一种电-气综合能源系统协同优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电

【技术实现步骤摘要】
一种电-气综合能源系统协同优化方法


[0001]本专利技术涉及能源系统优化运行方法
，具体涉及一种电
-ꢀ
气综合能源系统协同优化方法。

技术介绍

[0002]随着电力系统与天然气系统耦合程度的不断加深，电-气综合能 源系统的优化运行成为当下研究热点。然而，电力与天然气系统模型 较为复杂，即使是不考虑动态过程的稳态模型也具有较强的非凸非线 性，为优化算法的求解带了巨大挑战。
[0003]以往研究从两个角度出发，一种是对电-气耦合系统进行简化，将 其转化为能用商用求解器求解的模型形式。该方法存在模型不精确的 弊端，且在气网模型中，不同应用场景下的管道问题方程也存在差异， 该方法无法建立起适用于各类场景的普适简化模型。例如，基于凸松 弛或线性近似的综合能源系统优化方法采用二次等式形式的 Weymouth方程描述气网的管道物理模型，基于该二次等式方程采用 分段线性近似或二阶锥松弛方法进行处理，将非凸非线性优化转化为 可由商用求解器有效求解的优化问题。由于近似可能导致调度策略不 可行，且无法根据气网实际情况选择精度最高的拟合管道方程。
[0004]二是采用诸如智能算法的启发式算法来寻求优化模型的最优解， 该方法能够求解较为复杂的模型。但基于该方法的已有研究均未考虑 耦合系统内复杂的网络约束，可能导致调度策略不可行的问题。尽管 智能算法能够实现复杂数学模型的优化求解，但需要将含约束条件的 优化问题转化为无约束优化问题，在已知电-气耦合系统决策变量(机 组出力、气井产气量)后难以获得耦合系统能量流情况，进而无法将 耦合系统网络约束作为罚项写入目标函数中。例如，粒子群智能算法 将机组出力、气井产气表示为粒子的位置，将机组出力上下限、爬坡、 气井产气约束作为罚函数添加至粒子评价函数中，或者根据上述约束 对最优粒子进行修正，但未考虑综合能源系统中的网络拓扑约束。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种电-气综合能源系统协同优化方法，其目的是： 通过电-气综合能源系统能量流计算与粒子群算法的结合实现复杂网 络约束优化问题的求解，增强电-气综合能源系统调度与规划方法的 可行性与经济性。
[0006]本专利技术技术方案如下：
[0007]一种电-气综合能源系统协同优化方法，包括如下步骤：
[0008]S1：建立电-气综合能源系统协同优化运行模型，随机生成粒子位置 和运动速度；
[0009]S2：计算电-气综合能源系统的决策变量；
[0010]S3：根据电-气综合能源系统的决策变量进行能量流计算；
[0011]S4：计算粒子的适应度，更新粒子最优位置与速度；
[0012]S5：判断当前迭代次数是否达到设定最大迭代次数，若是则结束运算， 否则更细迭代次数并返回执行步骤S2。
[0013]作为本方法的进一步改进：步骤S1所述电-气综合能源系统协同 优化运行模型包括电-气综合能源系统的目标函数及约束条件，所述 约束条件包括电力系统约束条件、天然气系统约束条件及耦合约束条 件；
[0014]所述电-气综合能源系统的目标函数为：
[0015][0016]其中表示常规机组的常数项、一次项及二次项成本系数， 表示t时段常规机组的出力，c
w
表示气井的成本系数，f
wt
表示天 然气气井w在t时段的产气量；
[0017]所述电力系统约束条件包括：
[0018]常规机组和燃气机组功率约束：
[0019][0020][0021][0022][0023]其中表示常规机组的最大、最小有功出力，表示 燃气机组的最大、最小有功出力，表示t时段常规机组、燃 气机组的有功出力，表示常规机组的最大、最小无功出力， 表示燃气机组的最大、最小无功出力，表示t时段 常规机组、燃气机组的无功出力；
[0024]常规机组和燃气机组爬坡约束：
[0025][0026][0027]其中表示常规机组的向下、向上爬坡率，表示燃 气机组的向下、向上爬坡率；
[0028]节点电压约束：
[0029][0030]其中v
nt
表示节点电压平方，表示节点电压上下限；
[0031]线路容量约束：
[0032][0033]其中I
lt
表示线路流过电流的平方，表示线路允许流过最大电流； 线路电流约束：
[0034][0035]其中p
lt
表示线路流过有功功率，q
lt
表示线路流过无功功率，表示线 路首端电
压，I
lt
表示支路电流的平方；
[0036]节点潮流方程约束：
[0037][0038][0039]其中P
dt
表示负荷有功功率，G
nm
、B
nm
分别表示节点导纳矩阵的实部和 虚部，表示t时段常规机组、燃气机组的无功出力，Q
dt
表示 负荷的无功功率，e
nt
、f
nt
表示节点电压向量的实部和虚部；
[0040]所述天然气系统约束条件包括：
[0041]天然气气井产气量约束：
[0042][0043]其中表示天然气气井的最大、最小产气量，f
wt
表示天然气 气井w在t时段的产气量；
[0044]天然气网络节点压强约束：
[0045][0046]其中表示天然气网络节点的最大、最小压强，τ
nt
表示节点n 在t时段的压强；
[0047]天然气管道方程约束：
[0048][0049]其中f
pt
表示管道流过的流量，表示管道首端、末端压强，表示管道常数；
[0050]天然气网络的节点流量平衡约束：
[0051][0052]其中w(n)表示与节点n相连的气井，p(n
+
)、p(n-)表示以节点n为首 端、末端节点的管道，d
g
(n)表示与节点n相连的天然气负荷，u
G
(n) 表示与节点n相连的燃气轮机，表示天然气负荷的流量，表示 燃气机组的耗气量；
[0053]电压缩机约束：
[0054][0055]其中HP表示电压缩机的功率，f
in
表示入口流量，P
in
表示入口压强， P
out
表示出口压强，η表示压缩机的效率，α表示多变指数；
[0056]所述耦合约束条件包括：
[0057]燃气轮机耗气量约束：
[0058][0059]其中表示燃气轮机的效率，K表示天然气热值。
[0060]作为本方法的进一步改进：所述步骤S2为：应用粒子群算法进 行求解，将机组出力、气井产气量作为电-气综合能源系统的决策变 量，根据粒子位置计算出对应的机组出力、气井产气量，计算公式为：
[0061][0062][0063]其中表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电-气综合能源系统协同优化方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立电-气综合能源系统协同优化运行模型，随机生成粒子位置和运动速度；S2：计算电-气综合能源系统的决策变量；S3：根据电-气综合能源系统的决策变量进行能量流计算；S4：计算粒子的适应度，更新粒子最优位置与速度；S5：判断当前迭代次数是否达到设定最大迭代次数，若是则结束运算，否则更细迭代次数并返回执行步骤S2。2.如权利要求1所述的电-气综合能源系统协同优化方法，其特征在于：步骤S1所述电-气综合能源系统协同优化运行模型包括电-气综合能源系统的目标函数及约束条件，所述约束条件包括电力系统约束条件、天然气系统约束条件及耦合约束条件；所述电-气综合能源系统的目标函数为：其中表示常规机组的常数项、一次项及二次项成本系数，表示t时段常规机组的出力，c
w
表示气井的成本系数，f
wt
表示天然气气井w在t时段的产气量；所述电力系统约束条件包括：常规机组和燃气机组功率约束：常规机组和燃气机组功率约束：常规机组和燃气机组功率约束：常规机组和燃气机组功率约束：其中表示常规机组的最大、最小有功出力，表示燃气机组的最大、最小有功出力，表示t时段常规机组、燃气机组的有功出力，表示常规机组的最大、最小无功出力，表示燃气机组的最大、最小无功出力，表示t时段常规机组、燃气机组的无功出力；常规机组和燃气机组爬坡约束：常规机组和燃气机组爬坡约束：其中表示常规机组的向下、向上爬坡率，表示燃气机组的向下、向上爬坡率；节点电压约束：其中v
nt
表示节点电压平方，表示节点电压上下限；
线路容量约束：其中I
lt
表示线路流过电流的平方，表示线路允许流过最大电流；线路电流约束：其中p
lt
表示线路流过有功功率，q
lt
表示线路流过无功功率，表示线路首端电压，I
lt
表示支路电流的平方；节点潮流方程约束：节点潮流方程约束：其中P
dt
表示负荷有功功率，G
nm
、B
nm
分别表示节点导纳矩阵的实部和虚部，表示t时段常规机组、燃气机组的无功出力，Q
dt
表示负荷的无功功率，e
nt
、f
nt
表示节点电压向量的实部和虚部；所述天然气系统约束条件包括：天然气气井产气量约束：其中表示天然气气井的最大、最小产气量，f
wt
表示天然气气井w在t时段的产气量；天然气网络节点压强约束：其中表示天然气网络节点的最大、最小压强，τ
nt
表示节点n在t时段的压强；天然气管道方程约束：其中f
pt
表示管道流过的流量，表示管道首端、末端压强，表示管道常数；天然气网络的节点流量平衡约束：其中w(n)表示与节点n相连的气井，p(n
+
)、p(n-)表示以节点n为首端、末端节点的管道，d
g
(n)表示与节点n相连的天然气负荷，u
G
(n)表示与节点n相连的燃气轮机，表示天然气负荷的流量，表示燃气机组的耗气量；电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：董文杰，方正基，周前，张金鑫，李天赋，孙英英，田志强，曲明辉，靳力，姜贵询，郭凯强，张志禄，于浩，赵友国，邓颖奇，王常进，刘刚，杜春艳，李盼盼，张琦，马云飞，刘志刚，
申请(专利权)人：东方电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：