一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法技术

本发明专利技术公开了一种具有紧密耦合关系的水‑能联系网络模型的建立方法，首先分别建立输电网模型、输气网模型、供热网模型以及配水网模型；基于所建立的四个模型，搭建一个相互依赖和作用的水‑能联系网络模型；该水‑能联系网络模型表示为混合整数非线性规划模型，通过IPOPT求解器对其进行优化求解。该方法搭建了一个相互依赖和作用的水‑能联系网，从而提高了整个系统运行的可靠性和灵活性。

A method of building water energy network model with close coupling relationship

The invention discloses a method for establishing a water \u2011 energy connection network model with close coupling relationship. Firstly, the transmission network model, the gas transmission network model, the heating network model and the water distribution network model are respectively established; based on the four models established, a water \u2011 energy connection network model with mutual dependence and interaction is established; the water \u2011 energy connection network model is expressed as a mixed integer nonlinear model The planning model is optimized by ipopt solver. This method builds a water energy network which depends on and acts on each other, thus improving the reliability and flexibility of the whole system.

【技术实现步骤摘要】
一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法
本专利技术涉及能源模型研究
，尤其涉及一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法。
技术介绍
能源是人类生存和发展的基础，是国民经济的命脉。如何在确保人类社会能源可持续供应的同时减少用能过程中的环境污染，是当今世界各国共同关心的问题。同时，水资源是维持人类生存、生活、生产的最重要的自然资源和经济资源之一，其与综合能源系统的优化协调对能源系统的优化以及资源的节约都具有较高的研究价值，近几年水资源和综合能源系统的相互作用开始受到关注。当下在对水资源与多能流关系的研究中，一些研究学者对配水网与电网之间的关系进行了一定的研究，其中较为普遍的是对最优泵调度问题的研究。但由于不同学科之间存在差异性，目前对配水网和电网之间相互作用的研究仍较浅，但仅停留在对水泵运行能耗的优化层面，鲜有将水泵的灵活性应用于电力系统的供能优化研究中。同时在发电耗水的研究层面上，当下研究主要从宏观角度分析水和电能的相关性政策对自然环境、社会经济的影响，并未将供水网络的需求响应与发电过程的耗水需求结合起来进行研本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤1、首先分别建立输电网模型、输气网模型、供热网模型以及配水网模型；/n步骤2、基于所建立的四个模型，搭建一个相互依赖和作用的水-能联系网络模型；/n步骤3、该水-能联系网络模型表示为混合整数非线性规划模型，通过IPOPT求解器对其进行优化求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、首先分别建立输电网模型、输气网模型、供热网模型以及配水网模型；
步骤2、基于所建立的四个模型，搭建一个相互依赖和作用的水-能联系网络模型；
步骤3、该水-能联系网络模型表示为混合整数非线性规划模型，通过IPOPT求解器对其进行优化求解。


2.根据权利要求1所述具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，在步骤1中，所建立的输电网模型表示为：
电力系统节点平衡约束如式1所示：



其中，输电网络的输电容量约束如式2所示：



相角约束和发电出力约束、弃风约束分别如式3、4、5所示：









火电机组的爬坡约束表示为式6：



上式中，Θ表示一系列接于节点e的设备；ec/en/ew/ep2g分别表示CHP机组节点、火电机组节点、风电机组节点、电转气设备节点；表示发电机出力；表示管道上的输电功率；表示流入和流出节点e的输电管道；热网和水网水泵耗电量；和分别表示风力发电功率和弃风量；表示发电机组en的出力上下限；表示发电机组的爬坡约束值；电负荷；pct表示CHP机组出力；表示输电线路功率；θet表示电压相角；表示机组启停状态；表示线路传输功率极限。


3.根据权利要求1所述具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，在步骤1中，所建立的输气网模型表示为：
输气网节点平衡方程如式7所示：



压缩机管道耗气量表达式为式8：



气井的供气量约束为式9：



CHP设备的耗气量表达式为式10，该式体现了CHP机组在生产电功率和热功率时动态耗气的特性：



其中，Λ表示一系列接于节点g的设备；表示CHP机组的耗气系数；表示CHP机组的耗气量；表示气网管道流量；表示储气装置储气量；表示向储气装置注入和从储气装置提取的天然气量；表示从气井取出的天然气量；表示电转气设备的产气量；表示气负荷；表示气井的取气量上下限；pct/hct表示CHP机组的产电/产热功率；
进一步的，Weymouth方程11表达了输气网中管道压力和气流量的关系，这里将气流量的平方值Πgt来代替二次项，具体为：



对于装有压缩机的管道，管道始端节点的压力比管道末端节点的压力要小，节点压力约束以及含有压缩机管道的节点压力关系如式12和13所示：






天然气系统中的储气装置容量约束如式14所示：



其中储气装置的天然气注入和提取约束如15所示：



其中，表示接于节点g的储气装置；表示储气装置的进气和出气效率；表示气网管道压力平方值的上下限；表示储气装置注入和提取限制；Πgt表示气网节点气压的平方值；表示气网管道中始节点和末节点气压的平方值；表示气网压缩机压力系数。


4.根据权利要求1所述具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，在步骤1中，所建立的配水网模型表示为：
配水网中的节点平衡约束如式16所示：



其中Ξ表示一系列接于节点w的设备，管道中的流量约束以及水库取水量约束分别如式17和18所示：






其中，表示以节点w为管道首节点和末节点的水网管道集合；表示水网负荷；表示水网管道流量；表示出水装置的提取和注入流量；表示水库的取水流量；表示管道流量的上限；表示水库取水量上限；
进一步的，普通管道和装有水泵管道的水力特性分别如式19和20所示：


...

【专利技术属性】
技术研发人员：王程，高宁，贾楠，毕天姝，刘念，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11