一种气电耦合系统运行优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种气电耦合系统运行优化方法，包括下列步骤：数据读取步骤、样本生成步骤、种群样本数判定步骤、最大种群代数设定步骤、种群样本计算步骤、种群样本判定步骤、遗传操作步骤、种群代数判定步骤和输出最优解步骤；通过基于天然气负荷和电负荷的实时需求,对能源进行优化管理，基于能源集线器概念建立能源中心模型，能源中心模型中含变压器、热电联产机组、燃气锅炉、热泵和溴化锂机组在内的能源转换设备以提供灵活的能流路径选择，并以气电耦合系统运行成本最小为目标，计及设备容量、网络潮流在内约束条件。

OPTIMIZATION METHOD FOR OPERATION OF GAS-ELECTRIC COUPLING SYSTEM

【技术实现步骤摘要】
一种气电耦合系统运行优化方法
本专利技术涉及能源集成优化领域的一种气电耦合系统运行优化方法。
技术介绍
开发新能源、提高能源利用率和可再生能源的消纳能力，是解决日趋严峻的能源和环境问题的关键，这对多种能源的集成优化提出了迫切需求。多能互补是根据不同的资源状况和用能对象，使用多种能源相互补充，以缓解某种能源紧张的供需矛盾。文献《Optimalpowerflowofmulti-pleenergycarriers》提出了能源集线器的概念，根据用户对电、热、冷多能负荷的需求，对多个易于控制的能源，如燃气轮机、空调、热泵等进行转换、储能等环节组成的能源中心进行能源的优化分配，以满足用户经济、环保等的需求。基于该理论，文献《Modelingandsimulationofmulti-vectorenergysystems》搭建了多个不同结构的能量中心模型，并应用在电-气耦合系统中，研究其对电网电压调节的可行性。文献《区域综合能源系统多目标最优混合潮流算法》考虑了三相不平衡配电系统、天然气管网和能源中心的相关约束，根据实时电价以运行经济成本最小和污染排放最小为目标，提出了多目标最优潮流算法。上述研究在对气电耦合系统分析和优化调度时均基于能源集线器概念，但建立的能源中心模型中不同设备的分配系数固定、能流路径单一，而在考虑实时能源价格的需求响应下，不同设备的能源转换特性和前后互动机制为其能源分配提供了优化空间。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种气电耦合系统运行优化方法，其能够快速准确实现气电耦合系统运行成本最小为目标。实现上述目的的一种技术方案是：一种气电耦合系统运行优化方法，包括下列步骤：数据读取步骤：将种群样本数x清零，并读取气电耦合系统的系统参数；样本生成步骤：随机生成当前时刻热负荷的分配系数v1,x和当前时刻电负荷的分配系数v3,x，得到一个初始样本，依据数据读取步骤中读取的气电耦合系统的系统参数，计算该初始样本的运行成本；约束条件判定步骤：判定该初始样本是否满足约束条件；如果该初始样本不满足约束条件，则返回样本生成步骤；如果该初始样本满足约束条件，则将该初始样本放入种群，作为该种群的一个种群样本，并令种群样本数x＝x+1；种群样本数判定步骤：如果种群样本数x低于设定值，则返回样本生成步骤；如果种群样本数x达到设定值，则进入最大种群代数设定步骤；最大种群代数设定步骤：设定最大种群代数y_max的数值，令种群代数y＝1，令种群中的各个种群样本的v1,x＝v1,x,y，v3,x＝v3,x,y；种群样本计算步骤：依据数据读取步骤中读取的系统参数，计算种群中各个种群样本的运行成本F；种群样本判定步骤：判定种群中的各个种群样本是否满足约束条件；如果种群中的任意一个种群样本满足约束条件，则令该种群样本的适应度如果种群中的任意一个种群样本不满足约束条件，则令该种群样本的适应度M＝0；遗传操作步骤：保留种群中适应度M最大的种群样本，对种群中的剩余种群样本进行遗传操作，形成新的种群；种群代数判定步骤：判定种群代数y是否大于y_max；如果y≤y_max，则令y＝y+1，并返回种群样本计算步骤；如果y>y_max，则进入输出最优解步骤；输出最优解步骤：输出遗传操作步骤中保留的种群样本。进一步的，数据读取步骤中读取的气电耦合系统的系统参数包括：变压器的效率ηT、热电联产机组的发电效率热电联产机组的发热效率燃气锅炉的热效率ηB、热泵的能效系数ηC、溴化锂机组的能效系数ηD、甲烷的热值gCH4、当前时刻电负荷需求Le、当前时刻冷负荷需求Lc、当前时刻热负荷需求Lh、当前时刻天然气负荷需求Lg、当前时刻电价Ce和当前时刻天然气价格Cg；通过耦合矩阵以及公式计算得到该初始样本的输入侧的电功率Pe和该初始样本的输入侧的天然气功率Pg；依据公式Gg＝Pg/gCH4，得到该初始样本的需购入的天然气流量Gg；依据公式F＝CePe+CgGg，计算该初始样本的运行成本F。再进一步的，约束条件判定步骤中的约束条件包括能源中心模型约束条件：Pg(1-v1,x)≤SA；Pgv1,x≤SB；以及其中SA为热电联产机组的容量，SB为燃气锅炉的容量，SC为热泵的容量，SD为溴化锂机组的容量，Pe,max为购入电功率的上限,Gg,max为购入的天然气流量的上限；v2,x为当前时刻冷负荷的分配系数，计算公式为：更进一步的，种群样本判定步骤中的约束条件包括能源中心模型约束条件：Pg(1-v1,x,y)≤SA；Pgv1,x,y≤SB；以及其中，更进一步的，约束条件判定步骤和种群样本判定步骤中的约束条件还包括：节点电压约束：Ui,min≤Ui≤Ui,max；支路功率约束：Sij,min≤Sij≤Sij,max，其中j∈i；天然气节点压力约束ph,min≤ph≤ph,max；天然气管道流量约束fn,min≤fn,t≤fn,max；Ui,min、Ui,max分别为气电耦合系统中电网节点i的电压幅值上限和电压幅值下限；Ui为气电耦合系统中电网节点i的当前时刻电压幅值；Sij,min和Sij,max分别为气电耦合系统中连接电网节点i和电网节点j线路段允许的功率上限和功率下限；Sij为当前时刻电耦合系统中连接电网节点i和电网节点j线路段的功率值，j∈i表示电网节点j直接连接电网节点i，ph,min和ph,max分别为气电耦合系统中天然气管道节点h的压力上限和压力下限；ph为当前时刻气电耦合系统中天然气管道节点h的压力；fn,min和fn,max分别为当前时刻气电耦合系统中天然气管道n的流量上限和流量下限；fn为当前时刻气电耦合系统中天然气管道n的流量。进一步的，种群样本数x的设定值为50。进一步的，遗传操作步骤中的遗传操作为交叉操作和/或变异操作。进一步的，该方法的进行频率为1小时一次。采用了本专利技术的一种气电耦合系统运行优化方法的技术方案，包括下列步骤：数据读取步骤：将种群样本数x清零，并读取气电耦合系统的系统参数；样本生成步骤：随机生成当前时刻热负荷的分配系数v1,x和当前时刻电负荷的分配系数v3,x，得到一个初始样本，依据数据读取步骤中读取的气电耦合系统的系统参数，计算该初始样本的运行成本；约束条件判定步骤：判定该初始样本是否满足约束条件；如果该初始样本不满足约束条件，则返回样本生成步骤；如果该初始样本满足约束条件，则将该初始样本放入种群，作为该种群的一个种群样本，并令种群样本数x＝x+1；种群样本数判定步骤：如果种群样本数x低于设定值，则返回样本生成步骤；如果种群样本数x达到设定值，则进入最大种群代数设定步骤；最大种群代数设定步骤：设定最大种群代数y_max的数值，令种群代数y＝1，令种群中的各个种群样本的v1,x＝v1,x,y，v3,x＝v3,x,y；种群样本计算步骤：依据数据读取步骤中读取的系统参数，计算种群中各个种群样本的运行成本F；种群样本判定步骤：判定种群中的各个种群样本是否满足约束条件；如果种群中的任意一个种群样本满足约束条件，则令该种群样本的适应度如果种群中的任意一个种群样本不满足约束条件，则令该种群样本的适应度M＝0；遗传操作步骤：保留种群中适应度M最大的种群样本，对种群中的剩余种群样本进行遗传操作，形成新的种群；种群代数判本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气电耦合系统运行优化方法，包括下列步骤：数据读取步骤：将种群样本数x清零，并读取气电耦合系统的系统参数；样本生成步骤：随机生成当前时刻热负荷的分配系数v1,x和当前时刻电负荷的分配系数v3,x，得到一个初始样本，依据数据读取步骤中读取的气电耦合系统的系统参数，计算该初始样本的运行成本；约束条件判定步骤：判定该初始样本是否满足约束条件；如果该初始样本不满足约束条件，则返回样本生成步骤；如果该初始样本满足约束条件，则将该初始样本放入种群，作为该种群的一个种群样本，并令种群样本数x＝x+1；种群样本数判定步骤：如果种群样本数x低于设定值，则返回样本生成步骤；如果种群样本数x达到设定值，则进入最大种群代数设定步骤；最大种群代数设定步骤：设定最大种群代数y_max的数值，令种群代数y＝1，令种群中的各个种群样本的v1,x＝v1,x,y，v3,x＝v3,x,y；种群样本计算步骤：依据数据读取步骤中读取的系统参数，计算种群中各个种群样本的运行成本F；种群样本判定步骤：判定种群中的各个种群样本是否满足约束条件；如果种群中的任意一个种群样本满足约束条件，则令该种群样本的适应度

【技术特征摘要】
1.一种气电耦合系统运行优化方法，包括下列步骤：数据读取步骤：将种群样本数x清零，并读取气电耦合系统的系统参数；样本生成步骤：随机生成当前时刻热负荷的分配系数v1,x和当前时刻电负荷的分配系数v3,x，得到一个初始样本，依据数据读取步骤中读取的气电耦合系统的系统参数，计算该初始样本的运行成本；约束条件判定步骤：判定该初始样本是否满足约束条件；如果该初始样本不满足约束条件，则返回样本生成步骤；如果该初始样本满足约束条件，则将该初始样本放入种群，作为该种群的一个种群样本，并令种群样本数x＝x+1；种群样本数判定步骤：如果种群样本数x低于设定值，则返回样本生成步骤；如果种群样本数x达到设定值，则进入最大种群代数设定步骤；最大种群代数设定步骤：设定最大种群代数y_max的数值，令种群代数y＝1，令种群中的各个种群样本的v1,x＝v1,x,y，v3,x＝v3,x,y；种群样本计算步骤：依据数据读取步骤中读取的系统参数，计算种群中各个种群样本的运行成本F；种群样本判定步骤：判定种群中的各个种群样本是否满足约束条件；如果种群中的任意一个种群样本满足约束条件，则令该种群样本的适应度如果种群中的任意一个种群样本不满足约束条件，则令该种群样本的适应度M＝0；遗传操作步骤：保留种群中适应度M最大的种群样本，对种群中的剩余种群样本进行遗传操作，形成新的种群；种群代数判定步骤：判定种群代数y是否大于y_max；如果y≤y_max，则令y＝y+1，并返回种群样本计算步骤；如果y>y_max，则进入输出最优解步骤；输出最优解步骤：输出遗传操作步骤中保留的种群样本。2.根据权利要求1所述的一种气电耦合系统运行优化方法，其特征在于：数据读取步骤中读取的气电耦合系统的系统参数包括：变压器的效率ηT、热电联产机组的发电效率热电联产机组的发热效率燃气锅炉的热效率ηB、热泵的能效系数ηC、溴化锂机组的能效系数ηD、甲烷的热值gCH4、当前时刻电负荷需求Le、当前时刻冷负荷需求Lc、当前时刻热负荷需求Lh、当前时刻天然气负荷需求Lg、当前时刻电价Ce和当前时刻天然气价格Cg；通过耦合矩阵以及公式计算得到该初始样本的输入侧的电功率Pe和该初始样本的输入侧的天然气功率Pg；依据公式Gg＝Pg/gCH4，得到该初始样本的需购入的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建林，牛启帆，武鹏，费斐，郭明星，庞爱莉，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31