基于凸优化的电热水多能流协同调度方法技术

本发明专利技术专利公开了一种基于凸优化的电热水多能流协同调度方法，通过建立电热水多能流协同调度非凸规划模型，采用凸松弛及近似处理方法将非凸规划模型转化为二阶锥规划模型，使用罚函数法构建强化模型来减小松弛误差，最后通过模型的迭代求解获得调度结果，从而实现电热水异质能流的协同优化，提高系统运行的安全性与经济性。

Multi energy flow coordinated scheduling method of electrothermal water based on convex optimization

【技术实现步骤摘要】
基于凸优化的电热水多能流协同调度方法所属领域本专利技术属于多能流系统调度领域，具体涉及一种基于凸优化的电热水多能流协同调度方法。
技术介绍
多能流系统集成了燃气、电力、供热、交通等多种能源子系统，可通过多个能源子系统间的相互协同，实现一次能源的梯级利用，提高可再生能源利用率，实现多能负荷的协调互补，达到能源系统的节能减排的目标。在工程应用中，以电力-供热耦合系统为代表的多能流，可充分利用热网及建筑物的热惯性特征，提高了电力系统运行的灵活性，促进风电的消纳，降低能源成本，因而正越来越得到更多的关注。电热耦合的多能流系统中有电力、热力、水力多种不同形式的能量流并存。热网中热力与水力的物理特性复杂，两者耦合之后又进一步增加了模型的复杂度，因此多能流系统中电力、热力、水力的协同问题成为一个极具挑战的难题。如果不对电热水进行有效的协同调度，可能导致调度计划在物理上是不可行的，给系统的安全稳定运行造成威胁，同时也将影响系统运行的经济性。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中的问题，提供了一种基于凸优化的电热水多能流协同调度方法，可有效解决多能流系统电热三者协同调度的问题，对电热水三者的物理特性进行准确的刻画，通过所提出的建模方法与求解算法获得经济可行的多能流系统调度计划，保证多能流系统安全、高效、经济的运行。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于凸优化的综合能源电热水协同调度方法，包括以下步骤：S1，建立电热水多能流协同调度非凸规划模型，所述非凸规划模型的目标函数为：<br>其中，t为调度时段；T为调度时段集合；为t时段燃料成本；为t时段系统与电网交互成本；为t时段系统运维成本；所述非凸规划模型中的热力工况约束条件至少包括供热网络传输延时约束和供热网络热损约束；所述电热水多能流协同调度水利工况约束条件至少包括供热网络传输延时约束；S2，将电热水多能流协同调度非凸规划模型转化为二阶锥松弛模型；S3，建立电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型；S4，通过迭代求解算法得到调度结果。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S2将电热水多能流协同调度非凸规划模型转化为二阶锥规划模型进一步包括：S21，对热网传输延时约束和热损约束进行转换；S22，建立电热水多能流协同调度二次约束规划模型；S23，将二次约束规划模型中的二次约束松弛为二阶锥约束；S24，建立电热水多能流协同调度二阶锥松弛模型。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S3建立电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型进一步包括：S31，构建电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型的目标函数；S32，构建电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型的约束条件；S33，建立电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S4中通过迭代求解算法得到调度结果，具体流程如下：S41，设置迭代次数k＝0，惩罚系数初始值ρ(0)＞0，惩罚系数增长因子μ≥1，惩罚系数最大值ρmax，收敛性指标阈值δ1和δ2；S42，求解S2中所建立的电热水多能流协同调度二阶锥松弛模型；S43，如果k＝0，则基于S42的结果按照S3所述方法构建电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型并求解；如果k≥1，则基于上一次迭代S43的结果按照S3所述方法构建电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型并求解；S44，计算收敛性指标，判断算法是否收敛，如果收敛则算法终止，否则更新ρ(k+1)＝min{μρ(k),ρmax}，k＝k+1，转入步骤S43循环继续；所述收敛性指标为：其中，GAP1和GAP2为两个收敛性指标；和分别为第k-1和第k次迭代辅助变量ssum的解；δ1和δ2分别为所给定的两个收敛性指标的阈值。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S21中建立的热力工况约束条件中的供热网络传输延时约束，转化成的约束为：其中，为引入的辅助变量，表示与的乘积；为引入的辅助变量，表示与的乘积；为引入的辅助变量，表示与的乘积；为引入的辅助变量，表示与的乘积；为引入的辅助变量，表示在不考虑热损的情况下供水管道j在t时段流入的热媒功率；为引入的辅助变量，表示在不考虑热损的情况下回水管道j在t时段流入的热媒功率；所述建立的水利工况约束条件中的供热网络传输延时约束，转化成的约束为：其中，表示表示与mj,t-k的乘积；表示表示与mj,t-k的乘积；所述建立的热力工况约束条件中对热网热损约束，转化后为：作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S22建立的电热水多能流协同调度二次约束规划模型为：(P0)mincTxs.t.Ax+By+Cz≤bzi＝xiyii∈Ω1zi＝(xi)2i∈Ω2其中，x、y、z均为决策变量所构成的向量；c为目标函数系数；A、B、C、b为模型参数；xi、yi、zi分别表示决策变量x、y、z的第i个元素；Ω1表示双线性约束集合；Ω2表示二次约束集合。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S23进一步包括：S231，引入辅助变量将S22建立的二次约束规划中的双线性约束zi＝xiyi转换为如下约束：4ξiz1,i＝(xi+ξiyi)2,4ξiz2,i＝(xi-ξiyi)2,zi＝z1,i-z2,ii∈Ω1其中，ξi是为了避免数值问题而引入的常数；z1,i和z2,i为引入的辅助变量。S232，将S22建立的二次约束规划中的二次约束zi＝(xi)2和S231中建立的二次约束4ξiz1,i＝(xi+ξiyi)2和4ξiz2,i＝(xi-ξiyi)2进行如下松弛：4ξizi,1≥(xi+ξiyi)2,4ξizi,2≥(xi-ξiyi)2i∈Ω1zi≥(xi)2i∈Ω2S233，将S232中的约束条件转换为如下二阶锥约束：作为本专利技术的又一种改进，，所述步骤S24进一步包括：S241，在约束条件中加入如下双线性约束zi＝xiyi的McCormick包括来收紧二阶锥松弛：S242，将S22建立的二次约束规划模型转换为如下二阶锥规划模型：(P1)mincTxs.t.Ax+By+Cz≤bzi＝z1，i-z2，i作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S31所构建的二阶锥补偿模型目标函数为：mincTx+ρ(k)ssum其中，ρ(k)为第k次迭代时的补偿参数；ssum为引入的辅助变量，表示松弛变量之和；所述步骤S32所构建的二阶锥补偿模型的约束条件为：s1i,s2i≥0i∈Ω1,s3i≥0i∈Ω2其中，和分别表示第k次迭代二阶锥松弛模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于凸优化的电热水多能流协同调度方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，建立电热水多能流协同调度非凸规划模型，所述非凸规划模型的目标函数为：/n

【技术特征摘要】
1.基于凸优化的电热水多能流协同调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，建立电热水多能流协同调度非凸规划模型，所述非凸规划模型的目标函数为：



其中，t为调度时段；T为调度时段集合；为t时段燃料成本；为t时段系统与电网交互成本；为t时段系统运维成本；
所述非凸规划模型中的热力工况约束条件至少包括供热网络传输延时约束和供热网络热损约束，水利工况约束条件至少包括供热网络传输延时约束；
S2，将电热水多能流协同调度非凸规划模型转化为二阶锥松弛模型；
S3，建立电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型；
S4，通过迭代求解算法得到调度结果。


2.如权利要求1所述的基于凸优化的电热水多能流协同调度方法，其特征在于，所述步骤S2将电热水多能流协同调度非凸规划模型转化为二阶锥规划模型进一步包括：
S21，对热网传输延时约束和热损约束进行转换；
S22，建立电热水多能流协同调度二次约束规划模型；
S23，将二次约束规划模型中的二次约束松弛为二阶锥约束；
S24，建立电热水多能流协同调度二阶锥松弛模型。


3.如权利要求1所述的基于凸优化的电热水多能流协同调度方法，其特征在于，所述步骤S3建立电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型进一步包括：
S31，构建电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型的目标函数；
S32，构建电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型的约束条件；
S33，建立电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型。


4.如权利要求1所述的基于凸优化的电热水多能流协同调度方法，其特征在于，所述步骤S4中通过迭代求解算法得到调度结果，具体流程如下：
S41，设置迭代次数k＝0，惩罚系数初始值ρ(0)＞0，惩罚系数增长因子μ≥1，惩罚系数最大值ρmax，收敛性指标阈值δ1和δ2；
S42，求解S2中所建立的电热水多能流协同调度二阶锥松弛模型；
S43，如果k＝0，则基于S42的结果按照S3所述方法构建电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型并求解；如果k≥1，则基于上一次迭代S43的结果按照S3所述方法构建电热水多能流协同调度二阶锥补偿模型并求解；
S44，计算收敛性指标，判断算法是否收敛，如果收敛则算法终止，否则更新ρ(k+1)＝min{μρ(k),ρmax}，k＝k+1，转入步骤S43循环继续；所述收敛性指标为：






其中，GAP1和GAP2为两个收敛性指标；和分别为第k-1和第k次迭代辅助变量ssum的解；δ1和δ2分别为所给定的两个收敛性指标的阈值。


5.如权利要求1或2所述的基于凸优化的电热水多能流协同调度方法，其特征在于，所述步骤S21中建立的热力工况约束条件中的供热网络传输延时约束，转化成的约束为：















其中，为引入的辅助变量，表示与的乘积；为引入的辅助变量，表示与的乘积；为引入的辅助变量，表示与的乘积；为引入的辅助变量，表示与的乘积；为引入的辅助变量，表示在不考虑热损的情况下供水管道j在t时段流入的热媒功率；为引入的辅助变量，表示在不考虑热损的情况下回水管道j在t时段流入的热媒功率；...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾伟，陆帅，吴志，周苏洋，姚帅，潘光胜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32