一种电-气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电‑气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法，该方法包括：(1)获取电‑气互联综合能源系统信息；(2)根据系统信息构建电‑气互联综合能源系统多时段调度模型；(3)将所述电‑气互联综合能源系统多时段调度模型中的天然气管道流量与压力的非线性非凸方程转化为增强二阶锥约束形式的天然气潮流模型；(4)对转化后的电‑气互联综合能源系统多时段调度模型进行求解得到最优解；(5)将所述最优解作为初值，并采用DCP方法对转化后的电‑气互联综合能源系统多时段调度模型进行线性化迭代求解，直至天然气系统严格的满足潮流约束；(6)将迭代结束时的最终解作为未来时段内的最优潮流解进行输出。本发明专利技术可以有效地进行多时段潮流优化。

【技术实现步骤摘要】
一种电-气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法
本专利技术涉及电气互联
，尤其涉及一种电-气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法。
技术介绍
鉴于燃气轮机在发电侧比重的提升以及电转气技术在电力系统中应用，使电力系统与天然气系统间的双向能量流成为可能，天然气的发展使得电力系统与天然气系统由相互独立转变为相互耦合(逐步发展为强耦合)。因此有必要打破现有能源系统间独立规划、运行的模式，并构造统一的、多种异质能源互联的综合能源系统。进一步而言，能源互联网可理解为在多类型能源互联(即综合能源系统)的基础上，互联网思维与技术的深度融入，因而综合能源系统的构建也将成为我国能源互联网战略的重要环节。相比于现有能源系统，电－气互联综合能源系统的优势在于：1)更高的能源利用效率、更大的经济利益；2)促进可再生能源的规模化开发与并网；3)增加系统间的灵活性与能源互补性。天然气系统存在慢动态特性，因而在短时间尺度调度中，需要考虑天然气系统管道中line-pack存储特性。同时，天然气系统潮流模型本质上为非线性非凸方程，对于非凸优化而言，往往只能获取局部最优解，且解的收敛性易受到初值影响。电力系统的运行优化同样面临非凸的难题，但直流线性潮流模型在工程实践中已能够替代交流非线性潮流模型，因此电力系统优化中高效的线性潮流模型是可获取的。然而对于天然气系统，现有潮流模型线性化模型采用分段线性方法，需引入大量整数变量，极大的增加计算复杂度，若考虑少量的分段整数变量，分段线性精度难以满足工程实践要求。因而高效的凸优化形式的天然气系统潮流显得尤为重要。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种电-气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法，方法中采用二阶锥优化保证了解的高效性与最优性，采用DCP(difference‐of‐convex)方法保证了解的可行性(即能够满足天然气系统严格的物理约束)。技术方案：本专利技术所述的电-气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法包括：(1)分别获取电-气互联综合能源系统的电力系统信息和天然气系统信息；(2)根据所述电力系统信息和天然气系统信息，构建电-气互联综合能源系统多时段调度模型；(3)将所述电-气互联综合能源系统多时段调度模型中的天然气管道流量与压力的非线性非凸方程转化为增强二阶锥约束形式的天然气潮流模型；(4)对转化后的电-气互联综合能源系统多时段调度模型进行求解得到最优解；(5)将所述最优解作为初值，并采用DCP方法对转化后的电-气互联综合能源系统多时段调度模型进行线性化迭代求解，直至天然气系统严格的满足潮流约束；(6)将迭代结束时的最终解作为未来时段内的最优潮流解进行输出。进一步的，步骤(1)中获取的电力系统信息为：电网拓扑、支路参数信息，发电机参数信息，未来时段内的电负荷信息，风电的预测值信息；天然气系统的参数信息为：天然气网拓扑、管道参数信息，当前管道的line-pack存储量，气源的参数信息，未来时段内的气负荷信息。进一步的，步骤(2)中建立的电-气互联综合能源系统多时段调度模型具体为：式中，上标0表示基准运行场景，下标t表示t时刻，i、j、m、n表示能源系统中的节点；上标max表示上限值，上标min表示下限值；f0为优化目标函数，NG为发电机集合，Ng为燃气轮机集合，Ns为气源集合，NW为风电场集合，T0为时间断面数，CG,i为发电机成本系数，CS,m为气源成本系数，CW,i为弃风成本系数，为弃风百分比，为发电机出力，为发电机出力下限和上限，为弃风比，为风电期望出力，PL,i,t为有功负荷，为线路i-j有功功率，EN(i)为与节点i相连节点集合，bij为线路i-j电纳，θ为节点相角向量，为线路i-j有功功率下限和上限；为燃气轮机消耗的天然气量，η为燃气轮机组转化效率，为气源出力，FD,m,t为天然气负荷，GC(m)、GP(m)、GN(m)分别为节点m连接的加压站、燃气轮机及管道集合，为加压站k的吸收流量，为流经加压站k的流量；及分别为管道m-n首端、末端以及平均流量，Cmn为管道m-n压降常量，πm与πn分别为节点m、n压力，分别为节点m压力下限和上限；GLmn为管道m-n的line-pack储气量，Kmn为管道m-n的line-pack参数；为燃气驱动加压站耗能系数，为发电机最大有功爬坡，分别为加压站首、末端压力，与为加压站升压比上限和下限，为气源出力下限和上限，为气源最大爬坡，为管道m-n管道量，GLmin为管道的管道量下限，GB为管道集合。进一步的，步骤(3)具体包括：将天然气管道流量与压力的非线性非凸方程转化为如下的增强二阶锥约束形式的天然气潮流模型：式中，上标0表示基准运行场景，下标t表示t时刻，上标max表示对应上限值，上标min表示对应下限值，<>T表示平方项凸包络函数，表示双线性项凸包络函数，κmn表示平方项凸包络变量，λmn表示双线性项凸包络变量。进一步的，步骤(5)具体包括：(5.1)对所述电-气互联综合能源系统多时段调度模型进行求解得到最优解x0；(5.2)建立凸优化问题：s.t.smn≥0,x∈X式中，f0(x)为电-气互联综合能源系统多时段调度模型的优化目标函数，x为状态变量，X为x的可行域，xr为第r次迭代时求解的状态变量最优解，smn为非负松弛变量，βr为惩罚权重系数，r为当前迭代次数，(5.3)将x0作为凸优化问题的初值，进行DCP迭代求解，逐步更新xr数值，直至天然气约束违反指标Gapc小于预设值，结束迭代。进一步的，步骤(5.3)中天然气约束违反指标Gapc计算公式为：式中：x*为当前次迭代结束后的状态变量值，分别为状态变量x*中对应值。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：本专利技术采用二阶锥优化保证了解的高效性与最优性，采用DCP方法保证了解的可行性(即能够满足天然气系统严格的物理约束)。附图说明图1是本专利技术的一个实施例的流程示意图；图2是IEEE‐39节点系统与比利时20节点系统构成的综合能源系统图。具体实施方式本实施例提供了一种电-气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法，如图1所示，包括如下步骤：S1、分别获取电-气互联综合能源系统的电力系统信息和天然气系统信息。其中，电力系统信息为：电网拓扑、支路参数信息，发电机参数信息，未来时段内的电负荷信息，风电的预测值信息；天然气系统的参数信息为：天然气网拓扑、管道参数信息，当前管道的line-pack存储量，气源的参数信息，未来时段内的气负荷信息。S2、根据所述电力系统信息和天然气系统信息，构建电-气互联综合能源系统多时段调度模型：式中：上标0表示基准运行场景，下标t表示t时刻，i、j、m、n表示能源系统中的节点；上标max表示上限值，上标min表示下限值；f0为优化目标函数，NG为发电机集合，Ng为燃气轮机集合，Ns为气源集合，NW为风电场集合，T0为弃风比，CG,i为发电机成本系数，CS,m为气源成本系数，CW,i为弃风成本系数，为弃风百分比，为发电机出力，为发电机出力下限和上限，为时间断面数，为风电期望出力，PL,i,t为有功负荷，为线路i-j有功功率，EN(i)为与节点i相连节点集合，bij为线路i-j电纳，θ为节点相角向量，为线路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电‑气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法，其特征在于该方法包括：(1)分别获取电‑气互联综合能源系统的电力系统信息和天然气系统信息；(2)根据所述电力系统信息和天然气系统信息，构建电‑气互联综合能源系统多时段调度模型；(3)将所述电‑气互联综合能源系统多时段调度模型中的天然气管道流量与压力的非线性非凸方程转化为增强二阶锥约束形式的天然气潮流模型；(4)对转化后的电‑气互联综合能源系统多时段调度模型进行求解得到最优解；(5)将所述最优解作为初值，并采用DCP方法对转化后的电‑气互联综合能源系统多时段调度模型进行线性化迭代求解，直至天然气系统严格的满足潮流约束；(6)将迭代结束时的最终解作为未来时段内的最优潮流解进行输出。

【技术特征摘要】
1.一种电-气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法，其特征在于该方法包括：(1)分别获取电-气互联综合能源系统的电力系统信息和天然气系统信息；(2)根据所述电力系统信息和天然气系统信息，构建电-气互联综合能源系统多时段调度模型；(3)将所述电-气互联综合能源系统多时段调度模型中的天然气管道流量与压力的非线性非凸方程转化为增强二阶锥约束形式的天然气潮流模型；(4)对转化后的电-气互联综合能源系统多时段调度模型进行求解得到最优解；(5)将所述最优解作为初值，并采用DCP方法对转化后的电-气互联综合能源系统多时段调度模型进行线性化迭代求解，直至天然气系统严格的满足潮流约束；(6)将迭代结束时的最终解作为未来时段内的最优潮流解进行输出。2.根据权利要求1所述的电-气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法，其特征在于：步骤(1)中获取的电力系统信息为：电网拓扑、支路参数信息，发电机参数信息，未来时段内的电负荷信息，风电的预测值信息；天然气系统的参数信息为：天然气网拓扑、管道参数信息，当前管道的line-pack存储量，气源的参数信息，未来时段内的气负荷信息。3.根据权利要求1所述的电-气互联综合能源系统的多时段潮流优化方法，其特征在于：步骤(2)中建立的电-气互联综合能源系统多时段调度模型具体为：式中，上标0表示基准运行场景，下标t表示t时刻，i、j、m、n表示能源系统中的节点；上标max表示上限值，上标min表示下限值；f0为优化目标函数，NG为发电机集合，Ng为燃气轮机集合，Ns为气源集合，NW为风电场集合，T0为时间断面数，CG,i为发电机成本系数，CS,m为气源成本系数，CW,i为弃风成本系数，为弃风百分比，为发电机出力，为发电机出力下限和上限，为弃风比，为风电期望出力，PL,i,t为有功负荷，为线路i-j有功功率，EN(i)为与节点i相连节点集合，bij为线路i-j电纳，θ为节点相角向量，为线路i-j有功功率下限和上限；为燃气轮机消耗的天然气量，η为燃气轮机组转化效率，为气源出力，FD,m,t为天然气负荷，GC...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕贤亮，杜刚，吴仕强，陈胜，卫志农，孙国强，臧海祥，王文学，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32