一种含电转气和储能的区域综合能源系统日前优化调度方法技术方案

本发明专利技术的目的是提供一种含电转气和储能的区域综合能源系统日前优化调度方法，用于兼顾经济性和环保性，为多个能源系统和能量中心提供多维度的调度方案，首先基于能源集线器理论，提出一种含电转气和储能装置的能源集线器模型；随后，综合考虑电力系统、天然气系统和能量中心的运行约束，构建以经济成本最小化和污染气体排放量最小化为多目标的优化调度方法，最后通过模糊选择的决策方法明确调度方案；研究结果表明：引入电转气和储能装置后经济成本降低了6.45%同时污染气体排放量降低了3.43%；计及电转气运行成本对系统优化调度的必要性；所提算法能满足区域综合能源系统日前优化调度要求，既能为调度人员提供多种调度方案也能给出明确的调度方案。

【技术实现步骤摘要】
一种含电转气和储能的区域综合能源系统日前优化调度方法
本专利技术属于区域综合能源日前优化调度
，具体涉及一种含电转气和储能的区域综合能源系统日前优化调度方法。
技术介绍
能源是人类工业生产和社会生活基础，随着环境危机问题日益突出，同时煤炭和石油等传统化石能源不可再生等问题，人们对可持续能源的需求极为迫切。我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和。传统的能源系统存在能源利用率低、能源系统间协调能力差和供能系统整体安全性不高等问题，而且不能实现能源间的优势互补和替代。区域综合能源系统(RegionalIntegratedEnergySystem,RIES)，逐步成为人类能源系统的未来发展趋势，以满足人类能源梯级利用和清洁高效的用能要求。电转气(powertogas,P2G)技术在电价低谷时将电能转化为易大量存储的天然气，在用电高峰时使用存储的天然气发电，实现经济运行和削峰填谷。然而能量中心(energycenter，EC)作为RIES的核心环节，目前EC中鲜有同时考虑P2G和储能装置。热电联产机组(combinedheatandpower，CHP)存在热电比，当电、热负荷比例不匹配时，难以实现最优方式运行。储能装置有能量时序转移的作用，从而改善系统运行灵活性。因此，P2G技术和储能装置在RIES中的运行优化方法是当前研究热点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种含电转气和储能的区域综合能源系统日前优化调度方法，用于兼顾经济性和环保性，为多个能源系统和能量中心提供多维度的调度方案。本专利技术解决其技术问题的技术方案为：一种含电转气和储能的区域综合能源系统日前优化调度方法，包括以下步骤：S1：含P2G和储能的区域综合能源系统建模；S1.1：建立电力系统交流模型；式中ΔPi、ΔQi为i节点的有功功率和无功功率不平衡量，Pi、Qi为i节点注入的有功功率和无功功率，Vi、Vj分别为i、j节点的电压幅值，Gij、Bij为支路的电导和电纳，θij为电压相角差；S1.2：建立天然气系统模型；其中，含压缩机的天然气系统模型为：式中，fcom为流入压缩机的流量；fcp为压缩机消耗的流量；fmi、fon为压缩机入口和出口管道的流量，Kon、Kmi为管道系数；po、pn、pm、pi分别为相应节点的燃气压力；kcp为压缩机的压缩比；Tgas为天然气温度；qgas为天然气热值；α为压缩机的多变指数。不含燃气压缩机的天然气管道流量方程为：式中：φ为函数符号；定义为i、j节点间的压力降；sij用来表示天然气在i、j节点间的流向，由式得到；Kr为管道常数；S1.3：建立能量中心模型第一类能量中心是由变压器、中央空调和CHP机组构成；输入端为电能和天然气，输出端为电负荷和冷/热负荷。输入输出关系为：式中：vAC为电能分配系数；ηT为变压器效率；ηAC为中央空调能效比；和为CHP产生电能与热能的效率；Pe和Ph为EC输入端电功率与天然气功率；Le和Lh为EC输出端电负荷与热负荷。第二类能量中心是由变压器、燃气锅炉和CHP机组构成；输入输出关系为：式中，vCHP为天然气分配系数；ηGB为燃气锅炉的效率。第三类能量中心是在第二类基础上考虑P2G和储能设备；输入输出关系为：式中，v1为P2G的电能分配系数；v2为CHP的天然气分配系数；ηeg为P2G的效率；Pgs、Pes、Phs分别为储气、储电、储热装置的输入功率，充能为正，放能为负；S2：构建含P2G和储能的区域综合能源系统多目标优化调度模型：将电力系统、天然气系统、能量中心综合考虑到多目标优化调度模型中，以经济成本最小化和污染气体排放量最小化为多目标构建优化调度模型，为减小电力系统的网络损耗，经济成本中计及网络损耗所造成的经济损失部分；其中经济成本包含购电成本、购气成本、网络损耗和P2G运行成本，目标函数如式为：式中Ce(t)为t时刻的分时电价；Pe(t)为t时刻的购电量；Cg(t)为t时刻的天然气价格；Pg(t)为t时刻的购气量；Peloss(t)为t时刻的电力网络损耗；T为一个调度周期，取24h；α为生成单位天然气所需CO2系数；CCO2(t)为t时刻CO2价格；PNC(t)为P2G生成的天然气功率，由式PNG＝ηegPP2G得出，PP2G为P2G消耗的电功率；污染气体排放量由两部分组成，即从电网购电时产生的污染气体和消耗天然气时产生的污染气体，目标函数为：式中i为从电网购电时产生污染气体的种类，包括CO2、CO、SO2和氮氧化物；j为EC的编号；λe,i,t为t时刻购电时第i种污染气体的排放因子；λg,j,t为t时刻消耗天然气时第j个EC的排放因子，将天然气视为清洁能源，其排放污染气体种类只包含CO2；N、n分别为污染气体排放种类和EC的数量；S3：系统运行约束条件的确定；约束条件包括：电力系统的约束条件、天然气系统的约束条件、能量中心的约束条件；其中，电力系统的约束条件包括：1.电力系统正常运行时电压水平要在规定范围内，电压约束为：Vimin≤Vi≤Vimax式中，Vimin和Vimax为节点电压的上下限，采用标幺值表示；2.电力系统的线路输送功率不能超过最大功率值，功率约束表示为：式中，为线路输送功率最大值；天然气系统的约束条件包括：1.天然气系统在供应天然气时需要保证管道内压力保持在一定范围内，压力约束为pmin≤pi≤pmax，式中，pmin和pmax为管道压力的上下限，采用标幺值表示；2.燃气压缩机在工作时存在压缩比的约束，约束条件表示为：kmin≤ki≤kmax，式中，kmin和kmax为压缩比的上下限；能量中心的约束条件包括：设备容量约束、能量输入输出约束和储能装置约束；不同类型的能量中心中，第一类能量中心输入输出约束可由设备容量约束表示：式中，和为电能输入的上下限，由于能量中心电量上网时会对电力系统产生一定影响，本文考虑只能购电而不售电；和为天然气输入的上下限；第二类能量中心输入输出约束可由设备容量约束表示，具体表示为：第三类能量中心的输入输出约束表示为：储能装置的数学模型可以统一表示，表示为：式中，和分别为t+1、t时刻储能装置的储能量；x为能量类型，即气、电、热，分别用gs、es、hs表示；δx为储能装置能量自损率；和分别为t时刻储能装置的充/放功率；ηx,c和ηx,d分别为充/放效率；Δt为时段差，取1h；和为最大充/放功率；和为最小充/放功率；和为储能装置的储存上下限；ux为0-1变量，表示储能装置不能同时处于充能和放能状态；表示调度周期开始和结束时储能装置的状态要相等；S4：在MATLAB平台中使用改进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含电转气和储能的区域综合能源系统日前优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：含P2G和储能的区域综合能源系统建模；/nS1.1：建立电力系统交流模型；/n

【技术特征摘要】
1.一种含电转气和储能的区域综合能源系统日前优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：含P2G和储能的区域综合能源系统建模；
S1.1：建立电力系统交流模型；






式中ΔPi、ΔQi为i节点的有功功率和无功功率不平衡量，Pi、Qi为i节点注入的有功功率和无功功率，Vi、Vj分别为i、j节点的电压幅值，Gij、Bij为支路的电导和电纳，θij为电压相角差。
S1.2：建立天然气系统模型；
其中，含压缩机的天然气系统模型为：



式中，fcom为流入压缩机的流量；fcp为压缩机消耗的流量；fmi、fon为压缩机入口和出口管道的流量，Kon、Kmi为管道系数；po、pn、pm、pi分别为相应节点的燃气压力；kcp为压缩机的压缩比；Tgas为天然气温度；qgas为天然气热值；α为压缩机的多变指数。
不含燃气压缩机的天然气管道流量方程为：



式中：φ为函数符号；定义为i、j节点间的压力降；sij用来表示天然气在i、j节点间的流向，由式得到；Kr为管道常数。
S1.3：建立能量中心模型
第一类能量中心是由变压器、中央空调和CHP机组构成；输入端为电能和天然气，输出端为电负荷和冷/热负荷。输入输出关系为：



式中：vAC为电能分配系数；ηT为变压器效率；ηAC为中央空调能效比；和为CHP产生电能与热能的效率；Pe和Ph为EC输入端电功率与天然气功率；Le和Lh为EC输出端电负荷与热负荷。
第二类能量中心是由变压器、燃气锅炉和CHP机组构成；输入输出关系为：



式中，vCHP为天然气分配系数；ηGB为燃气锅炉的效率。
第三类能量中心是在第二类基础上考虑P2G和储能设备；输入输出关系为：






式中，v1为P2G的电能分配系数；v2为CHP的天然气分配系数；ηeg为P2G的效率；Pgs、Pes、Phs分别为储气、储电、储热装置的输入功率，充能为正，放能为负；
S2：构建含P2G和储能的区域综合能源系统多目标优化调度模型：
将电力系统、天然气系统、能量中心综合考虑到多目标优化调度模型中，以经济成本最小化和污染气体排放量最小化为多目标构建优化调度模型，为减小电力系统的网络损耗，经济成本中计及网络损耗所造成的经济损失部分；其中经济成本包含购电成本、购气成本、网络损耗和P2G运行成本，目标函数如式为：



式中Ce(t)为t时刻的分时电价；Pe(t)为t时刻的购电量；Cg(t)为t时刻的天然气价格；Pg(t)为t时刻的购气量；Peloss(t)为t时刻的电力网络损耗；T为一个调度周期，取24h；α为生成单位天然气所需CO2系数；为t时刻CO2价格；PNC(t)为P2G生成的天然气功率，由式PNG＝ηegPP2G得出，PP2G为P2G消耗的电功率；
污染气体排放量由两部分组成，即从电网购电时产生的污染气体和消耗天然气时产生的污染气体，目标函数为：



式中i为从电网购电时产生污染气体的种类，包括CO2、CO、SO2和氮氧化物；j为EC的编号；λe,i,t...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亭岭，刘国庆，熊军华，赵迪迪，焦亚纯，马梦瑶，王梦迪，宋豪，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41