一种电气热综合能源系统优化调度方法技术方案

本申请公开了一种电气热综合能源系统优化调度方法，包括采集电‑气‑热综合能源系统运行数据以及综合能源系统参数；建立P2G运行成本模型；分别建立综合能源系统运行成本目标函数和风电消纳功率目标函数；设定电力系统约束条件、天然气系统约束条件、热力系统约束条件以及电‑气‑热系统耦合约束；对综合能源系统运行成本和风电消纳功率进行多目标优化问题求解。本发明专利技术所提方法合理可行，电转气成本特性对综合能源系统的调度有显著影响，可有效得到综合能源系统运行成本和风电消纳功率的最优折衷解。

【技术实现步骤摘要】
一种电气热综合能源系统优化调度方法
本专利技术属于综合能源系统优化运行
，涉及一种电气热综合能源系统优化调度方法。
技术介绍
在世界范围内，由于大量使用化石能源，导致了严重的环境污染和气候变化。风电以其清洁、廉价、可持续的特性，在有效解决能源和环境问题方面具有巨大的潜力。然而，风电的不确定性给其利用带来了困难，为保持电力系统供需平衡，导致大量弃风。为了克服这一缺点，研究者探索了许多提高风电利用率的方法。由于各种能源之间的互补特性，将多个能源系统如电力、天然气和供热系统综合起来，是提高能源利用效率和系统灵活性的有效途径。在电-气-热综合能源系统(power-gas-heatingintegratedsystem,PGHIS)中，通常采用电转气(power-to-gas,P2G)装置将电能转化为天然气。因此，传统电力系统无法消纳的剩余风电可以转化为天然气。天然气储存方便，并可通过燃烧产生低碳电力或热量。因此，P2G可以有效提高综合系统运行灵活性，以适应风电的波动性，增强系统风电消纳能力。P2G运行成本相对较高，影响了风电利用率和PGHIS调度经济性。与不考虑P2G运行成本的情况相比，P2G的高运行成本限制了其产量。因此，PGHIS利用P2G增加的风电利用量减少，系统的总运行成本也将增加。基于此，PGHIS面临着风电利用与运行经济性的权衡。如何达到风电利用与运行经济最优是利用P2G来消纳更多风电的关键问题。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种电气热综合能源系统优化调度方法。为了实现上述目标，本专利技术采用如下技术方案：一种电气热综合能源系统优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集电-气-热综合能源系统运行数据以及综合能源系统参数；步骤2：建立P2G运行成本模型；步骤3：结合P2G运行成本模型，分别建立综合能源系统运行成本目标函数和风电消纳功率目标函数；步骤4：设定电力系统约束条件、天然气系统约束条件、热力系统约束条件以及电-气-热系统耦合约束；步骤5：对综合能源系统运行成本和风电消纳功率进行多目标优化问题求解。本专利技术进一步包括以下优选方案：优选地，所述电-气-热综合能源系统包括电力系统、天然气系统和热力系统；所述电力系统连接热电联产机组和火电机组，并接入风电场与P2G装置，P2G装置同时连接到天然气系统的储气罐；所述天然气系统包括气源点和储气罐；所述供热系统连接热电联产机组并包含燃气锅炉。优选地，步骤1中，所述综合能源系统运行数据包括用电、燃气、供热负荷功率以及预测风电功率。优选地，步骤2中，建立的P2G运行成本模型为：式中：分别表示第p个P2G装置t时刻消耗的电功率、生成的天然气流量；ηeg表示P2G的转换效率；GHHV表示天然气热值；表示整个调度周期T内P2G的运行成本；CE、CM分别表示电力和CO2的价格；α表示单位产气量的CO2消耗系数。优选地，步骤3中，建立的综合能源系统运行成本目标函数为：式中：F1表示综合能源系统运行成本，表示火电机组m在t时刻的输出功率；表示风电场n在t时刻的输出功率；表示气源点w在t时刻的天然气供应流量；am、bm、cm表示火电机组m的成本系数；表示风电成本系数；表示气源点w的天然气价格；α表示单位产气量的CO2消耗系数；CM分别表示CO2的价格；ηeg表示P2G的转换效率；表示第p个P2G装置t时刻消耗的电功率；Ωtu、Ωw、Ωwell、Ωp2g分别表示火电机组、风电场、气源点、P2G装置集合；建立的风电消纳功率的目标函数为：F2表示风电消纳功率，T为调度周期。优选地，步骤4中，设定电力系统约束条件：式中：表示火电机组m在t时刻的输出功率；表示风电场n在t时刻的输出功率；表示t时刻热电联产机组c(combinedheatandpower,CHP)的发电功率；Pij,t表示线路ij的潮流；表示t时刻节点i的负荷；表示第p个P2G装置t时刻消耗的电功率；Pe,t表示火电机组及CHP的发电功率；分别表示火电机组及CHP的最大、最小发电功率；e表示火电机组或CHP；Ωtu表示火电机组集合；Ωchp表示CHP集合；分别表示火电机组及CHP的向上、向下爬坡率；Δt表示一个调度时段；表示风电场在时刻的预测功率；表示线路的最大输电容量。优选地，步骤4中，设定天然气系统约束条件：ωl,t≤βcom·ωk,t(13)式中：表示气源点w在t时刻的天然气供应流量；表示第p个P2G装置t时刻生成的天然气流量；表示t时刻储气罐s的天然气注入流量和输出流量；qkl,t表示t时刻通过管道kl的天然气流量；表示t时刻节点k的天然气负荷；分别表示t时刻燃气锅炉g和热电联产机组c消耗的天然气流量；分别表示气源点w的天然气供应流量的上、下限；ωk,t表示t时刻节点k的天然气压力值；分别表示节点k压力值上、下限。ωl,t表示t时刻节点l的天然气压力值；βcom表示压缩机的压缩系数；Ckl表示与管道kl温度、长度、内径、压缩因子有关的常数。设定储气约束条件：式中：Ss,t表示t时刻储气罐s的储气量；表示t时刻储气罐s的天然气注入流量和输出流量；表示储气罐s的最大、最小容量；表示储气罐s天然气输入流量和输出流量的上限。优选地，步骤4中，设定热力系统约束条件：式中，分别表示t时刻热电联产机组c和燃气锅炉g的热量输出；表示节点h的热负荷；Ωchp表示CHP集合；Ωgb表示燃气锅炉集合；Ωhload表示热负荷节点集合。优选地，步骤4中，设定电-气-热系统耦合约束条件：式中：表示t时刻热电联产机组c的发电功率；表示CHP的电-热系数；分别表示t时刻热电联产机组c和燃气锅炉g的热量输出；分别表示t时刻燃气锅炉g和热电联产机组c消耗的天然气流量；ηchp表示CHP的能量转换系数；ηgb表示燃气锅炉的能量转换系数；表示第p个P2G装置t时刻生成的天然气流量；GHHV表示天然气热值；表示第p个P2G装置生成天然气的流量最大值；表示CHP机组c的发电功率最大值；表示燃气锅炉g输出热量最大值。优选地，步骤5所述对综合能源系统运行成本和风电消纳功率进行多目标优化问题求解，包括：步骤5.1：将风电消纳功率F2处理为ε不等式约束，得到优化调度模型：minF1式中：F1表示综合能源系统运行成本；F2由参数ε进行约束；步骤5.2：参数ε值由0到最大风电功率逐渐变化，对应每一个参数ε值求解优化调度模型，得到一个单目标问题最优解，组成原多目标问题的Pareto最优解；步骤5.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气热综合能源系统优化调度方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤1：采集电-气-热综合能源系统运行数据以及综合能源系统参数；/n步骤2：建立P2G运行成本模型；/n步骤3：结合P2G运行成本模型，分别建立综合能源系统运行成本目标函数和风电消纳功率目标函数；/n步骤4：设定电力系统约束条件、天然气系统约束条件、热力系统约束条件以及电-气-热系统耦合约束；/n步骤5：对综合能源系统运行成本和风电消纳功率进行多目标优化问题求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种电气热综合能源系统优化调度方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：采集电-气-热综合能源系统运行数据以及综合能源系统参数；
步骤2：建立P2G运行成本模型；
步骤3：结合P2G运行成本模型，分别建立综合能源系统运行成本目标函数和风电消纳功率目标函数；
步骤4：设定电力系统约束条件、天然气系统约束条件、热力系统约束条件以及电-气-热系统耦合约束；
步骤5：对综合能源系统运行成本和风电消纳功率进行多目标优化问题求解。


2.根据权利要求1所述的一种电气热综合能源系统优化调度方法，其特征在于：
所述电-气-热综合能源系统包括电力系统、天然气系统和热力系统；
所述电力系统连接热电联产机组和火电机组，并接入风电场与P2G装置，P2G装置同时连接到天然气系统的储气罐；
所述天然气系统包括气源点和储气罐；
所述供热系统连接热电联产机组并包含燃气锅炉。


3.根据权利要求1或2所述的一种电气热综合能源系统优化调度方法，其特征在于：
步骤1中，所述综合能源系统运行数据包括用电、燃气、供热负荷功率以及预测风电功率。


4.根据权利要求3所述的一种电气热综合能源系统优化调度方法，其特征在于：
步骤2中，建立的P2G运行成本模型为：






式中：分别表示第p个P2G装置t时刻消耗的电功率、生成的天然气流量；ηeg表示P2G的转换效率；GHHV表示天然气热值；表示整个调度周期T内P2G的运行成本；CE、CM分别表示电力和CO2的价格；α表示单位产气量的CO2消耗系数。


5.根据权利要求4所述的一种电气热综合能源系统优化调度方法，其特征在于：
步骤3中，建立的综合能源系统运行成本目标函数为：



式中：F1表示综合能源系统运行成本，表示火电机组m在t时刻的输出功率；表示风电场n在t时刻的输出功率；表示气源点w在t时刻的天然气供应流量；am、bm、cm表示火电机组m的成本系数；表示风电成本系数；表示气源点w的天然气价格；α表示单位产气量的CO2消耗系数；CM分别表示CO2的价格；ηeg表示P2G的转换效率；表示第p个P2G装置t时刻消耗的电功率；Ωtu、Ωw、Ωwell、Ωp2g分别表示火电机组、风电场、气源点、P2G装置集合；
建立的风电消纳功率的目标函数为：



F2表示风电消纳功率，T为调度周期。


6.根据权利要求4所述的一种电气热综合能源系统优化调度方法，其特征在于：
步骤4中，设定电力系统约束条件：















式中：表示火电机组m在t时刻的输出功率；表示风电场n在t时刻的输出功率；表示t时刻热电联产机组c的发电功率；Pij,t表示线路ij的潮流；表示t时刻节点i的负荷；表示第p个P2G装置t时刻消耗的电功率；Pe,t表示火电机组及CHP的发电功率；分别表示火电机组及CHP的最大、最小发电功率；e表示火电机组或CHP；Ωtu表示火电机组集合；Ωchp表示CHP集合；分别表示火电机组及CHP的向上、向下爬坡率；Δt表示一个调度时段；表示风电场在时刻的预测功率；表示线路的最大输电容量。


7.根据权利要求4所述的一种电气热综合能源系统优化调度方法，其特征在于：
步骤4中，设定天然气系统约束条件：

【专利技术属性】
技术研发人员：毛晓波，薛溟枫，陈心扬，吴寒松，费彬，程恩林，卫志农，孙国强，臧海祥，汪永军，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32