一种电气互联综合能源系统的协同规划方法技术方案

本发明专利技术提供的电气互联综合能源系统的协同规划方法，以新设施安装条件约束、配电系统约束和天然气系统约束为约束条件，以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，构建所述综合能源系统的协同规划模型；根据所述协同规划模型确定所述综合能源系统的协同规划方案；所述配电系统约束包括：外部连接电网的出力约束、分布式燃气机组的出力约束、配电网络辐射状约束、旋转备用容量约束、配电网络约束及可靠性约束；所述天然气系统约束包括：城市门站出力约束、天然气网络约束及天然气充裕度约束。根据本发明专利技术提供的电气互联综合能源系统的协同规划方法，对综合能源系统进行协同规划，可以得到成本较低、可靠性较高、运行稳定的协同规划方案。

【技术实现步骤摘要】
一种电气互联综合能源系统的协同规划方法
本专利技术涉及能源系统规划
，特别是涉及一种电气互联综合能源系统的协同规划方法。
技术介绍
能源互联网一次能源中，除了风、光等可再生能源以外，具有环保和经济优势的便是天然气能源。环境效益方面，天然气发电几乎不排放二氧化硫及烟尘，而以天然气为燃料的CCHP(冷热电联供系统)的二氧化碳排放量仅为燃煤发电的1/4。经济效益方面，天然气发电厂具有建设成本低，发电效率高等优势。此外，天然气发电具有灵活的调节能力和调峰性能，可以在能源互联网起到调峰电源的作用。可以预见，天然气将超过煤炭和石油，与可再生能源一同成为主要的一次能源。在多能源网络发展的大背景下，多能源网络的规划日益受到重视，其中配电网与天然气网的协同规划作为城市中多能源网络规划的典型场景，其核心是在规划目标时间周期内的天然气与电负荷预测情况下，综合考虑配电网络与天然气管道的各种约束，确定配电网络和天然气网络最佳的投资决策方案，以保证综合能源系统的安全经济运行。配电网与天然气网的协同规划问题一直以来是综合能源系统规划领域的难点，主要问题在于配电系统约束与天然气系统约束的耦合在体现出来的多时空非线性、非凸的复杂性；同时考虑到不确定性，业内常常采用基于蒙特卡洛的随机场景生成的规划方法来解决综合能源系统规划问题。两者叠加，使得计算量激增，导致解算时间长、效率低。目前多数技术方案都从简化(线性化)问题数学模型入手，在输气网中采用网流分析，进行线性化处理，但这种简化并不满足一般天然气系统规划的要求。也有人考虑可再生能源的改进能源集线器，将每一个能源集线器作为一个能源耦合单元；对规划区域进行能源网络分级，每个能源集线器供应能源网络中次级的能源网络，从而使得整个能源网络可以表示成以能源集线器为节点的多层规划模型，但这种方法不符合现阶段能源网络实际。因此，如何综合考虑配电系统与天然气网络的约束条件，协同规划配电网络和天然气网络互联的综合能源系统成为了一个函待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电气互联综合能源系统的协同规划方法，以有效规划配电网络和天然气网络互联的综合能源系统。本专利技术的目的可通过如下技术方案实现：一种电气互联综合能源系统的协同规划方法，以新设施安装条件约束、配电系统约束和天然气系统约束为约束条件，以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，构建所述综合能源系统的协同规划模型；其中，所述总成本为所述综合能源系统的投资成本及运行成本之和；根据所述协同规划模型确定所述综合能源系统的协同规划方案；所述配电系统约束具体包括：外部连接电网的出力约束、分布式燃气机组的出力约束、配电网络辐射状约束、旋转备用容量约束、配电网络约束及可靠性约束；所述天然气系统约束具体包括：城市门站出力约束、天然气网络约束及天然气充裕度约束。可选地，所述投资成本cinv可表示为：式中，和分别表示配电线路、配气主干管道、城市门站和分布式燃气σl,ij,f,t机组在规划周期内的第t年的投资成本；λ表示折现率；T表示规划周期；表示在规划周期内的第t年于配电系统节点i、j之间投运f类型配电线路的0-1变量；σp,ij,f,t表示在规划周期内的第t年于天然气网络节点i、j之间投运f类型管道的0-1变量；σgs,i,f,t表示在规划周期内的第t年于天然气网络节点i处投运f类型城市门站的0-1变量；σDG,i,f,t表示在规划周期内的第t年于配电系统节点i处投运f类型分布式燃气机组的0-1变量；Ωl、Ωp、Ωgs和ΩDG分别表示配电线路、配气主干管道、城市门站和分布式燃气机组的候选集合；Ωlf、Ωpf、Ωgsf和ΩDGf分别表示配电线路、配气主干管道、城市门站和分布式燃气机组的候选类型集合；Ul,ij,f表示在规划周期内的第t年于配电系统节点i、j之间投运f类型配电线路的投资成本；Up,ij,f表示在规划周期内的第t年于天然气网络节点i、j之间投运f类型管道的投资成本；Ugs,i,f表示在规划周期内的第t年于天然气网络节点i处投运f类型城市门站的投资成本；UDG,i,f表示在规划周期内的第t年于配电系统节点i处投运f类型分布式燃气机组的投资成本。可选地，所述运行成本包括在规划周期内各个元件的运行成本以及由于能量短缺而切负荷所造成的可靠性成本，所述运行成本cop可表示为：式中，分别表示城市门站、分布式燃气机组、分布式风电机组和外部连接电网在规划周期内的第t年的运行成本。Egs、EDG和Egrid分别表示在规划初始年已存在的城市门站、分布式燃气机组和外部连接电网的集合；和分别表示在规划周期内的第t年城市门站、分布式燃气机组和外部连接电网单位出力的可变成本；表示在规划周期内的第t年f类型的分布式燃气机组的运行固定成本；Sgs,i,t(τ)、PDG,i,t(τ)和Pgrid,i,t(τ)分别表示城市门站、分布式燃气机组和外部连接电网在规划周期内的第t年的第τ时刻的出力；cENS(t)表示在规划周期内的第t年的切负荷成本；En表示配电系统的节点集合；表示规划周期内的第t年的第τ时刻在配电系统的节点i处切负荷量；VOLLi表示在配电系统的节点i处的单位缺电损失。可选地，所述安装条件约束可表示为：可选地，所述外部连接电网的出力约束可表示为：Pgrid,i,t(τ)≤Pgrid,i,max，Qgrid,i,t(τ)≤Qgrid,i,max；式中，Pgrid,i,max、Qgrid,i,max分别表示与配电网络节点i相连的外部连接电网的最大有功出力和最大无功出力；Qgrid,i,t(τ)表示配电网络节点i处的外部连接电网在规划周期内的第t年的τ时刻的无功出力。可选地，所述分布式燃气机组的出力约束可表示为：式中，分别表示在配电网络节点i处的分布式燃气机组的最大和最小有功；分别表示在配电网络节点i处的分布式燃气机组的最大和最小无功；QDG,i,t(τ)表示在配电网络节点i处的分布式燃气机组的无功出力。可选地，所述旋转备用容量约束可表示为：式中，表示规划初始年时，在配电系统节点i处的分布式燃气机组的额定功率；表示规划初始年时，与配电系统在节点i处相连的外部电网最大出力；表示在规划周期内的i节点处f类型投入的分布式燃气机组的额定功率；表示规划周期内的第t年在节点i处的最大负荷；RD,t表示规划周期内的第t年的备用容量，其取值与配电系统的最大负荷相关。可选地，所述配电网络约束可表示为：Vmin≤Vi,t(τ)≤Vmax；式中，PD,i,t(τ)、QD,i,t(τ)分别表示规划周期内的第t年的τ时刻节点i处的有功和无功负荷；分别表示规划周期内的第t年的τ时刻节点i处的有功和无功切负荷量；Pl,ij,t(τ)、Ql,ij,t(τ)和Sl,ij本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气互联综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，以新设施安装条件约束、配电系统约束和天然气系统约束为约束条件，以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，构建所述综合能源系统的协同规划模型；/n其中，所述总成本为所述综合能源系统的投资成本及运行成本之和；/n根据所述协同规划模型确定所述综合能源系统的协同规划方案；/n所述配电系统约束具体包括：外部连接电网的出力约束、分布式燃气机组的出力约束、配电网络辐射状约束、旋转备用容量约束、配电网络约束及可靠性约束；/n所述天然气系统约束具体包括：城市门站出力约束、天然气网络约束及天然气充裕度约束。/n

【技术特征摘要】
1.一种电气互联综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，以新设施安装条件约束、配电系统约束和天然气系统约束为约束条件，以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，构建所述综合能源系统的协同规划模型；
其中，所述总成本为所述综合能源系统的投资成本及运行成本之和；
根据所述协同规划模型确定所述综合能源系统的协同规划方案；
所述配电系统约束具体包括：外部连接电网的出力约束、分布式燃气机组的出力约束、配电网络辐射状约束、旋转备用容量约束、配电网络约束及可靠性约束；
所述天然气系统约束具体包括：城市门站出力约束、天然气网络约束及天然气充裕度约束。


2.根据权利要求1所述的电气互联综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述投资成本cinv可表示为：









式中，和分别表示配电线路、配气主干管道、城市门站和分布式燃气σl,ij,f,t机组在规划周期内的第t年的投资成本；λ表示折现率；T表示规划周期；表示在规划周期内的第t年于配电系统节点i、j之间投运f类型配电线路的0-1变量；σp,ij,f,t表示在规划周期内的第t年于天然气网络节点i、j之间投运f类型管道的0-1变量；σgs,i,f,t表示在规划周期内的第t年于天然气网络节点i处投运f类型城市门站的0-1变量；σDG,i,f,t表示在规划周期内的第t年于配电系统节点i处投运f类型分布式燃气机组的0-1变量；Ωl、Ωp、Ωgs和ΩDG分别表示配电线路、配气主干管道、城市门站和分布式燃气机组的候选集合；Ωlf、Ωpf、Ωgsf和ΩDGf分别表示配电线路、配气主干管道、城市门站和分布式燃气机组的候选类型集合；Ul,ij,f表示在规划周期内的第t年于配电系统节点i、j之间投运f类型配电线路的投资成本；Up,ij,f表示在规划周期内的第t年于天然气网络节点i、j之间投运f类型管道的投资成本；Ugs,i,f表示在规划周期内的第t年于天然气网络节点i处投运f类型城市门站的投资成本；UDG,i,f表示在规划周期内的第t年于配电系统节点i处投运f类型分布式燃气机组的投资成本。


3.根据权利要求2所述的电气互联综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述运行成本包括在规划周期内各个元件的运行成本以及由于能量短缺而切负荷所造成的可靠性成本，所述运行成本cop可表示为：









式中，分别表示城市门站、分布式燃气机组、分布式风电机组和外部连接电网在规划周期内的第t年的运行成本。Egs、EDG和Egrid分别表示在规划初始年已存在的城市门站、分布式燃气机组和外部连接电网的集合；和分别表示在规划周期内的第t年城市门站、分布式燃气机组和外部连接电网单位出力的可变成本；表示在规划周期内的第t年f类型的分布式燃气机组的运行固定成本；Sgs,i,t(τ)、PDG,i,t(τ)和Pgrid,i,t(τ)分别表示城市门站、分布式燃气机组和外部连接电网在规划周期内的第t年的第τ时刻的出力；cENS(t)表示在规划周期内的第t年的切负荷成本；En表示配电系统的节点集合；表示规划周期内的第t年的第τ时刻在配电系统的节点i处切负荷量；VOLLi表示在配电系统的节点i处的单位缺电损失。


4.根据权利要求3所述的电气互联综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述安装条件约束可表示为：








5.根据权利要求4所述的电气互联综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述外部连接电网的出力约束可表示为：
Pgrid,i,t(τ)≤Pgrid,i,max，Qgrid,i,t(τ)≤Qgrid,i,max；
式中，Pgrid,i,max、Qgrid,i,max分别表示与配电网络节点i相连的外部连接电网...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄安迪，白浩，周长城，袁智勇，雷金勇，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44