一种多能流系统最优能流的求解方法、存储介质及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种多能流系统最优能流的求解方法，包括以下步骤：获取多能流系统中的出力成本数据以及各发电机组的运行成本数据；采用预先建立的多能流系统最优能流模型，对所述出力成本数据以及运行成本数据进行求解；获得该多能流系统的最优能流；所述多能流系统最优能流模型的输入为各发电机组的成本系数及多能流系统运行的约束条件，输出为多能流系统的总成本、各发电机组的发电量和产热量。本发明专利技术可实现电、气、热等多能源系统间的经济优化运行。

【技术实现步骤摘要】
一种多能流系统最优能流的求解方法、存储介质及设备
本专利技术涉及一种多能流系统最优能流的求解方法、存储介质及设备，属于本专利技术属于综合能源优化领域。
技术介绍
在能源领域，各种能源资源，如电力、天然气、热力等，单独规划，独立运行。这种运行方式效率低下，且运行成本较高。因此，打破各供能系统原有的独立运行模式，实现电、气、热等多种能源资源协同优化运行，是未来社会能源供应系统发展的必然趋势。在新一代能源系统即将到来的背景下，开展以电网为核心的电力系统、天然气系统、热力系统联合规划研究，将为未来能源系统规划提供重要的理论基础，是一项具有重大意义的前瞻性工作。为促进多种能源间的协调发展，优化资源配置，多能流系统(integratedenergysystem，IES)已成为当下能源领域研究的热点与重点。在IES中，电、气、热等多种形式的能源通过燃气发电机、热电联产机组、燃气锅炉等设备实现了交互耦合，整体降低了系统的运行成本，提高了系统的运行效率。通过电力、天然气和供热系统组成的多能流系统可获得更高的经济效益和环境效益。当前技术主要考虑电热耦合系统或电气耦合系统，对于电-气-热耦合系统的节点能价研究成果较少，且并未考虑电、气、热子系统的传输阻塞对节点能价的影响。
技术实现思路
本专利技术是提供一种多能流系统最优能流的求解方法，可实现电、气、热等多能源系统间的经济优化运行。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种多能流系统最优能流的求解方法，包括以下步骤：获取多能流系统中的出力成本数据以及各发电机组的运行成本数据；采用预先建立的多能流系统最优能流模型，对所述出力成本数据以及运行成本数据进行求解；获得该多能流系统的最优能流；所述多能流系统最优能流模型的输入为各发电机组的成本系数及多能流系统运行的约束条件，输出为多能流系统的总成本、各发电机组的发电量和产热量。进一步地，所述出力成本为天然气源的出力成本，所述电机组包括燃煤发电机组、燃气发电机组和热电联产机组。进一步地，所述多能流系统最优能流模型为：其中，αi为燃煤发电机的成本系数，pgt,i为燃煤发电机i在t时刻的有功出力，Cg为机组发电成本；βs为天然气成本系数，fst代表天然气源节点i在t时刻的流出流量，Cs代表气井产气成本；εh为CHP机组的燃料成本系数,和分别表示CHP机组h在时刻t发出的电功率和热功率，均为CHP机组的运行成本系数；γr为电锅炉产热的成本系数，Qr,tEB为电锅炉r在t时刻产生的热能；T为时刻集合，为燃煤发电机组集合，Ng为天然气源集合，为CHP机组集合，为电锅炉集合。进一步地，所述约束条件包括多能流系统运行约束条件和耦合模型约束条件；所述运行约束条件包括电力子系统运行的约束条件、天然气子系统运行的约束条件和热力子系统运行的约束条件；所述耦合模型约束条件包括电气耦合模型约束条件和电热耦合模型约束条件。进一步地，所述电力子系统运行的约束条件为：其中，公式(2)为电力子系统节点功率平衡方程，表示燃煤发电机和电力子系统节点的关联矩阵，pgt,i表示燃煤发电机发出的有功功率；表示燃气发电机和电力子系统节点的关联矩阵，Pg,i表示燃气发电机发出的有功功率；表示CHP机组和电力子系统节点的关联矩阵，表示CHP机组发出的有功功率；Hml表示电力子系统中线路与节点的关联矩阵；plt表示线路l上，从m点流向n点的功率；PD,m表示节点m的有功负荷；SGc和SGg分别表示燃煤发电机和燃气发电机集合；NL表示线路集合；PiEB表示锅炉消耗的电功率；公式(3)为发电机出力上下限约束，和分别代表发电机出力的最大值和最小值；公式(4)为发电机出力爬坡功率约束，pg(t-1)为t-1时刻发电机出力功率，和分别代表发电机向上和向下爬坡功率的限制；公式(5)为线路传输有功功率约束，代表线路最大载流量；公式(6)为线路传输有功功率与线路两端相角的关系约束，Xl代表线路电抗，θl+t和θl-t分别代表线路首末节点的电压相角。进一步地，所述天然气子系统运行的约束条件：Aw*ws-Hl*Fl-Dg-Dchp-Dgas＝0(7)其中，公式(7)为天然气节点平衡方程，Aw表示天然气源和天然气子系统节点的关联矩阵；Hl表示天然气管道和天然气子系统节点的关联矩阵，矩阵中的元素取流入为正，流出为负；Fl表示各条管道的天然气流量；Dgas表示各个节点的天然气负荷。Dg表示燃气发电机消耗的天然气量；Dchp表示燃气CHP机组消耗的天然气量；公式(8)为天然气气源流量约束，和分别代表天然气气源的流量下限和流量上限；公式(9)为节点压力约束，τngt为节点集合，和分别代表节点天然气压力的最小值和最大值；公式(10)为压缩机约束，和分别代表压缩机所在管道首端和末端的天然气压力，Zc表示压缩机的最大压缩比，c为压缩机所在的管道集合；公式(11)为压缩机所在管道的流量方向约束，fct表示通过压缩机的流量；公式(12)为管道流量与两端压力之间的关系约束，fpt为管道流量，τp+t为管道首端压力，为管道末端压力，表示管道流量与首末节点压力平方差的关系系数。进一步地，所述热力子系统运行的约束条件为：其中，公式(13)为加热站热量平衡约束，代表加热站的热功率，代表CHP机组生产的热功率，uC为CHP机组的序数，uC(sh)为与加热站相连的CHP机组集合；公式(14)为加热站热功率，k1为加热站功率常数系数，代表加热站流量，代表加热站供热网中节点的水温，代表加热站回热网中节点的水温，sh为加热站供热网各节点；公式(15)为加热站的水温约束，和分别表示加热站供热网中节点的水温的最小值和最大值；公式(16)为换热站热功率，为换热站的热功率，k2为换热站功率常数系数，为换热站流量，为换热站供热网中节点的水温，为换热站回热网中节点的水温；公式(17)表示换热站的水温约束，和分别表示换热站的水温的最小值和最大值，dh代表换热站；公式(18-19)表示换热站热量平衡约束，供热网与回热网的节点温度混合约束，该约束主要用于有多条管道汇集的节点，为供热网中的管道流量，为供热网中管道首端节点温度，为供热网中汇集节点温度，为供热网中以为末端节点的管道的首端节点集合，lhs为供热网的管道序数，为供热网中以nhs为末端节点的管道集合，为供热网中的节点温度，为回热网中的管道流量，为回热网中管道首端节点温度，为回热网中汇集节点温度，为回热网中以nhr为末端节点的管道集合，为回热网中以为末端节点的管道的首端节点集合，lhr为回热网的管道序数。进一步地，所述电气耦合模型约束条件：其中，pmt表示燃气轮机的发电功率，和分别表示燃气轮机发电功率上下限，pm(t-1)为t-1时刻燃气轮机发电功率，和分别表示燃气轮机的向下爬坡功率和向上爬坡功率限制。进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多能流系统最优能流的求解方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取多能流系统中的出力成本数据以及各发电机组的运行成本数据；/n采用预先建立的多能流系统最优能流模型，对所述出力成本数据以及运行成本数据进行求解；/n获得该多能流系统的最优能流；/n所述多能流系统最优能流模型的输入为各发电机组的成本系数及多能流系统运行的约束条件，输出为多能流系统的总成本、各发电机组的发电量和产热量。/n

【技术特征摘要】
1.一种多能流系统最优能流的求解方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取多能流系统中的出力成本数据以及各发电机组的运行成本数据；
采用预先建立的多能流系统最优能流模型，对所述出力成本数据以及运行成本数据进行求解；
获得该多能流系统的最优能流；
所述多能流系统最优能流模型的输入为各发电机组的成本系数及多能流系统运行的约束条件，输出为多能流系统的总成本、各发电机组的发电量和产热量。


2.根据权利要求1所述多能流系统最优能流的求解方法，其特征在于：所述出力成本为天然气源的出力成本，所述电机组包括燃煤发电机组、燃气发电机组和热电联产机组。


3.根据权利要求1所述多能流系统最优能流的求解方法，其特征在于：所述多能流系统最优能流模型为：



其中，αi为燃煤发电机的成本系数，pgt,i为燃煤发电机i在t时刻的有功出力，Cg为机组发电成本；βs为天然气成本系数，fst代表天然气源节点i在t时刻的流出流量，Cs代表气井产气成本；εh为CHP机组的燃料成本系数,和分别表示CHP机组h在时刻t发出的电功率和热功率，均为CHP机组的运行成本系数；γr为电锅炉产热的成本系数，Qr,tEB为电锅炉r在t时刻产生的热能；T为时刻集合，为燃煤发电机组集合，Ng为天然气源集合，为CHP机组集合，为电锅炉集合。


4.根据权利要求1所述多能流系统最优能流的求解方法，其特征在于：所述约束条件包括多能流系统运行约束条件和耦合模型约束条件；所述运行约束条件包括电力子系统运行的约束条件、天然气子系统运行的约束条件和热力子系统运行的约束条件；所述耦合模型约束条件包括电气耦合模型约束条件和电热耦合模型约束条件。


5.根据权利要求4所述多能流系统最优能流的求解方法，其特征在于：所述电力子系统运行的约束条件为：















其中，公式(2)为电力子系统节点功率平衡方程，表示燃煤发电机和电力子系统节点的关联矩阵，pgt,i表示燃煤发电机发出的有功功率；表示燃气发电机和电力子系统节点的关联矩阵，Pg,i表示燃气发电机发出的有功功率；表示CHP机组和电力子系统节点的关联矩阵，表示CHP机组发出的有功功率；Hml表示电力子系统中线路与节点的关联矩阵；plt表示线路l上，从m点流向n点的功率；PD,m表示节点m的有功负荷；SGc和SGg分别表示燃煤发电机和燃气发电机集合；NL表示线路集合；PiEB表示锅炉消耗的电功率；公式(3)为发电机出力上下限约束，和分别代表发电机出力的最大值和最小值；公式(4)为发电机出力爬坡功率约束，pg(t-1)为t-1时刻发电机出力功率，和分别代表发电机向上和向下爬坡功率的限制；公式(5)为线路传输有功功率约束，代表线路最大载流量；公式(6)为线路传输有功功率与线路两端相角的关系约束，Xl代表线路电抗，和分别代表线路首末节点的电压相角。


6.根据权利要求4所述多能流系统最优能流的求解方法，其特征在于：所述天然气子系统运行的约束条件：
Aw*ws-Hl*Fl-Dg-Dchp-Dgas＝0(7)















其中，公式(7)为天然气节点平衡方程，Aw表示天然气源和天然气子系统节点的关联矩阵；Hl表示天然气管道和天然气子系统节点的关联矩阵，矩阵中的元素取流入为正，流出为负；Fl表示各条管道的天然气流量；Dgas表示各个节点的天然气负荷。Dg表示燃气发电机消耗的天然气量；Dchp表示燃气CHP机组消耗的天然气量；公式(8)为天然气气源流量约束，和分别代表天然气气源的流量下限和流量上限；公式(9)为节点压力约束，为节点集合，和分别代表节点天然气压力的最小值和最大值；公式(10)为压缩机约束，和分别代表压缩机所在管道首端和末端的天然气压力，Zc表示压缩机的最大压缩比，c为压缩机所在的管道集合；公式(11)为压缩机所在管道的流量方向约束，fct表示通过压缩机的流量；公式(12)为管道流量与两端压力之间的关系约束，fpt为管道流量，为管道首端压力，为管道末端压力，表示管道流量与首末节点压力平方差的关系系数。


7.根据权利要求4所述多能流系统最优能流的求解方法，其特征在于：所述热力子系统运行的约...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冬梅，杨志宏，孙勇，李宝聚，张筱辰，陈永华，杜炜，刘刚，何国鑫，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国网电力科学研究院有限公司，国网吉林省电力有限公司，南瑞集团有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32