一种电力天然气耦合系统的多目标规划方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种电力天然气耦合系统的多目标规划方法，包括以下步骤：步骤1，建立电力天然气系统耦合模型；步骤2，建立电力天然气耦合系统多目标规划模型；步骤3，采用加权系数法求解，将多目标规划模型转化为单目标规划模型；步骤4，对单目标规划模型进行求解，得出电力天然气耦合系统的多目标规划的最终方案。本发明专利技术能够实现能源的高效利用，有效降低各类成本的投入，该方法具有经济性和集成系统可靠性等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电力天然气耦合系统的多目标规划方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及到综合能源系统规划的
，尤其涉及一种电力天然气耦合系统的多目标规划方法。

技术介绍

[0002]随着能源需求和环境压力的增加，集中利用传统化石能源的传统经济发展模式正在逐步发生变化，以能源互联网为中心的第三次工业革命正在兴起。近年来，研究人员逐渐开展了综合能源系统的有关研究工作，讨论了能源互联网的基本概念和研究框架等。
[0003]与不同类别的能源比较，天然气的优点显著，它不仅效率高，而且清洁环保。随着天然气系统的不断发展，将其与电力系统相结合的研究愈发普遍。在能源耦合单元中，燃气机组建设时间短、发电效率高、调节速度快，已经得到广泛应用。电力转天然气技术可将电力系统中富余的电力转化为天然气，并促进形成闭环运行的综合能源系统。电力转天然气技术的日趋成熟和商业化，使得天然气和供电系统之间的能量双向流动成为可能，并提高了系统的灵活性。
[0004]电力天然气互联综合能源系统通过电转气装置与燃气轮机实现电力与天然气的相互转化，能有效提高系统运行的灵活性与可靠性，是解决新能源消纳问题与提高能源利用率的有效途径。而随着新能源渗透率的不断提高以及用电需求的多样化，系统的供能侧和负荷侧都存在很强的不确定性，对电气互联综合能源系统的运行调度策略产出较大的影响。因此在充分考虑系统中的不确定因素的基础上进行经济优化调度，具有重要的实际意义。
[0005]现有技术中至少存下以下缺点和不足：目前，相关领域的研究者对综合能源系统的讨论主要集中在跨区级，此外，相关研究忽略了天然气网络状态特性，将其假定为稳定不变的。这些方法的局限在于，上述研究对于以配电系统(具有三相不平衡潮流特性)、配气系统(具有低压天然气网络特性)为主体且能源耦合密切的区域级综合能源系统讨论相对较少，同时，由于电力转天然气技术等技术的应用，天然气系统网络状态会发生改变(如天然气气质改变与引入新的注气点)，传统的分析方法不再适用，具有一定的局限性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种电力天然气耦合系统的多目标规划方法，能够实现能源的高效利用，有效降低各类成本的投入，提高经济性和集成系统可靠性。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0008]一种电力天然气耦合系统的多目标规划方法，其特征在于，包括以下步骤：一种电力天然气耦合系统的多目标规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1：建立电力天然气系统耦合模型；
[0010]步骤2：建立电力天然气耦合系统多目标规划模型及约束条件；
[0011]步骤3：采用加权系数法求解，将多目标规划模型转化为单目标规划模型；
[0012]步骤4：对单目标规划模型进行求解，得出电力天然气耦合系统的多目标规划的最终方案。
[0013]进一步地，在步骤1中，电力天然气耦合系统由天然气系统与电力系统构成，天然气系统包括电转气机组和燃气机组；
[0014]电转气机组产生的天然气与所消耗的电功率关系模型为：
[0015]F
P,m
＝η
P,m
P
P,m
/H
[0016]其中，F
P,m
是将电能经过电转气机组m转化而来的天然气量，η
P,m
是电转气机组m的转化率，P
P,m
是被电转气机组m所利用的电能，H是天然气高热值；
[0017]燃气机组消耗天然气产生电力能源的模型为：
[0018]P
G,n
＝η
G,n
F
G,n
·
H
[0019]其中，P
G,n
是燃气机组n输出电能的有功功率，η
G,n
是燃气机组n的转化率，F
G,n
是被燃气机组n利用掉的天然气。
[0020]建立起电力天然气耦合系统能流平衡模型为：
[0021]P
g,t
+P
w,t
+P
G,t-P
P,t-P
L,t
＝0
[0022]F
N,t
+F
P,t
+(F
out,t-F
in,t
)-F
G,t-F
L,t
＝0
[0023]其中，P
g,t
、P
w,t
和P
G,t
分别是电力系统火电、风电和燃气发电GFP(gas-fired plant)在t时刻输出的有功功率，P
P，t
是电转气P2G(power to gas)机组利用掉的电功率，P
L，t
分别是电负荷消耗的功率，F
N,t
和F
G,t
分别是t时刻天然气系统节点注入和消耗天然气，F
P,t
是天然气系统中t时刻P2G机组产生的天然气，F
L,t
是天然气系统中t时刻天然气负荷消耗，F
out,t
，F
in,t
分别是在t时刻储气罐注入和流出天然气系统的天然气量；
[0024]进一步地，在步骤2中，
[0025]电力天然气耦合系统多目标规划模型的目标函数包括投资成本最少的目标函数、运行成本最低的目标函数、能源短缺成本最优的目标函数和需求侧用户补偿成本最低的目标函数，其中：
[0026]投资成本最少的目标函数为：
[0027][0028]其中，τ表示第τ年，Y1(τ)是第τ年的投资成本，A是一年中的天数，M是备选设备种类，P
iM
是在i处第M类备选设备的额定容量，λ
M
是i处第M类备选设备单位容量的投建成本，是第M类备选设备第τ年状态变量，Ω
M
是综合能源系统中第M类备选设备集合；
[0029]运行成本最低的目标函数为：
[0030][0031]其中，Y2(τ)是第τ年的运行成本，N是运行设备种类，P
iN
(τ,t)是i处第N类运行设备在第τ年t时段内的输出功率，λ
N
是i处单位容量运行成本，T是调度周期内的时段数，Ω
N
是综合能源系统中第N类运行设备集合；
[0032]能源短缺成本最优的目标函数为：
[0033][0034]其中，Y3(τ)是第τ年的能源短缺成本，u、v分别是单位电负荷与单位热负荷的能源短缺成本，分别是能源中心i在t时刻切除的电负荷量和热负荷量；
[0035]需求侧用户补偿成本最低的目标函数：
[0036][0037]其中，Y4(τ)是第τ年的需求侧用户补偿成本，a、b、c分别是削减负荷、转移负荷和替代负荷的单位容量补偿系数，P
iC
(τ,t)、P
iM
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力天然气耦合系统的多目标规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立电力天然气系统耦合模型；步骤2：建立电力天然气耦合系统多目标规划模型及约束条件；步骤3：采用加权系数法求解，将多目标规划模型转化为单目标规划模型；步骤4：对单目标规划模型进行求解，得出电力天然气耦合系统的多目标规划的最终方案。2.根据权利要求1所述的电力天然气耦合系统的多目标规划方法，其特征在于：在所述步骤1中，电力天然气耦合系统由天然气系统与电力系统构成，天然气系统包括电转气机组和燃气机组；电转气机组产生的天然气与所消耗的电功率关系模型为：F
P,m
＝η
P,m
P
P,m
/H其中，F
P,m
是将电能经过电转气机组m转化而来的天然气量，η
P,m
是电转气机组m的转化率，P
P,m
是被电转气机组m所利用的电能，H是天然气高热值；燃气机组消耗天然气产生电力能源的模型为：P
G,n
＝η
G,n
F
G,n
·
H其中，P
G,n
是燃气机组n输出电能的有功功率，η
G,n
是燃气机组n的转化率，F
G,n
是被燃气机组n利用掉的天然气；建立起电力天然气耦合系统能流平衡模型为：P
g,t
+P
w,t
+P
G,t-P
P,t-P
L,t
＝0F
N,t
+F
P,t
+(F
out,t-F
in,t
)-F
G,t-F
L,t
＝0其中，P
g,t
、P
w,t
和P
G,t
分别是电力系统火电、风电和燃气发电GFP在t时刻输出的有功功率，P
P，t
是电转气P2G机组利用掉的电功率，P
L，t
分别是电负荷消耗的功率，F
N,t
和F
G,t
分别是t时刻天然气系统节点注入和消耗天然气，F
P,t
是天然气系统中t时刻P2G机组产生的天然气，F
L,t
是天然气系统中t时刻天然气负荷消耗，F
out,t
，F
in,t
分别是在t时刻储气罐注入和流出天然气系统的天然气量。3.根据权利要求1所述的电力天然气耦合系统的多目标规划方法，其特征在于：在步骤2中，电力天然气耦合系统多目标规划模型的目标函数包括投资成本最少的目标函数、运行成本最低的目标函数、能源短缺成本最优的目标函数和需求侧用户补偿成本最低的目标函数，其中：投资成本最少的目标函数为：其中，τ表示第τ年，Y1(τ)是第τ年的投资成本，A是一年中的天数，M是备选设备种类，P
iM
是在i处第M类备选设备的额定容量，λ
M
是i处第M类备选设备单位容量的投建成本，是第M类备选设备第τ年状态变量，Ω
M
是综合能源系统中第M类备选设备集合；运行成本最低的目标函数为：
其中，Y2(τ)是第τ年的运行成本，N是运行设备种类，P
iN
(τ,t)是i处第N类运行设备在第τ年t时段内的输出功率，λ
N
是i处单位容量运行成本，T是调度周期内的时段数，Ω
N
是综合能源系统中第N类运行设备集合；能源短缺成本最优的目标函数为：其中，Y3(τ)是第τ年的能源短缺成本，u、v分别是单位电负荷与单位热负荷的能源短缺成本，分别是能源中心i在t时刻切除的电负荷量和热负荷量；需求侧用户补偿成本最低的目标函数：其中，Y4(τ)是第τ年的需求侧用户补偿成本，a、b、c分别是削减负荷、转移负荷和替代负荷的单位容量补偿系数，P
iC
(τ,t)、P
iM
(τ,t)、P
iT
(τ,t)分别是节点i在时段t的削减负荷、转移负荷及替代负荷。4.根据权利要求1所述的电力天然气耦合系统的多目标规划方法，其特征在于：在步骤2中，约束条件包括投资建设约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束、能源耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕振华，李强，黄强，李群，孙蓉，韩华春，唐伟佳，汪成根，吴盛军，袁晓冬，史明明，陈兵，吴楠，杨雄，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网江苏省电力有限公司江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：