一种计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型及系统技术方案

一种计及电转气耦合的电‑气互联系统机组组合线性模型及系统，针对电‑气互联系统，考虑电转气技术和燃气轮机的双向耦合，研究其机组组合问题，本发明专利技术以全系统综合运行成本最低为目标，考虑电力系统和天然气系统多种安全约束，建立电‑气互联系统机组组合模型，并对其进行线性化得到线性模型。经过仿真计算现有非线性模型与本发明专利技术线性化模型并比较其求解效率，同时分析了计及电转气和不计及电转气两种场景下系统运行成本和运行状态，结果表明本发明专利技术线性模型提高了电‑气互联系统机组组合求解效率，电转气的应用也有助于提高电‑气混联系统的经济性。

A Linear Model and System for Unit Assembly of Electric-pneumatic Interconnected System Considering Electro-pneumatic Coupling

A linear model and system for unit commitment of electric-gas interconnected system considering electro-pneumatic coupling is presented. Aiming at the electro-pneumatic interconnected system, considering the two-way coupling of electro-pneumatic technology and gas turbine, the unit commitment problem is studied. The unit commitment problem of the system is established by taking into account the multiple safety constraints of power system and natural gas system, aiming at the lowest comprehensive operation cost of the whole system. The combination model is linearized to get the linear model. The existing non-linear model and the linearized model of the invention are simulated and calculated, and the solution efficiency is compared. At the same time, the operation cost and operation status of the system under two scenarios including electro-pneumatic and electro-pneumatic are analyzed. The results show that the linear model of the invention improves the solution efficiency of the unit combination of the electro-pneumatic interconnected system. The application of electro-pneumatic also helps to improve the meridian of the electro-pneumatic hybrid system. Economy.

【技术实现步骤摘要】
一种计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型及系统
本专利技术涉及一种计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型，属于综合能源系统运行调度与控制领域。
技术介绍
在近年来，为了解决环境污染和资源枯竭等难题，我国政府在调整能源结构、改变能源利用模式上做出了巨大的努力，积极在能源互联网的大背景下推动能源生产和消费模式的变革。电-气互联综合能源系统(integratedenergysystem，IES)作为能源互联网的重要组成部分，是以电力为主体、融合天然气等多种能源形式的多元能源耦合体，能够实现能源间的互补互济，有助于促进可再生能源的集成消纳，提高能源综合利用效率。电转气(PowertoGas，P2G)是近年来出现的一种新技术，可以将电能通过电解转化为天然气利用或存储。P2G配合燃气轮机实现了能量在电力和天然气系统间的双向流动，对IES的运行和调度有着显著影响，因此在机组组合UC(unitcommitment)中计及P2G耦合具有较强的现实意义。对于P2G的研究，MANUELGotz等人论述了在P2G的运行原理，建立其性能指标，并其经济性进行评估。STEPHENClegg等人分析了电-气互联系统应用P2G后的影响。但是，目前少有在简化UC问题中计及了P2G的作用。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型。本专利技术技术方案为：一种计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型，建立电-气互联系统机组组合模型，考虑天然气系统和电力系统的安全约束，得到约束方程组，对其中非线性的部分进行线性化，得到线性模型，所述线性化如下：1)电力线路功率方程电力系统线路功率传输约束采用直流模型将其转变为线性方程，并计及移相器的影响，表示如下：pfij,min≤pfij,t≤pfij,max(23)γij,min≤γij,t≤γij,max(24)θref,t＝0(25)式中：θi,t、θj,t分别为t时刻节点i、j的电压相角；γij,t为t时刻线路ij移相角度；xij为线路ij电抗；pfij,max、pfij,min分别为线路ij传输功率上下限；γij,max、γij,min分别为线路ij移相角度上下限；θref,t为t时刻参考节点电压相角；2)发电机组最小启停时间约束发电机组最小启停时间约束转化为等价的线性约束，表示如下：a(Z)＝min{t+Z-1,T}(28)b(Z)＝min{Z,T-t+1}(29)式中：分别为发电机组i最小开停机时间；Ui,t表示发电机组i在t时刻的运行状态，δ(t-1)为单位冲击函数；T为时间断面数；Ui,0为发电机组的初始状态；Ti0为发电机组连续运行或停机的时间；3)天然气管道流量方程天然气系统管道流量如下，对于管道mn：m、n为管道两端节点，fmn,t为t时刻流过管道的天然气流量，Smn,t反映了t时刻管道流量的方向，cmn为与管道诸多物理因素有关的常数，πm,t、πn,t分别为t时刻管道两端节点的压力值；对公式(11)两边同时平方得：采用分段近似PLP的方法对式(32)线性化，每一个线性分段由一系列的点A＝x1≤x2≤≤xk＝B对应的函数值h(xk)划分得到；4)发电机组启停成本发电机组的启停成本表示为混合整数线性的形式，表示如下：CStart,i(t)≥0(37)CStart,i(t)≥CStart,i(Ui,t-Ui,t-1)(38)式中：CStart,i(t)表示发电机组i在t时刻的启动成本；5)将加压站消耗天然气流量表示为流过加压站天然气流量的线性关系；6)忽略发电机组停机成本；7)忽略电转气和燃气轮机耦合关系式的二次项，燃气轮机和电转气的耦合关系表示如下：0≤PP2G,p,t≤PP2G,p,max(21)式中：QP2G,p,t表示电转气p在t时刻生成的天然气流量；QGT,q,t表示燃气轮机q在t时刻消耗的天然气流量，kp2、kp1、kp0为电转气p的能量转换系数；PGT,q,t为t时刻燃气轮机q有功出力；kq2、kq1、kq0为燃气轮机q能量转换系数；PP2G,p,max为电转气转换功率上限；根据上述线性化，建立得到电-气混联系统机组组合线性模型。本专利技术还提出一种计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型系统，所述系统运行有计算机程序，所述计算机程序实现以下步骤：1)获取电网的参数信息，包括：电网拓扑、支路参数信息、发电机参数信息和电负荷信息；2)获取气网的参数信息，包括：气网拓扑、管道参数信息、热源参数信息和热负荷信息；3)建立电-气互联综合能源系统机组组合模型；4)建立上述电气互联系统综合能源机组组合线性模型；5)将电网和气网参数带入电气互联系统综合能源机组组合线性模型，输出状态变量值，完成对线性模型的求解，即完成对电气互联系统的性能分析。本专利技术考虑了P2G的影响，建立了线性化的UC问题研究模型。首先考虑天然气系统和电力系统安全约束，建立电-气互联系统机组组合模型，随后针对模型中多个高度非线性的方程约束分别给出线性化方法得到线性模型，本专利技术通过算例仿真分析了线性模型的求解效率及应用电转气后对电-气互联系统运行影响情况，证明本专利技术的线性模型具有良好的效果。本专利技术的有益效果为：本专利技术以全系统综合运行成本最低为目标，考虑电力系统和天然气系统多种安全约束，建立了电-气互联系统机组组合线性模型，求解效率有了显著提升，在工程上能够有较好的应用，且保证了解具有全局最优性。附图说明图1为分段线性化示意图。图2为本专利技术实施例的系统结构图。图3为本专利技术实施例的电力负荷、天然气负荷变化曲线。图4为本专利技术实施例的场景一与场景二的P2G转化曲线。图5为本专利技术实施例的场景一与场景二的机组出力曲线对比，a)为发电机组G1出力曲线，b)为燃气轮机组G2、G3出力曲线。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术流程进行详细说明。本专利技术建立电-气互联系统机组组合模型，考虑天然气系统和电力系统的安全约束，得到约束方程组，对其中非线性的部分进行线性化，得到线性模型。1、建立电-气互联系统机组组合模型目标函数电-气混联系统机组组合模型以全系统综合运行成本最低为目标，运行成本为能源消耗成本、电转气转化成本和机组启停成本之和。其中，能源消耗成本包括发电机组耗量成本和气源点天然气供应成本。为了简化模型，本专利技术仅考虑发电机组的启动成本而忽略停机成本。目标函数可表示如下：式中，F为全系统运行成本；T为时间断面数；ΩG为发电机组集合；ΩGT为燃气轮机集合；PG,i,t表示发电机组i在t时刻的有功出力；ΩN为气源点集合；CN,j为气源点j的天然气价格；QN,j,t表示气源点j在t时刻输出天然气的流量；ΩP2G为电转气集合；CP2G,p表示电转气p的运行成本系数；PP2G,p,t表示电转气p在t时刻消耗的电能功率；CStart,i表示发电机组i启动成本；Ui,t表示发电机组i在t时刻的运行状态，0表示停机状态，1表示启动状态。公式(1)中f(PG,i,t)表示发电机组i在t时刻的耗量成本，采用多项式形式：式中：ai、bi、ci为发电机组i的耗量成本系数。2、电力系统约束电力系统约束考虑机组组合约束、发电机组有功出力限制、发电机组爬坡速率限制、系统旋转备用要求、发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及电转气耦合的电‑气互联系统机组组合线性模型，其特征是建立电‑气互联系统机组组合模型，考虑天然气系统和电力系统的安全约束，得到约束方程组，对其中非线性的部分进行线性化，得到线性模型，所述线性化如下：1)电力线路功率方程电力系统线路功率传输约束采用直流模型将其转变为线性方程，并计及移相器的影响，表示如下：

【技术特征摘要】
1.一种计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型，其特征是建立电-气互联系统机组组合模型，考虑天然气系统和电力系统的安全约束，得到约束方程组，对其中非线性的部分进行线性化，得到线性模型，所述线性化如下：1)电力线路功率方程电力系统线路功率传输约束采用直流模型将其转变为线性方程，并计及移相器的影响，表示如下：pfij,min≤pfij,t≤pfij,max(23)γij,min≤γij,t≤γij,max(24)θref,t＝0(25)式中：θi,t、θj,t分别为t时刻节点i、j的电压相角；γij,t为t时刻线路ij移相角度；xij为线路ij电抗；pfij,max、pfij,min分别为线路ij传输功率上下限；γij,max、γij,min分别为线路ij移相角度上下限；θref,t为t时刻参考节点电压相角；2)发电机组最小启停时间约束发电机组最小启停时间约束转化为等价的线性约束，表示如下：a(Z)＝min{t+Z-1,T}(28)b(Z)＝min{Z,T-t+1}(29)式中：分别为发电机组i最小开停机时间；Ui,t表示发电机组i在t时刻的运行状态，δ(t-1)为单位冲击函数；T为时间断面数；Ui,0为发电机组的初始状态；Ti0为发电机组连续运行或停机的时间；3)天然气管道流量方程天然气系统管道流量如下，对于管道mn：m、n为管道两端节点，fmn,t为t时刻流过管道的天然气流量，Smn,t反映了t时刻管道流量的方向，cmn为与管道诸多物理因素有关的常数，πm,t、πn,t分别为t时刻管道两端节点的压力值；对公式(11)两边同时平方得：采用分段近似PLP的方法对式(32)线性化，每一个线性分段由一系列的点A＝x1≤x2≤…≤xk＝B对应的函数值h(xk)划分得到；4)发电机组启停成本发电机组的启停成本表示为混合整数线性的形式，表示如下：CStart,i(t)≥0(37)CStart,i(t)≥CStart,i(Ui,t-Ui,t-1)(38)式中：CStart,i(t)表示发电机组i在t时刻的启动成本；5)将加压站消耗天然气流量表示为流过加压站天然气流量的线性关系；6)忽略发电机组停机成本；7)忽略电转气和燃气轮机耦合关系式的二次项，燃气轮机和电转气的耦合关系表示如下：0≤PP2G,p,t≤PP2G,p,max(21)式中：QP2G,p,t表示电转气p在t时刻生成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马洲俊，张明，张勇，臧海祥，王文学，郑玉平，孙国强，许洪华，陈逸如，马迪，洪露，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，河海大学，上海交通大学，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32