一种基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统解耦优化方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于快速自同步ADMM的电‑气耦合系统解耦优化方法。在本发明专利技术中，基于自同步ADMM的算法原理，提出两种手段加速自同步ADMM法，一种是根据迁移学习，将相似任务中优化结果迁移至ADMM的变量初始化中，用于改善变量初始值，使初始值靠近优化结果；第二种手段是通过实时调整自同步ADMM迭代过程中的拉格朗日系数向量，以达到加速算法收敛的目的，最终，将快速自同步ADMM方法应用于电气耦合系统从而实现系统的快速解耦优化。本发明专利技术可将电‑气耦合系统解耦为电网系统和天然气网络系统，实现了电、气两个不同利益主体的分离，并最终实现电‑气耦合系统的总目标优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统解耦优化方法
本专利技术属于综合能源系统优化调度领域，特别涉及一种基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统解耦优化方法。
技术介绍
随着燃气轮机装机容量的不断增加，电力网络与天然气网络之间的耦合越来越频繁。不同于国外，国内的电力供应和天然气供应分属不同能源供应部门，电力系统和天然气系统分开运行和调度。基于该背景，在电力网络与天然气网络统一优化运行的过程中，往往忽略了两个系统之间的相互作用，从而对优化调度结果产生过于乐观的影响。在综合能源网络发展的背景下，考虑到两个系统的耦合和相互作用机制，开展功率流与天然气气流共同优化的研究具有重要意义。另外一方面，在分布式协同优化计算领域中，传统的自同步ADMM方法由于其计算的并行性，近年来得到了广泛的应用。然而，自同步ADMM法从串行计算的ADMM方法演化而来，虽然获得了并行计算的优点，但其收敛速度与ADMM相比大大降低。在此背景下，研究如何提高自同步ADMM的收敛速度对分布式计算领域具有重大的意义。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统的解耦优化方法。在本专利技术中，基于自同步ADMM的算法原理，提出两种手段加速自同步ADMM法，一种是根据迁移学习，将相似任务中优化结果迁移至ADMM的变量初始化中，用于改善变量初始值，使初始值靠近优化结果。第二种手段是通过实时调整自同步ADMM迭代过程中的拉格朗日系数向量，以达到加速算法收敛的目的。最终，将快速自同步ADMM方法应用于电气耦合系统从而实现系统的快速解耦优化。本专利技术具体为一种基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统解耦优化方法，包括以下步骤：步骤(1)、构造求解电-气耦合系统优化问题的自同步ADMM方法；步骤(2)、基于快速自同步ADMM方法实现电-气耦合系统的快速解耦优化。进一步的，所述步骤(1)中构造求解电-气耦合系统优化问题的自同步ADMM方法，包括以下步骤：11)构造电-气耦合系统的优化模型：其中，xe和xg分别为电-气耦合系统中属于电网和天然气网络的变量向量；fe(xe,xg)和fg(xe,xg)分别为电网和天然气网络的优化目标；g(xe,xg)和h(xe,xg)分别为电-气耦合系统的不等式和等式约束；上标“—”和下标“—”分别表示约束的上限和下限；12)电、气系统结构分离：将电-气耦合系统中属于电网的装置、拓扑和变量分配至电力系统中，属于天然气网络的装置、拓扑和变量分配至天然气系统中；同时，将电-气耦合系统中的各个电转气装置和燃气轮机机组进行复制，一分为二，分别分配至电力系统和天然气系统中，完成电-气耦合系统的电、气结构分离；13)引入约束方程：由于电转气装置和燃气轮机机组被一分为二，电力系统和天然气系统的耦合变量向量之间存在以下约束方程：其中，ξe为电力系统的耦合变量向量，包括所有电转气装置的有功输入天然气输出以及所有燃气轮机机组的有功输出和天然气输入ξg为天然气系统的耦合变量向量，包括所有电转气装置的有功输入天然气输出以及所有燃气轮机机组的有功输出和天然气输入14)电、气系统优化模型分离：将电-气耦合系统的优化模型分解为电力系统的优化模型和天然气系统的优化模型；电力系统的优化模型如下：其中，ge(xe,ξe)和he(xe,ξe)分别为电力系统的不等式和等式约束；天然气系统的优化模型如下：其中，gg(xg,ξg)和hg(xg,ξg)分别为天然气系统的不等式和等式约束；15)构造自同步ADMM方法的迭代公式：其中，变量“k”表示第k次迭代计算；和分别为第k次迭代计算时电力系统和天然气系统的拉格朗日系数；和分别为第k次迭代计算时电力系统和天然气系统的拉格朗日乘子；和为第k次迭代计算时电力系统和天然气系统的耦合变量近似值。进一步的，所述步骤(2)中基于快速自同步ADMM方法实现电-气耦合系统的快速解耦优化，包括以下步骤：21)设置算法收敛精度η和收敛判据22)变量初始值赋值：对电力系统和天然气系统优化模型中的所有变量进行初始值赋值；23)模型求解：电力系统和天然气系统同步求解各自系统的优化模型：式中：24)互联通信：电力系统将耦合变量传输给天然气系统，天然气系统将传送给电力系统；25)拉格朗日乘子更新：电力系统和天然气系统同步更新拉格朗日乘子向量和26)拉格朗日系数的动态调整；27)收敛判断：如果满足算法收敛；如果不满足，使k＝k+1，返回步骤23)，继续迭代求解。进一步的，所述步骤21)中变量初始值赋值，其变量初始值获得过程为：将收敛精度降低为0.01η，执行步骤22)～27)，得到的变量优化结果作为收敛精度为η时的变量初始值。进一步的，所述步骤26)中拉格朗日系数的动态调整，拉格朗日系数的动态调整公式如下：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益的技术效果：本专利技术所提方法可将电-气耦合系统解耦为电网系统和天然气网络系统，实现了电、气两个不同利益主体的分离。在解耦优化的过程中，电网和气网以同步进行的方式各自迭代求解本系统问题，并且以传输耦合变量信息的方式协调电网和气网的利益冲突，最终实现电-气耦合系统的总目标优化。算法具有收敛速度快，计算内存小的优点。附图说明图1为本专利技术基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统解耦优化方法的流程图；图2为电-气耦合系统的结构示意图；图3为电-气耦合系统的电气解耦原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统解耦优化方法的具体实施方式做详细阐述。请参考图1、图2和图3，本专利技术的一个实施方式提供一种基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统的解耦优化方法。在本专利技术中，基于自同步ADMM的算法原理，提出两种手段加速自同步ADMM法，一种是根据迁移学习，将相似任务中优化结果迁移至ADMM的变量初始化中，用于改善变量初始值，使初始值靠近优化结果。第二种手段是通过实时调整自同步ADMM迭代过程中的拉格朗日系数向量，以达到加速算法收敛的目的。最终，将快速自同步ADMM方法应用于电气耦合系统从而实现系统的快速解耦优化。本专利技术所提方法可将电-气耦合系统解耦为电网系统和天然气网络系统，实现电、气两个不同利益主体的分离。在解耦优化的过程中，电网和气网以同步进行的方式各自迭代求解本系统问题，并且以传输耦合变量信息的方式协调电网和气网的利益冲突，最终实现电-气耦合系统的总目标优化。算法具有的收敛速度快，计算内存小的优点。本专利技术基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统的解耦优化方法包括以下步骤：步骤A1，构造求解电-气耦合系统优化问题的自同步ADMM方法，包括以下步骤：Step1：构造电-气耦合系统的优化模型。为搭建电-气耦合系统，电力网络为修改后的IE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统解耦优化方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：/n步骤(1)、构造求解电-气耦合系统优化问题的自同步ADMM方法；/n步骤(2)、基于快速自同步ADMM方法实现电-气耦合系统的快速解耦优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统解耦优化方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：
步骤(1)、构造求解电-气耦合系统优化问题的自同步ADMM方法；
步骤(2)、基于快速自同步ADMM方法实现电-气耦合系统的快速解耦优化。


2.根据权利要求1所述的一种基于快速自同步ADMM的电-气耦合系统解耦优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中构造求解电-气耦合系统优化问题的自同步ADMM方法，包括以下步骤：
11)构造电-气耦合系统的优化模型：



其中，xe和xg分别为电-气耦合系统中属于电网和天然气网络的变量向量；fe(xe,xg)和fg(xe,xg)分别为电网和天然气网络的优化目标；g(xe,xg)和h(xe,xg)分别为电-气耦合系统的不等式和等式约束；上标“—”和下标“—”分别表示约束的上限和下限；
12)电、气系统结构分离：将电-气耦合系统中属于电网的装置、拓扑和变量分配至电力系统中，属于天然气网络的装置、拓扑和变量分配至天然气系统中；同时，将电-气耦合系统中的各个电转气装置和燃气轮机机组进行复制，一分为二，分别分配至电力系统和天然气系统中，完成电-气耦合系统的电、气结构分离；
13)引入约束方程：由于电转气装置和燃气轮机机组被一分为二，电力系统和天然气系统的耦合变量向量之间存在以下约束方程：



其中，ξe为电力系统的耦合变量向量，包括所有电转气装置的有功输入天然气输出以及所有燃气轮机机组的有功输出和天然气输入ξg为天然气系统的耦合变量向量，包括所有电转气装置的有功输入天然气输出以及所有燃气轮机机组的有功输出和天然气输入
14)电、气系统优化模型分离：将电-气耦合系统的优化模型分解为电力系统的优化模型和天然气系统的优化模型；电力系统的优化模型如下：



其中，ge(xe,ξe)和he(xe,ξe)分别为电力系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁健华，黄霆，钱霜秋，贲树俊，吉宇，徐华泽，张炜，江陈桢，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司南通供电分公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32