一种电热耦合综合能源系统最优潮流计算方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于广义逆法的电热耦合综合能源系统最优潮流计算方法，属于电力/综合能源系统运行调控技术领域。该方法首先建立了区域电热耦合综合能源系统的稳态模型，然后基于广义逆矩阵理论，建立了区域综合能源系统的多目标最优潮流模型，多目标包括能源使用成本最小化和配电系统网络损耗最小化，并基于牛顿拉夫逊法迭代进行求解，电力系统与热力系统之间的信息传递通过耦合设备运行功率折算实现。本发明专利技术提出的方法可以准确地反映区域综合能源系统的运行状况，具有良好的数值稳定性和收敛性，优化过程是一个可行解的趋优过程，每一步都可以得到一个更优的可行解，计算可以根据实际情况随时停止，适用于实时系统优化调度应用。

An optimal power flow calculation method for the integrated energy system with electrothermal coupling

【技术实现步骤摘要】
一种电热耦合综合能源系统最优潮流计算方法
本专利技术涉及一种基于广义逆法的电热耦合综合能源系统最优潮流计算方法，属于电力能源系统运行调控

技术介绍
能源互联网是新一代能源系统与互联网技术的深度融合与发展，也是当前国内外学术界和工业界关注的焦点和创新前沿。在能源互联网的基础上，国家电网公司又提出了“泛在电力物联网”，明确了电力系统作为核心和骨干，各类分布式资源聚集在一起，形成区域综合能源系统，与上级电网建立互动。研究与建设区域综合能源系统是我国能源互联网落地实施的关键因素，具有重要的意义。在区域综合能源系统最优潮流计算领域，目前电力系统的最优潮流计算已经比较成熟，但对于多能流最优潮流的研究，特别是区域电热耦合系统的最优潮流研究尚浅。现有技术的不足之处主要是热力系统设备建模较为简单，并且缺乏考虑热力管网系统潮流分布的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于广义逆法的电热耦合综合能源系统最优潮流计算方法，克服已有技术的不足之处。该方法首先建立了区域电热耦合综合能源系统的稳态模型，然后基于广义逆矩阵理论本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电热耦合综合能源系统最优潮流计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)建立电热耦合综合能源系统的稳态潮流模型，包括：/n(1-1)建立电力系统的稳态潮流模型；/n(1-2)建立热力系统的稳态潮流模型；/n(1-3)根据电、热能流之间的功率折算关系，建立电热耦合设备的稳态潮流模型；/n(2)建立热力系统的最优潮流模型，包括：/n(2-1)确定热力系统的控制变量及其可变范围；/n(2-2)根据所述控制变量的上限值与下限值，结合控制变量的决策值，共同确定热力系统控制变量；/n(2-3)建立热力系统的最优潮流目标函数，目标为系统用能成本最小化；/n(2-4)建立增广的约束潮流方程；/...

【技术特征摘要】
1.一种电热耦合综合能源系统最优潮流计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)建立电热耦合综合能源系统的稳态潮流模型，包括：
(1-1)建立电力系统的稳态潮流模型；
(1-2)建立热力系统的稳态潮流模型；
(1-3)根据电、热能流之间的功率折算关系，建立电热耦合设备的稳态潮流模型；
(2)建立热力系统的最优潮流模型，包括：
(2-1)确定热力系统的控制变量及其可变范围；
(2-2)根据所述控制变量的上限值与下限值，结合控制变量的决策值，共同确定热力系统控制变量；
(2-3)建立热力系统的最优潮流目标函数，目标为系统用能成本最小化；
(2-4)建立增广的约束潮流方程；
(3)建立电力系统的最优潮流模型，包括：
(3-1)确定电力系统的控制变量及其可变范围；
(3-2)根据所述控制变量的上限值与下限值，结合控制变量的决策值，共同确定电力系统控制变量；
(3-3)建立电力系统的最优潮流目标函数，目标为系统网络功率损耗最小化；
(3-4)建立增广的约束潮流方程；
(4)基于广义逆法，求解步骤(2)中的热力系统最优潮流模型；
(5)根据步骤(4)计算结果，求解耦合设备稳态潮流模型；
(6)基于广义逆法，求解步骤(3)中的电力系统最优潮流模型。


2.根据权利要求1所述的电热耦合综合能源系统最优潮流计算方法，其特征在于，
(1)建立电热耦合综合能源系统的稳态潮流模型，具体包括：
(1-1)建立电力系统的稳态潮流模型，表达式如下：



上式中，Pi、Qi分别表示节点i注入的有功功率和无功功率，Gij、Bij分别表示节点i和节点j之间的电导和电纳，θij表示节点i和节点j之间的相角差,Vi、Vj分别表示节点i、j的电压幅值；
(1-2)建立热力系统的稳态潮流模型，表达式如下：



上式中，A表示热力系统的节点-管道关联矩阵，Au、Ad分别表示上关联矩阵和下关联矩阵，Bf表示回路矩阵，M表示管道工质流量向量，Ml表示节点注入流量，ΔH表示管道首末端压力差向量，Z表示管道首末端高度差向量，Te表示管道末端工质温度向量，Tn表示节点温度向量，Ph表示节点热功率向量，Ta表示外部环境温度向量，Hp表示管道泵进出口压力差向量，Hv表示管道阀门进出口压力差向量，F表示管道摩擦系数向量，D表示管道管径向量，S表示管道横截面积向量，L表示管道长度向量，Cp表示节点定压比热容向量，表示管道工质中值密度向量，E表示管道温度衰减系数对角矩阵，并且有：



其中，λi表示管道i的导热系数，表示管道i的工质中值定压比热容，li表示管道i的长度，mi表示管道i的流量,下角标B表示共有B根管道；
(1-3)根据电、热能流之间的功率折算关系，建立电热耦合设备的稳态潮流模型，表达式如下：



式中，P表示节点的电功率，Pp表示水泵的电功率，ηp表示水泵的效率，hp表示水泵的扬程，k表示功率转换系数，f表示耦合设备电-热功率转换关系函数，m表示管道的流量；
(2)建立热力系统的最优潮流模型，具体包括：
(2-1)确定热力系统的控制变量及其可变范围，表达式为：





















式中，mj表示管道j的流量,Te.j表示管道j末端工质温度向量,ξj是第j个管道上阀门的开度，ωj是第j个管道上泵的轴转速，pn.i是第i个节点的压力，Tn.i表示第i个节点的温度，Ph.i表示第i个节点热功率向量，b是管道总数量，n是节点总数量，v是管道上阀门总数量，p是管道上泵总数量，带下划线的变量符号表示变量的下限值，带上划线的变量符号表示变量的上限值；
(2-2)根据所述控制变量的上限值与下限值，并引入控制变量的决策值，将热力系统控制变量及其可变范围表达式改写为：
mj＝mj(1)+mj(2)sinαj,(j＝1,...,b)
Te.j＝Te.j(1)+Te.j(2)sinφj,(j＝1,...,b)
ξj＝ξj(1)+ξj(2)sinγj,(j＝1,...,v)
ωj＝ωj(1)+ωj(2)sinτj,(j＝1,...,p)
pn.i＝pn.i(1)+pn.i(2)sinσi,(i＝1,...,n)
Tn.i＝Tn.i(1)+Tn.i(2)sinβi,(i＝1,...,n)
Ph.i＝Ph.i(1)+Ph.i(2)sinδi,(i＝1,...,n)
其中，αj、γj、τi、σi、βi、δi分别是对应mj、Tej、ξj、ωj、pni、Tni、Phi的决策变量，带有上标(1)的变量符号表示该变量上限值和下限值之和的1/2，带有上标(2)的变量符号表示该变量上限值和下限值之差的1/2；
(2-3)建立热力系统的最优潮流目标函数，目标为系统用能成本最小化，表达式为：



式中，b0i、b1i、b2i是热力系统节点i的成本-功率关系二次多项式函数的零次、一次、二次拟合系数，Fhs是目标函数上界，yhb是辅助决策变量，ΔFh是目标函数Fh的偏差量；
(2-4)建立增广的约束潮流方程，表达式为：















上式中，Δmli表示节点i的节点注入流量偏差量，Δhj表示管道j首末端压力差向量，ΔTe.j表示管道j末端工质温度偏差量，ΔPhi表示节点i的热功率偏差量，Zj表示管道j的首末端高度差，dj表示管道j的管径向量，sj表示管道j的横截面积，fj表示管道j的摩擦系数向量，表示管道j工质中值密度,lj表示管道j长度,表示管道j的工质中值定压比热容,ad.ji表示管道i和管道j的下关联矩阵，au.ji表示管道i和管道j的上关联矩阵，cp.i表示节点i的定压比热容,aij表示第i个节点与第j条支路的连接信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王罡，侯磊，杨超，张靖，苏琨，夏天，张正文，姚大伟，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11