园区综合能源系统运行优化方法技术方案

本发明专利技术一种考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，包括：步骤一：配电网数学建模；步骤二：天然气管网数学建模；步骤三：热力管网数学建模；步骤四：能源供用设备外特性建模；步骤五：数学优化问题构建；步骤六：优化问题求解。本发明专利技术的有益效果：1.本专利可实现园区综合能源系统电力、天然气、热力三个能源系统的协调优化；2.本专利提出的方法可计算各能源系统的网络细节(电网中的无功功率、节点电压，天然气系统中的节点气压、管道气流，热力系统中的回水温度，水泵功率等)，并分析设备接入位置对系统的影响。

【技术实现步骤摘要】
园区综合能源系统运行优化方法
本专利技术涉及园区综合能源系统运行领域，具体涉及一种考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法。
技术介绍
园区综合能源系统以配电网、配气网、内部供热管网为基本骨架，以分布式能源供用设备为核心元件组成，是未来城市能源供应的重要载体。近年来，各国能源行业的科技工作者对园区综合能源系统的大量理论研究以及实际应用尝试证明，系统中各能源供用设备的运行方式以及其与各类已有的异质供能网络之间的协调配合是园区最终能否实现能源高效利用，多能优势互补的核心问题。当前，绝大多数的园区综合能源系统运行策略优化方法仅能考虑单一的能源形式(如：电力系统运行优化、供热系统运行优化、天然气系统运行优化等)。但随着如光伏、风电、三联供机组、热泵等分布式供能技术的发展，园区内各种能源形式之间的耦合关系不断增强。传统的对单一能源系统的运行优化已难以满足整个园区的整体供能最优要求。在所有形式的能源系统中，电力、热力、天然气三种形式之间的联系最为密切。现有考虑网络的园区综合能源系统研究一般集中于单一能源系统的独立运行优化或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，包括：步骤一：配电网数学建模；步骤二：天然气管网数学建模；步骤三：热力管网数学建模；步骤四：能源供用设备外特性建模；步骤五：数学优化问题构建；步骤六：优化问题求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，包括：步骤一：配电网数学建模；步骤二：天然气管网数学建模；步骤三：热力管网数学建模；步骤四：能源供用设备外特性建模；步骤五：数学优化问题构建；步骤六：优化问题求解。


2.如权利要求1所述的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤一：配电网数学建模
1.1潮流方程建模
基于交流潮流模型建立优化问题中的潮流约束，如下式所示；






其中，Ne为电网节点的集合，T为时间的集合；Ee矩阵为电网定位矩阵，用于描述各设备接入于电网中的节点号，其上标对应不同种类设备；Ptgrid与分别表示在t时刻从大电网中注入区域综合能源系统的有功与无功功率；与分别表示在t时刻第i个分布式电源的有功与无功输出功率；与分别表示在t时刻第i个用电负荷的有功与无功功率需求；G与B分别为电网导纳矩阵的实部和虚部；Vei,t与Vfi,t分别为第t时刻第i节点电压的实部和虚部；式(1.1)和式(1.2)基于节点在直角坐标系下列写，分别表示电网的有功平衡等式和无功平衡等式；
1.2电压及其他约束



式(1.3)为节点电压约束；其中Vimin和Vimax分别为节点电压的上下限；式中利用Vei,t2+Vfi,t2表示节点电压幅值的平方；



式(1.4)为电网下网功率约束；其中，Pgrid,min和Pgrid,max分别为下网有功功率上下限；Qgrid,min和Qgrid,max分别为下网无功功率上下限。


3.如权利要求1所述的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤二：天然气管网建模
2.1气流平衡方程
选用基于韦茅斯方程的稳态气流模型对1小时时间尺度的配气管网进行描述；式(2.1)用于描述管网中各节点的气流平衡；



其中，Ng为配气网节点集合；Eg矩阵为气网定位矩阵，用于描述各设备接入于气网中的节点号，其上标对应不同种类设备；为第t时刻第i节点的基础天然气负荷流量；为分布式用气设备的耗气流量，包括燃气发电机组、燃气锅炉等设备；为和第i节点相连管道流入或流出该节点的管道气流量；式(2.1)对天然气系统节点列写，表示流入和流出该节点的气流量之和等于节点的净天然气负荷流量；



式(2.2)用于表示管道中气体的流向；表示气流从第i节点流向第k节点；
2.2气压降方程



式(2.3)即气网稳态韦茅斯方程，也是气网中用于描述气压降的关键公式；为区别电网变量中的功率，此处用小写pg表示节点气压；式(2.3)中，Δh为管道首端和末端的海拔差；λ为Darcy摩擦系数，用于描述管道内壁的粗糙程度；z为气体压缩比；T为管道中气体的温度；在稳态情况下采用了等温条件假设，该值在计算中可设置为常数；di,k和Li,k分别为连接第i节点和第k节点管道的内径和管长；g为重力加速度；Ra为天然气气体常数；



式(2.4)表示节点气压的上下限约束；其中，和分别为节点的上限气压和下限气压。


4.如权利要求1所述的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤三：热力管网建模
3.1循环水流体计算
采用质量调节的运行方式建模：






式(3.1)和式(3.2)中与分别为一次供热网中供水网络和回水网络的节点集合；T为时间集合；Ss,i与Sr,i分别为供水网络和回水网络中管道的集合，其上标end与start分别表示，以k节点为终点和以k节点为起始点；小写q表示管道中的介质水流量；上述两式根据基尔霍夫定律列写，其物理意义为流入某一节点的介质水流量等于流出该节点的介质水流量；






每条管道中介质水流量与管道首末两端的水压差关系由式(3.3)和式(3.4)表示；其中，ΔpT表示管道首末两端的水压差；该压力差将由循环水泵进行补充；ppump为水泵提供的压力补充；κ为描述压力降方程的系数；
3.2热力计算

【专利技术属性】
技术研发人员：奚巍民，孙强，蒋一博，陈杰军，谢典，孙志煌，朱婵霞，冯蒙霜，陈倩，潘杭萍，
申请(专利权)人：国网苏州城市能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32