一种气电联合系统的协同规划方法技术方案

本发明专利技术涉及一种气电联合系统的协同规划方法，包括以下步骤：1)考虑电力系统的安全约束的同时考虑天然气系统的安全约束以及气电耦合约束条件，建立气电联合系统的协同规划模型；2)以气电联合系统的规划方案作为粒子，采用粒子群算法求解气电联合系统的协同规划模型，获得天然气管道和电力线路的最优规划方案，即各个管道和线路走廊上新建的管道和线路数量。与现有技术相比，本发明专利技术具有兼顾环保性、增强搜索性能、规划效果好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种气电联合系统的协同规划方法
本专利技术涉及气电联合供能系统领域，尤其是涉及一种气电联合系统的协同规划方法。
技术介绍
随着天然气消费量的不断提升以及天然气发电比重的增加，天然气系统和电力系统之间的联系也越来越紧密。而传统的规划方法仅仅针对单一的能源系统，联合供能系统的规划问题亟待解决。而在传统的规划方法中，由于两个系统的关联程度不高，通常仅对单一供能系统进行专项规划与优化配置，可能造成设备的重复投资以及利用率低等问题，降低了能源供应的经济性。在此背景下，本专利在已有研究成果的基础上，建立了气电联合系统的协同规划模型，综合考虑了规划方案的经济性和环保性，确定天然气管道和电力线路的最优建设方案，最后构建联合供能系统的算例，测试所提方法的正确性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气电联合系统的协同规划方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种气电联合系统的协同规划方法，包括以下步骤：1)考虑电力系统的安全约束的同时考虑天然气系统的安全约束以及气电耦合约束条件，建立气电联合系统的协同规划模型；2)以气电联合系统的规划方案作为粒子，采用粒子群算法求解气电联合系统的协同规划模型，获得天然气管道和电力线路的最优规划方案，即各个管道和线路走廊上新建的管道和线路数量。所述的步骤1)中，气电联合系统的协同规划模型的目标函数为：MinF＝Cinv+Cop+Ccarbon其中，Cinv为投资成本，Cop为运行成本，Ccarbon为碳排放成本，和分别为规划期内的候选线路l、管道p的投资费用，Nl和Np分别为线路l和管道p上新建的回路数，ΩCline为待建电力线路的集合，ΩCpipe为待建天然气管道的集合，分别为气源的单位天然气价格和燃煤发电机的单位出力成本，Ss为气源s的天然气供气量，Pg为发电机g的有功出力，ΩSupplier为天然气网中气源的集合，ΩCG为非燃气机组的集合，Tmax为年最大负荷利用小时数，为碳价格，ξ1和ξ2分别为燃煤发电机组和燃气发电机组的碳排放系数。所述的步骤1)中，气电联合系统的协同规划模型的约束条件包括设备建设约束、电力系统约束和天然气系统约束。所述的设备建设约束具体为：规划期内每条电力线路和管道新建的回数不能超过限制：其中，和分别为电力线路l和管道p上新建的回数上限。所述的电力系统约束包括：电力平衡约束：其中，和分别为节点-发电机关联矩阵、节点-线路关联矩阵和节点-负荷关联矩阵，Pg，分别为发电机g出力和负荷delec的大小，Pl为线路l的潮流大小，ΩGen、ΩEload和Ωelec分别为电力系统中的发电机、电力负荷和节点的集合，ΩAline为规划后的电力线路集合，m为电力系统中的节点编号；发电机出力约束：其中，和分别为发电机g的出力上、下限；节点电压约束：Vmin≤Vm≤Vmaxm∈Ωelec其中，Vmin和Vmax分别为节点m电压的上、下限；线路有功功率约束：|Pl|≤Plmax其中，分别为线路首、尾两端节点m1,m2的相角，Xl为电力线路l的电抗，Plmax为电力线路l的功率传输极限。所述的天然气系统约束包括：天然气气流平衡约束：其中，As、Ac和Ap分别为节点-气源关联矩阵、节点-气负荷关联矩阵、节点-压缩机关联矩阵和节点-管道关联矩阵，ΩGload，ΩCp，Ωgas分别为天然气系统中的气负荷集合、压缩机集合以及节点集合，ΩApipe为规划后的天然气管道的集合，n为天然气系统中的节点编号，Qdgas为气负荷dgas大小，τc为折算后得到压缩机耗气量，fp为管道p间的天然气流量；节点压力约束：其中，和分别为节点n压力的上限和下限；气源点出气约束：其中，和分别为气源s出气量的上限和下限；压缩机约束：其中，和分别为压缩c的压缩比上限和下限，和分别为压缩机c首、尾两端的压力值；电和气网络关联约束：其中，rk、qk和bk分别为燃气轮机的燃料系数，ΩECN表示电力系统中的关联节点集合，ΩGCN表示天然气系统中的关联节点集合。所述的步骤2)中，为增强粒子群算法初期的搜索性能，采用非线性动态惯性权重进行初期搜索，惯性权重ω的表达式为：其中，t为当前的迭代次数，tmax为最大迭代次数，ωstart和ωend分别为惯性权重的初始值、终止值，δ为控制惯性权重ω随迭代次数t变化曲线平滑程度参数。所述的步骤2)中，为了降低粒子群算法陷入早熟收敛的可能性，在速度更新公式中通过添加种群粒子的平均极值进行改进，改进后的粒子群速度公式为：其中，为粒子i在第d维的最优解，为整个种群在第d维的当前最优解，为第t代所有粒子个体的平均极值，r1、r2、r3为均匀分布在[0,1]区间上的随机数，D为粒子群的维数，为粒子i的第d维在第t次迭代时的位置，和分别为粒子i的第d维在第t次和第t+1次迭代时的速度，c1、c2为学习因子，c3为常数。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、兼顾环保性：本专利技术以投资成本、运行成本以及碳排放成本为目标函数，在保证经济性的同时可以兼顾规划方案的环保性。二、增强搜索性能：采用非线性动态惯性权重，并在速度更新公式中添加种群粒子的平均极值对传统粒子群算法做出了改进，增强了算法初期的搜索性能，降低了算法陷入早熟收敛的可能，确保了规划结果为最优解。三、规划效果好：规划结果表明，所提出的协同规划方法不仅降低了总规划成本，而且大幅降低了系统的碳排放量。附图说明图1为本专利技术的专利技术流程图。图2为气电联合系统示意图。图3为改进的粒子群算法流程。图4为算例系统示意图。图5为独立规划后的方案结果图。图6为协同规划后的方案结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供一种气电联合系统的协同规划方法，包括以下步骤：S1考虑电力系统的安全约束的同时考虑天然气系统的安全约束以及气电耦合约束条件，建立气电联合系统的协同规划模型；S2综合考虑规划方案的经济性和环保性，确定天然气管道和电力线路的最优建设方案；S3构建联合供能系统的算例，测试所提方法的正确性。步骤S1中相较于传统电网规划，气电联合系统的协同规划模型在考虑电力系统的安全约束的同时，还要考虑天然气系统的安全约束以及气电耦合约束条件。最后在满足这些条件的基础上，确定最优的投资方案。包括以下步骤：步骤S11：目标函数能源规划问题的目标函数通常是使得规划方案的投资和运行成本最小，考虑到国家对温室气体排放的管控，以及全国碳交易市场的开启，本专利技术将系统的碳排放费用也加入到目标函数中一个，表示为：MinF＝Cinv+Cop+Ccarbon式中：Cinv表示投资成本，Cop表示运行成本，Ccarbon表示碳排放成本。投资成本Cinv包括电力线路的建设费用以及天然气管道的建设费用。式中：和分别为规划期内的候选线路l、管道p的投资费用，Nl和Np分别为线路l和管道p上新建的回路数，ΩCline为待建电力线路的集合，ΩCpipe为待建天然气管道的集合运行成本Cop包括气源的供气费用以及非燃气机组的燃料费用。式中：分别为气源的单位天然气价格和燃煤发电机的单位出力成本，Ss为气源s的天然气供气量，Pg为发电机g的有功出力；ΩSupplier为天然气网中气源的集合，ΩCG为非燃气机组的集合，Tmax为年最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气电联合系统的协同规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)考虑电力系统的安全约束的同时考虑天然气系统的安全约束以及气电耦合约束条件，建立气电联合系统的协同规划模型；2)以气电联合系统的规划方案作为粒子，采用粒子群算法求解气电联合系统的协同规划模型，获得天然气管道和电力线路的最优规划方案，即各个管道和线路走廊上新建的管道和线路数量。

【技术特征摘要】
1.一种气电联合系统的协同规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)考虑电力系统的安全约束的同时考虑天然气系统的安全约束以及气电耦合约束条件，建立气电联合系统的协同规划模型；2)以气电联合系统的规划方案作为粒子，采用粒子群算法求解气电联合系统的协同规划模型，获得天然气管道和电力线路的最优规划方案，即各个管道和线路走廊上新建的管道和线路数量。2.根据权利要求1所述的一种气电联合系统的协同规划方法，其特征在于，所述的步骤1)中，气电联合系统的协同规划模型的目标函数为：MinF＝Cinv+Cop+Ccarbon其中，Cinv为投资成本，Cop为运行成本，Ccarbon为碳排放成本，和分别为规划期内的候选线路l、管道p的投资费用，Nl和Np分别为线路l和管道p上新建的回路数，ΩCline为待建电力线路的集合，ΩCpipe为待建天然气管道的集合，分别为气源的单位天然气价格和燃煤发电机的单位出力成本，Ss为气源s的天然气供气量，Pg为发电机g的有功出力，ΩSupplier为天然气网中气源的集合，ΩCG为非燃气机组的集合，Tmax为年最大负荷利用小时数，为碳价格，ξ1和ξ2分别为燃煤发电机组和燃气发电机组的碳排放系数。3.根据权利要求2所述的一种气电联合系统的协同规划方法，其特征在于，所述的步骤1)中，气电联合系统的协同规划模型的约束条件包括设备建设约束、电力系统约束和天然气系统约束。4.根据权利要求3所述的一种气电联合系统的协同规划方法，其特征在于，所述的设备建设约束具体为：规划期内每条电力线路和管道新建的回数不能超过限制：其中，和分别为电力线路l和管道p上新建的回数上限。5.根据权利要求3所述的一种气电联合系统的协同规划方法，其特征在于，所述的电力系统约束包括：电力平衡约束：其中，和分别为节点-发电机关联矩阵、节点-线路关联矩阵和节点-负荷关联矩阵，Pg，Pdelec分别为发电机g出力和负荷delec的大小，Pl为线路l的潮流大小，ΩGen、ΩEload和Ωelec分别为电力系统中的发电机、电力负荷和节点的集合，ΩAline为规划后的电力线路集合，m为电力系统中的节点编号；发电机出力约束：其中，和分别为发电机g的出力上、下限；节点电压约束：Vmin≤Vm...

【专利技术属性】
技术研发人员：范宏，刘巧宏，鲁家阳，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31