIAN Feng ， et al . Peak regulation of electric boiler in cogeneration ［J］. Journal of Shenyang Aerospace Ace University ， 2021 ， 38 （ 1 ）： 63 - 69 .

李俊，王振宇，向洁 . 分布式蓄热电锅炉对弃风电量的消纳能力评估［J］. 电力科学与技术学报， 2021 ， 36 （ 1 ）： 185 - 191 .

LI Jun ， WANG Zhenyu ， XIANG Jie . Study on ability of distributed electric boilers with thermal storage in abandoned wind power consumption ［J］. Journal of Electric Power Science and Technology ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 185 - 191 .

李丹东 . 蓄热式电锅炉的风电消纳研究［J］. 有色设备， 2021 ， 35 （ 5 ）： 41 - 46 .

LI Dandong . Study on wind power consumption of regenerative electric boiler ［J］. Nonferrous Metallurgical Equipment ， 2021 ， 35 （ 5 ）： 41 - 46 .

郑智丹 . 蓄热式电锅炉在风电接纳中的应用［J］. 电器与能效管理技术， 2018 （ 24 ）： 78 - 84 .

ZHENG Zhidan . Application of electric boiler with thermal energy storage in facilitating wind power integration capability ［J］. Low Voltage Apparatus ， 2018 （ 24 ）： 78 - 84 .

崔杨，庄妍，陈志，等 . 基于蓄热式电锅炉电-热时移特性的弃风消纳方案经济性分析［J］. 热力发电， 2019 ， 48 （ 6 ）： 9 - 17 .

CUI Yang ， ZHUANG Yan ， CHEN Zhi ， et al . Economic analysis of abandoned wind power consumption schemes based on electric-thermal time shift characteristics of regenerative electric boiler ［J］. Thermal Power Generation ， 2019 ， 48 （ 6 ）： 9 - 17 .

杨秋霞，支成，袁冬梅，等 . 基于启停电锅炉与储热装置协调供热的风电消纳低碳经济调度［J］. 太阳能学报， 2020 ， 41 （ 9 ）： 21 - 28 .

YANG Qiuxia ， ZHI Cheng ， YUAN Dongmei ， et al . Wind power accommodation low-carbon economic dispatch based on coordination between automatic start-stop electric boiler and heat accumulator ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2020 ， 41 （ 9 ）： 21 - 28 .

苏俊林，张亚仁，胡月红 . 固体蓄热式电锅炉蓄热模拟及实验［J］. 热能动力工程， 2007 ， 22 （ 6 ）： 638 - 641 .

SU Junlin ， ZHANG Yaren ， HU Yuehong . Heat-storage simulation and experiments of a solid heat-storage type electric boiler ［J］. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power ， 2007 ， 22 （ 6 ）： 638 - 641 .

徐耀祖，商向东，徐景久 . 固体蓄热装置蓄热过程模拟分析与实验研究［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 3 ）： 401 - 405 .

XU Yaozu ， SHANG Xiangdong ， XU Jingjiu . Simulation analysis and experimental research on heat storage process of solid heat storage device ［J］. Acta Solar Energy ， 2021 ， 42 （ 3 ）： 401 - 405 .

吕泉，杜思瑶，刘乐，等 . 东北辅助服务市场下热电厂配置电锅炉调峰的经济性分析［J］. 电力系统自动， 2019 ， 43 （ 20 ）： 49 - 56 .

LYU Quan ， DU Siyao ， LIU Le ， et al . Economic analysis on peak shaving of combined heat and power plant with electric boilers in auxiliary service market of northeast China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 20 ）： 49 - 56 .

陈鹏 . 固体蓄热电锅炉研究［D］. 石家庄：石家庄铁道大学， 2019 .

CHEN Peng . Research on solid thermal storage electric boiler ［D］. Shijiazhuang ： Shijiazhuang Tiedao University ， 2019 .

赵雪，罗勇，韩博远 . 新型固体蓄热电加热锅炉的方案研究［J］. 石家庄铁道大学学报（自然科学版）， 2021 ， 34 （ 4 ）： 81 - 86 .

ZHAO Xue ， LUO Yong ， HAN Boyuan . Study on the scheme of new type solid storage thermos-electric heating boiler ［J］. Journal of Shijiazhuang Tiedao University （Natural Science Edition）， 2021 ， 34 （ 4 ）： 81 - 86 .

黄新晨，秦勤，于庆波 . 固体电蓄热装置结构优化及蓄放热特性的模拟［J］. 材料与冶金学报， 2021 ， 20 （ 4 ）： 290 - 296 .

HUANG Xinchen ， QIN Qin ， YU Qingbo . Structural optimization of solid electric heat storage device and simulation of heat storage and release characteristics ［J］. Journal of Materials and Metallurgy ， 2021 ， 20 （ 4 ）： 290 - 296 .

罗勇，张艳刚 . 固体蓄热电加热锅炉蓄放热过程数值分析［J］. 石家庄铁道大学学报（自然科学版）， 2021 ， 34 （ 2 ）： 99 - 104 .

LUO Yong ， ZHANG Yangang . Numerical analysis of heat storage and release process of solid heat storage electric heating boiler ［J］. Joural of Shijiazhuang Tiedao University （Natural Science Edition）， 2021 ， 34 （ 2 ）： 99 - 104 .

李庆扬，王能超，易大义 . 数值分析［M］. 北京：清华大学出版社， 2008 .

LI Qingyang ， WANG Nengchao ， YI Dayi . Numerical analysis ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2008 .

赵頔，王启民 . 基于ANSYS分析的蓄热砖蓄热特性数值模拟及实验研究［J］. 沈阳工程学院学报（自然科学版）， 2020 ， 16 （ 2 ）： 34 - 38 .

ZHAO Di ， WANG Qimin . Numerical simulation and experimental study on thermal storage characteristics of thermal storage brick based on ANSYS analysis ［J］. Journal of Shenyang Institute of Engineering （Natural Science）， 2020 ， 16 （ 2 ）： 34 - 38 .

罗勇，陈鹏 . 固体蓄热电锅炉放热过程蓄热体组温降一致性研究［J］. 石家庄铁道大学学报（自然科学版）， 2020 ， 33 （ 1 ）： 116 - 121 .

LUO Yong ， CHEN Peng . Study on consistency of temperature drop of heat accumulator group during heat release of solid heat storage electric boiler ［J］. Journal of Shijiazhuang Tiedao University （Natural Science Edition）， 2020 ， 33 （ 1 ）： 116 - 121 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

电力信息物理系统需求操控攻击策略及防护分析

Non-cooperative Game Based Strategy for Energy-Intensive Industrial Load Participating in Peak-regulation Demand

Data Center Server Power Consumption Model Based on Temperature Estimation Considering CPU Working State

Modeling and Variable Temperature Control for Instant Consumption of Renewable Energy in Data Center Cooling Systems

Related Author

YAN Kang

LU Yidan

BAI Xiaoqing

LI Bin

JIANG Tingyu

TAO Jinyu

WANG Ke

JU Ping

Related Institution

Marketing Service Center of State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd.

College of Energy and Electrical Engineering, Hohai University

State Grid Information & Telecommunication Group Co., Ltd.

Eco-Tech Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co., Ltd.

⁰