一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法。该方法包含以下内容，首先建立电热互联综合能源系统模型，然后同时计及电力系统约束、热力系统约束和耦合元件约束建立电热互联综合能源系统非线性优化模型，最后采用内点法计算系统最优能量流，得到一组最优调度方案。算例分析结果验证了本发明专利技术所提方法的可行性和有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法
本专利技术涉及一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法，属于综合能源系统运行调度领域。
技术介绍
最优潮流是指当电力系统的结构参数给定的情况下，通过调节系统中的控制变量改变系统的运行状态，使其中的某一或某些性能指标达到最优，最优潮流是网络规划和运行的重要工具，现已在电力系统规划、有功调度、机组组合、无功优化、电力市场等众多领域得到广泛的使用。随着热网的普及以及热电联产(CombinedHeatandPower,CHP)机组的逐步应用，电力系统和热力系统耦合不断加深，电热互联综合能源系统逐渐引起国内外专家学者的广泛关注。在电热互联综合能源系统中，其优化分析依然是系统安全经济运行的基础，目前有关电热互联综合能源系统优化的研究尚处于起步阶段。已有的模型着重了考虑电力系统的相关约束，对热力系统只考虑热力平衡这一条件，并没有考虑热力网络约束的影响。而实际上，热力网络本身存在着压头损失、传热损耗、容量限制等诸多方面的特点，其影响不可忽略。原对偶内点法基本思想是在目标函数中引入拉格朗日乘子，在约束条件中引入松弛变量，通过构造对数障碍壁垒函数保证每次求解的结果都在可行域的内部，因其具有较高的计算精度和较快的收敛性，已经广泛应用于电力系统最优潮流计算，但是在电热互联综合能源系统的最优能量流计算中还鲜有涉及。本专利技术提出一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法求解系统最优能量流。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于，同时计及电力系统约束、热力系统约束和耦合元件约束建立电热互联综合能源系统非线性优化模型，提出能有效求解非线性优化模型的原对偶内点法得到一组最优调度方案。技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法，包括以下步骤：步骤1：建立电热互联综合能源系统模型，包括电力系统模型、热力系统水力模型和热力模型、CHP机组模型；步骤2：同时计及电力系统约束、热力系统约束和耦合元件约束建立电热互联综合能源系统非线性优化模型，并以网络总运行成本最小为优化控制目标，兼顾系统运行的安全性和经济性；步骤3：采用原对偶内点法计算电热互联综合能源系统最优能量流，得到一组最优调度方案。进一步地，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤101：建立电力系统模型，电力系统模型用经典的交流潮流模型描述，其节点的功率表达式如下：式中：P、Q为节点的有功功率和无功功率；Y为节点导纳矩阵；为节点电压相量；步骤102：建立热网水力模型，热网水力模型可以由流量连续性方程、回路压头方程和压头损失方程来描述，即：AHm＝mq(2)BHhf＝0(3)hf＝Km|m|(4)式中：AH为热网节点-支路网络关联矩阵；m为热网管道流量；mq为注入节点的流量；BH为热网回路-支路环路关联矩阵；hf为由管道摩擦造成的压头损失；K为管道的阻力系数，在很大程度上取决于管道的直径；步骤103：建立热力模型，热力模型的求解主要涉及以下三种温度，供热温度Ts表示热水注入节点之前的温度，输出温度T0表示热水流出节点时的温度，回热温度Tr表示热水流出节点并与其他管道的热水混合汇入回收管道之后的温度；热网热力模型可以由节点热量方程、管道温度降落方程和节点混合温度方程来描述，即：H＝Cpmq(Ts-T0)(5)(∑mout)Tout＝∑(minTin)(7)式中：H为热负荷消耗或热源提供的热量；Cp为水的比热容；Tstart和Tend分别为管道起点和终点热水的温度；Ta为环境温度；λ为管道的热传导系数；L为管道长度；mout和min分别为流出和注入节点的流量；Tout和Tin分别为流出和注入节点的热水的温度；步骤104：建立CHP机组模型，CHP机组可分为背压式CHP机组和抽凝式CHP机组两种类型，上述两种类型CHP机组的电、热特性可以统一地由其可行域边界点A—F的加权来表示，即：式中：PCHP,i和HCHP,i分别为第i台CHP机组的电出力和热出力；PCHP,i,k和HCHP,i,k分别为第i台CHP机组可行域第k个边界点对应的电出力和热出力；ηi,k为第i台CHP机组第k个边界点的电、热出力权重系数；ΩCHP,i为第i台CHP机组可行域顶点集合；ΩCHP为CHP机组集合。进一步地，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤201：目标函数电热互联综合能源系统优化模型以网络总运行成本最小为优化控制目标：式中：f为网络总运行成本；ΩCHP为CHP机组集合；第i台CHP机组的运行成本CCHP,i是关于其电出力PCHP,i和热出力HCHP,i的二次函数：式中：μ1—μ6为成本系数；式(11)所示目标函数既包含发电成本，又包含供热成本，体现了电热互联综合能源系统整体优化的思想，而非单个系统的最优运行状态；步骤202：约束条件CHP机组的电、热出力约束可以表述为：PCHP,i,min≤PCHP,i≤PCHP,i,max(13)QCHP,i,min≤QCHP,i≤QCHP,i,max(14)HCHP,i,min≤HCHP,i≤HCHP,i,max(15)式中：PCHP,i、QCHP,i、HCHP,i分别为第i台CHP机组的有功出力、无功出力和热出力；下标“max”和“min”表示模型中对应变量的上下界；系统状态变量约束包括电网节点电压约束、热网管道流量约束、热网供热温度和回热温度约束，可以表述为：Vi,min≤Vi≤Vi,max(16)mi,min≤mi≤mi,max(17)Ts,i,min≤Ts,i≤Ts,i,max(18)Tr,i,min≤Tr,i≤Tr,i,max(19)式中：Vi表示电网节点i的电压幅值；mi、Ts,i和Tr,i分别表示热网管道i的流量、热网节点i的供热温度和回热温度；下标“max”和“min”表示模型中对应变量的上下界；综上，约束条件包括电力平衡约束，式(1)；热力平衡约束，式(5)；热网水力约束，式(2)—(4)；热网热力约束，式(6)—(7)；CHP机组电热特性约束，式(8)—(10)；CHP机组的电、热出力约束，式(13)—(15)；系统状态变量约束，式(16)—(19)。进一步地，所述步骤3具体包括以下步骤：步骤301：原对偶内点法基本思想是在目标函数中引入拉格朗日乘子，在约束条件中引入松弛变量，通过构造对数障碍壁垒函数保证每次求解的结果都在可行域的内部，其具有较高的计算精度和较快的收敛性；电热互联综合能源系统优化模型可以抽象为：min.f(x)(20)s.t.h(x)＝0(21)gmin≤g(x)≤gmax(22)步骤302：针对非线性优化模型中不等式约束式(22)，通过引入广义松弛变量l＝[l1,…,lr]T，u＝[u1,…,ur]T(u>0，l>0)将不等式转化为等式：g(x)+u-gmax＝0(23)g(x)-l-gmin＝0(24)因此优化模型式(20)～(22)转变为：min.f(x)(25)s.t.h(x)＝0(26)g(x)+u-gmax＝0(27)g(x)-l-gmin＝0(28)l＞0，u＞0(29)步骤303：为了保证目标函数在可行域内取得最小值，对目标函数引入对数障碍参数μ(μ＞0)，当u，l靠近约束边界时，目标函数趋于无穷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立电热互联综合能源系统模型，包括：电力系统模型、热力系统水力模型和热力模型、CHP机组模型；步骤2：同时计及电力系统约束、热力系统约束和耦合元件约束建立电热互联综合能源系统非线性优化模型，并以网络总运行成本最小为优化控制目标，兼顾系统运行的安全性和经济性；步骤3：采用原对偶内点法计算电热互联综合能源系统最优能量流，得到一组最优调度方案。

【技术特征摘要】
1.一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立电热互联综合能源系统模型，包括：电力系统模型、热力系统水力模型和热力模型、CHP机组模型；步骤2：同时计及电力系统约束、热力系统约束和耦合元件约束建立电热互联综合能源系统非线性优化模型，并以网络总运行成本最小为优化控制目标，兼顾系统运行的安全性和经济性；步骤3：采用原对偶内点法计算电热互联综合能源系统最优能量流，得到一组最优调度方案。2.根据权利要求1所述的一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤101：建立电力系统模型，电力系统模型用经典的交流潮流模型描述，其节点的功率表达式如下：式中：P、Q为节点的有功功率和无功功率；Y为节点导纳矩阵；为节点电压相量；步骤102：建立热网水力模型，热网水力模型可以由流量连续性方程、回路压头方程和压头损失方程来描述，即：AHm＝mq(2)BHhf＝0(3)hf＝Km|m|(4)式中：AH为热网节点-支路网络关联矩阵；m为热网管道流量；mq为注入节点的流量；BH为热网回路-支路环路关联矩阵；hf为由管道摩擦造成的压头损失；K为管道的阻力系数，在很大程度上取决于管道的直径；步骤103：建立热网热力模型，热力模型的求解主要涉及以下三种温度，供热温度Ts表示热水注入节点之前的温度，输出温度T0表示热水流出节点时的温度，回热温度Tr表示热水流出节点并与其他管道的热水混合汇入回收管道之后的温度；热网热力模型可以由节点热量方程、管道温度降落方程和节点混合温度方程来描述，即：H＝Cpmq(Ts-T0)(5)(∑mout)Tout＝∑(minTin)(7)式中：H为热负荷消耗或热源提供的热量；Cp为水的比热容；Tstart和Tend分别为管道起点和终点热水的温度；Ta为环境温度；λ为管道的热传导系数；L为管道长度；m为管道流量；mout和min分别为流出和注入节点的流量；Tout和Tin分别为流出和注入节点的热水的温度；步骤104：建立CHP机组模型，CHP机组可分为背压式CHP机组和抽凝式CHP机组两种类型，上述两种类型CHP机组的电、热特性可以统一地由其可行域边界点A—F的加权来表示，即：式中：PCHP,i和HCHP,i分别为第i台CHP机组的电出力和热出力；PCHP,i,k和HCHP,i,k分别为第i台CHP机组可行域第k个边界点对应的电出力和热出力；ηi,k为第i台CHP机组第k个边界点的电、热出力权重系数；ΩCHP,i为第i台CHP机组可行域顶点集合；ΩCHP为CHP机组集合。3.根据权利要求1所述的一种电热互联综合能源系统最优能量流计算方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤201：目标函数电热互联综合能源系统优化模型以网络总运行成本最小为优化控制目标：式中：f为网络总运行成本；ΩCHP为CHP机组集合；第i台CHP机组的运行成本CCHP,i是关于其电出力PCHP,i和热出力HCHP,i的二次函数：式中：μ1—μ6为成本系数；式(11)所示目标函数既包含发电成本，又包含供热成本，体现了电热互联综合能源系统整体优化的思想，而非单个系统的最优运行状态；步骤202：约束条件CHP机组的电、热出力约束可以表述为：PCHP,i,min≤PCHP,i≤PCHP,i,max(13)QCHP,i,min≤QCHP,i≤QCHP,i,max(14)HCHP,i,min≤HCHP,i≤HCHP,i,max(15)式中：PCHP,i、QCHP,i、HCHP,i分别为第i台CHP机组的有功出力、无功出力和热出力；下标“max”和“min”表示模型中对应变量的上下界；系统状态变量约束包括电网节点电压约束、热网管道流量约束、热网供热温度和回热温度约束，可以表述为：Vi,min≤Vi≤Vi,max(16)mi,min≤mi≤mi,max(17)Ts,i,min≤Ts,i≤Ts,i,max(...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，孙娟，孙国强，臧海祥，陈胜，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32