一种基于放宽约束的气网扩容规划系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于放宽约束的气网扩容规划系统，包括气网数据模块、气网优化计算模块和气网成本模块；其中，气网优化计算模块包括气网约束模块、气网成本函数模块、数学建模模块和优化输出模块。本发明专利技术还提供一种基于放宽约束的气网扩容规划方法，包括以下步骤：S1：采集气网数据；S2：建立气网约束和气网成本函数；S3：构建扩容规划系统的数学模型；S4：对数学模型进行优化求解，得到优化结果；S5：计算得到规划总成本。本发明专利技术提供一种基于放宽约束的气网扩容规划系统和方法，不用使用复杂的算法，保证了求解的速度和最优解的存在，解决了现有的气网扩容规划系统建立的模型容易出现优化无解的情况的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于放宽约束的气网扩容规划系统和方法
本专利技术涉及气网规划
，更具体的，涉及一种基于放宽约束的气网扩容规划系统和方法。
技术介绍
气网规划是天然气网络规划的重要组成部分，其主要任务是根据规划期间的气负荷增长情况以及气源规划情况以确定相应的最佳气网网架结构。然而，现在的气网扩容规划系统在建立模型时往往采用了经典的气网暂稳态优化模型，并没有对约束条件进行修改，而是采用多目标函数并加以权重值以达到扩容规划的目的。这种扩容规划系统建立的模型比较复杂，权重值的选取非常重要，容易出现优化无解的情况。现有技术中，如2017年5月17日公开的中国专利，一种燃气管网规划辅助决策系统，公开号为CN106682804A，通过建立现状管网模型与现状管网负荷数据之间的关联，选出合适的规划任务，但没有改进现有的气网扩容规划系统建立的模型。
技术实现思路
本专利技术为克服现有的气网扩容规划系统建立的模型容易出现优化无解的情况的技术缺陷，提供一种基于放宽约束的气网扩容规划系统和方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种基于放宽约束的气网扩容规划系统，包括气网数据模块、气网优化计算模块和气网成本模块；其中，所述气网优化计算模块包括气网约束模块、气网成本函数模块、数学建模模块和优化输出模块；所述气网数据模块的输出端分别与所述气网约束模块、气网成本函数模块的输入端连接，所述气网约束模块、气网成本函数模块的输出端均与所述数学建模模块的输入端连接，所述数学建模模块的输出端与所述优化输出模块的输入端连接，所述优化输出模块的输出端与所述气网成本模块连接；所述气网数据模块用于提供气网网架结构数据、气网气源容量上下限数据、气网管道潮流上下限数据和气网负荷数据；所述气网优化计算模块用于接收所述气网数据模块提供的数据，并结合气网约束条件和规划成本函数建立扩容规划系统模型，最后求解扩容规划系统模型获得优化结果并输出；所述气网约束模块用于提供气网约束条件；所述气网成本函数模块用于计算气网规划成本；所述数学建模模块用于根据气网约束条件和气网规划成本函数构建扩容规划系统的数学模型；所述优化输出模块用于优化求解扩容规划系统的数学模型并输出优化结果；所述气网成本模块用于接收所述优化输出模块输出的优化结果，计算得到规划总成本。优选的，所述气网约束模块包括气网负荷平衡约束模块、气网节点气压约束模块、气网潮流约束模块和气网气源容量约束模块；所述气网负荷平衡约束模块、气网节点气压约束模块、气网潮流约束模块、气网气源容量约束模块的输入端均与所述气网数据模块的输出端连接；所述气网负荷平衡约束模块、气网节点气压约束模块、气网潮流约束模块、气网气源容量约束模块的输出端均与所述数学建模模块的输入端连接；所述气网负荷平衡约束模块用于提供气网负荷平衡约束条件；所述气网节点气压约束模块用于提供气网节点气压约束条件；所述气网潮流约束模块用于提供气网潮流约束条件；所述气网气源容量约束模块用于提供气网气源容量约束条件。优选的，所述气网负荷平衡约束模块提供的气网负荷平衡约束条件为：所述气网节点气压约束模块提供的气网节点气压约束条件为：所述气网潮流约束模块提供的气网潮流约束条件为：所述气网气源容量约束模块提供的气网气源容量约束条件为：GWwt≥GWw，min其中，GWwt表示气网气源w在时刻t的供气量，W为气网气源数目，GDt表示气网在时刻t的气网负荷矩阵；wm，wn分别表示气网管道的首端节点和末端节点的气压，wm，min，wn，min分别表示该节点的最小气压值；GLl为气网管道l潮流，Cp为韦茅斯常数，通常大于0，wl，m，wl，n分别为气网管道l首端节点和末端节点的气压，GLl，min为气网对应管道l潮流下限值；GWw，min表示气网气源w供气量的下限值。优选的，所述气网成本函数模块包括气网运营购气成本函数模块、气网气源容量扩容建设成本函数模块和气网管道扩容建设成本函数模块；所述气网运营购气成本函数模块、气网气源容量扩容建设成本函数模块和气网管道扩容建设成本函数模块的输入端均与所述气网数据模块的输出端连接；所述气网运营购气成本函数模块、气网气源容量扩容建设成本函数模块和气网管道扩容建设成本函数模块的输出端均与所述数学建模模块的输入端连接；所述气网运营购气成本函数模块用于计算气网运营时为满足气网负荷的购气成本；所述气网气源容量扩容建设成本函数模块用于计算当气网气源无法满足当前气网负荷需要对气源容量进行扩容所需成本；所述气网管道扩容建设成本函数模块用于计算气网管道容量无法满足当前气网气源供气容量需求时对管道容量进行扩容所需成本。优选的，所述气网运营购气成本函数模块中计算气网运营时为满足气网负荷的购气成本的函数为所述气网气源容量扩容建设成本函数模块中计算气网气源容量扩容建设成本的函数为：SWwt＝u(GWwt-GWw，max)*(GWwt-GWw，max)*Φw所述气网管道扩容建设成本函数模块中计算气网管道扩容建设成本的函数为：SLlt＝u(GLlt-GLl，max)*(GLlt-GLl，max)*ωl其中，GWwt表示气网气源w在时刻t的供气量，W为气网气源数目，GW_pricew表示气网气源w的供气成本；SWwt为第w个气源在时刻t的容量扩容建设成本，函数u()表示替代可导函数，GWw，max为第w个气源的供气容量上限，Φw为第w个气源的扩容建设价格系数；SLlt为第l条气网管道在时刻t的扩容建设成本，GLlt为第l条气网管道在时刻t的潮流，GLl，max为线路l潮流上限，ωl为第l条气网管道的扩容建设价格系数。优选的，所述数学建模模块构建的扩容规划系统的数学模型为：目标函数：约束条件：GWwt≥GWw，min其中，NW为气网气源数量，NL为气网管道数量，GLl为气网管道l潮流。优选的，所述优化输出模块包括气网气源供气量数据模块和气网管道潮流数据模块，所述气网气源供气量数据模块和气网管道潮流数据模块的输入端均与所述数学建模模块的输出端连接，所述气网气源供气量数据模块和气网管道潮流数据模块的输出端均与所述气网成本模块的输入端连接；所述气网气源供气量数据模块通过对数学建模模块中的数学模型进行优化计算得到气网气源供气量数据；所述气网管道潮流数据模块通过对数学建模模块中的数学模型进行优化计算得到气网管道潮流数据。优选的，所述气网成本模块包括气网购气成本矩阵模块、气源容量扩容建设成本矩阵模块、气网管道扩容建设成本矩阵模块和规划总成本模块；所述气网购气成本矩阵模块、气源容量扩容建设成本矩阵模块的输入端均与所述气网气源供气量数据模块的输出端连接，所述气网管道扩容建设成本矩阵模块的输入端与所述气网管道潮流数据模块的输出端连接；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于放宽约束的气网扩容规划系统，其特征在于，包括气网数据模块、气网优化计算模块和气网成本模块；其中，所述气网优化计算模块包括气网约束模块、气网成本函数模块、数学建模模块和优化输出模块；/n所述气网数据模块的输出端分别与所述气网约束模块、气网成本函数模块的输入端连接，所述气网约束模块、气网成本函数模块的输出端均与所述数学建模模块的输入端连接，所述数学建模模块的输出端与所述优化输出模块的输入端连接，所述优化输出模块的输出端与所述气网成本模块连接；/n所述气网数据模块用于提供气网网架结构数据、气网气源容量上下限数据、气网管道潮流上下限数据和气网负荷数据；/n所述气网优化计算模块用于接收所述气网数据模块提供的数据，并结合气网约束条件和规划成本函数建立扩容规划系统模型，最后求解扩容规划系统模型获得优化结果并输出；/n所述气网约束模块用于提供气网约束条件；/n所述气网成本函数模块用于计算气网规划成本；/n所述数学建模模块用于根据气网约束条件和气网规划成本函数构建扩容规划系统的数学模型；/n所述优化输出模块用于优化求解扩容规划系统的数学模型并输出优化结果；/n所述气网成本模块用于接收所述优化输出模块输出的优化结果，计算得到规划总成本。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于放宽约束的气网扩容规划系统，其特征在于，包括气网数据模块、气网优化计算模块和气网成本模块；其中，所述气网优化计算模块包括气网约束模块、气网成本函数模块、数学建模模块和优化输出模块；
所述气网数据模块的输出端分别与所述气网约束模块、气网成本函数模块的输入端连接，所述气网约束模块、气网成本函数模块的输出端均与所述数学建模模块的输入端连接，所述数学建模模块的输出端与所述优化输出模块的输入端连接，所述优化输出模块的输出端与所述气网成本模块连接；
所述气网数据模块用于提供气网网架结构数据、气网气源容量上下限数据、气网管道潮流上下限数据和气网负荷数据；
所述气网优化计算模块用于接收所述气网数据模块提供的数据，并结合气网约束条件和规划成本函数建立扩容规划系统模型，最后求解扩容规划系统模型获得优化结果并输出；
所述气网约束模块用于提供气网约束条件；
所述气网成本函数模块用于计算气网规划成本；
所述数学建模模块用于根据气网约束条件和气网规划成本函数构建扩容规划系统的数学模型；
所述优化输出模块用于优化求解扩容规划系统的数学模型并输出优化结果；
所述气网成本模块用于接收所述优化输出模块输出的优化结果，计算得到规划总成本。


2.根据权利要求1所述的一种基于放宽约束的气网扩容规划系统，其特征在于，所述气网约束模块包括气网负荷平衡约束模块、气网节点气压约束模块、气网潮流约束模块和气网气源容量约束模块；所述气网负荷平衡约束模块、气网节点气压约束模块、气网潮流约束模块、气网气源容量约束模块的输入端均与所述气网数据模块的输出端连接；所述气网负荷平衡约束模块、气网节点气压约束模块、气网潮流约束模块、气网气源容量约束模块的输出端均与所述数学建模模块的输入端连接；
所述气网负荷平衡约束模块用于提供气网负荷平衡约束条件；
所述气网节点气压约束模块用于提供气网节点气压约束条件；
所述气网潮流约束模块用于提供气网潮流约束条件；
所述气网气源容量约束模块用于提供气网气源容量约束条件。


3.根据权利要求2所述的一种基于放宽约束的气网扩容规划系统，其特征在于，所述气网负荷平衡约束模块提供的气网负荷平衡约束条件为：



所述气网节点气压约束模块提供的气网节点气压约束条件为：



所述气网潮流约束模块提供的气网潮流约束条件为：



所述气网气源容量约束模块提供的气网气源容量约束条件为：
GWwt≥GWw，min
其中，GWwt表示气网气源w在时刻t的供气量，W为气网气源数目，GDt表示气网在时刻t的气网负荷矩阵；wm，wn分别表示气网管道的首端节点和末端节点的气压，wm，min，wn，min分别表示该节点的最小气压值；GLl为气网管道l潮流，Cp为韦茅斯常数，wl，m，wl，n分别为气网管道l首端节点和末端节点的气压，GLl，min为气网对应管道l潮流下限值；GWw，min表示气网气源w供气量的下限值。


4.根据权利要求3所述的一种基于放宽约束的气网扩容规划系统，其特征在于，所述气网成本函数模块包括气网运营购气成本函数模块、气网气源容量扩容建设成本函数模块和气网管道扩容建设成本函数模块；所述气网运营购气成本函数模块、气网气源容量扩容建设成本函数模块和气网管道扩容建设成本函数模块的输入端均与所述气网数据模块的输出端连接；所述气网运营购气成本函数模块、气网气源容量扩容建设成本函数模块和气网管道扩容建设成本函数模块的输出端均与所述数学建模模块的输入端连接；
所述气网运营购气成本函数模块用于计算气网运营时为满足气网负荷的购气成本；
所述气网气源容量扩容建设成本函数模块用于计算当气网气源无法满足当前气网负荷需要对气源容量进行扩容所需成本；
所述气网管道扩容建设成本函数模块用于计算气网管道容量无法满足当前气网气源供气容量需求时对管道容量进行扩容所需成本。


5.根据权利要求4所述的一种基于放宽约束的气网扩容规划系统，其特征在于，所述气网运营购气成本函数模块中计算气网运营时为满足气网负荷的购气成本的函数为



所述气网气源容量扩容建设成本函数模块中计算气网气源容量扩容建设成本的函数为：
SWwt＝u(GWwt-GWw，max)*(GWwt-GWw，max)*Φw

【专利技术属性】
技术研发人员：符政鑫，段意强，许斯滨，吕应龙，许方园，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44