一种基于多阶段随机优化的电-气综合能源系统运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多阶段随机优化的电

【技术实现步骤摘要】
一种基于多阶段随机优化的电
‑
气综合能源系统运行方法


[0001]本专利技术属于综合能源系统优化调度领域，具体涉及一种基于多阶段随机优化的电
‑
气综合能源系统运行方法。

技术介绍

[0002]随着间歇性可再生能源发电占比越来越高，电网运行的安全性受到极大地挑战。传统机组(如燃煤机组，核电机组)受到爬坡极限和最小启停时间的约束，无法提供足够的灵活性满足新能源机组的间歇性波动。相比之下，天然气机组具有出色的爬坡特性，这对于平抑间歇性可再生能源发电至关重要。
[0003]值得注意的是，当前电
–
气互联综合能源系统的构建中，电网大多基于日前
‑
实时两阶段运行模型，两阶段模型无法给予电网足够的裕度应对风电实时与预测带来的误差，往往容易造成风电资源被浪费。对于电力系统来说，有必要考虑更复杂的运行模式，如日前
‑
日内
‑
实时三阶段运行，以平抑间歇性的可再生能源注入。同时天然气系统一般采用日前单阶段运行模型。因此，三阶段电力系统运行与单阶段天然气系统运行的协调值得进一步研究。尤其在我国当前综合能源系统、新型电力系统等战略方针下，解决上述问题对于我国新一代低碳能源系统的构建具有重要意义。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于多阶段随机优化的电
‑
气综合能源系统运行方法，其在高比例新能源渗透基础下计及了三阶段的电力系统与单阶段天然气系统的协同运行，耦合元件燃气机组在三个阶段中的出力改变带来的天然气系统运行波动由天然气管存平抑，优化调度模型的仿真结果有望为高比例新能源渗透下的综合能源系统调度策略提供参考。
[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种基于多阶段随机优化的电
‑
气综合能源系统运行方法，包括以下步骤：
[0006]S1：基于风电场历史断面数据，生成一系列典型风电24时段出力场景；
[0007]S2：构建电力系统和天然气系统日前阶段调度模型；
[0008]S3：根据电力系统日前阶段调度模型，构建电力系统日内阶段调度模型；
[0009]S4：根据电力系统日内阶段调度模型，构建电力系统实时阶段调度模型；
[0010]S5：针对电力系统实时阶段调度模型和天然气系统日前阶段调度模型，构建非预期约束；
[0011]S6：对天然气系统日前阶段调度模型(气网模型)进行二阶锥松弛得到目标模型；
[0012]此步骤主要是将整个模型由非线性规划转换为二阶锥规划。由于整个模型的非线性体现在气网模型的约束部分，所以说对气网模型进行二阶锥松弛。
[0013]S7：根据目标模型求得电气互联综合能源系统多阶段优化调度结果。
[0014]进一步地，所述步骤S2中电力系统的日前阶段调度模型为：
[0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021]其中：P
G,v,t
表示非风电机组v在t时刻的有功出力，W
q,t
表示风电机组q在日前阶段预测的t时刻的有功出力，表示在日前阶段各个节点实际供应的负荷，θ
i,t
表示节点i相角，x
ij
表示线路ij的电抗值，和表示非风电机组出力上下限，表示风电机组出力日前最佳预测值，和分别表示风电日前阶段出力上下限，P
L,d,t
表示t时刻负荷需求，表示非风电机组v的爬坡上限，θ
REF,t
表示参考节点相角。
[0022]进一步地，所述步骤S2中天然气系统日前调度模型为：
[0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037]其中，F
S,w,t
表示气源点w在t时刻的供气量，表示日前阶段在t时刻的实际供应的节点气负荷，F
G,v,t
表示燃气机组消耗的天然气，F
mn,t
表示t时刻管道mn首端流入气流量，F
com,k,t
表示加压站k消耗的气流量，F
C,k,t
表示加压站k流经的气流量，表示管道mn平均流量，F
nm,t
表示管道mn末端流入气流量，W
mn
表示管道的Weymouth常数，π
m,t
表示t时刻节点m的天然气压力，和分别表示节点气压上下限，和分别表示气源点每时刻供气上下限，表示气源点爬坡上限，F
L,e,t
表示节点天然气负荷需求，和分别表示加压站进出端口天然气压力，和分别表示加压站压缩比上下限。表示加压站每时刻加压流量上限，θ
k
表示加压站消耗的天然气与流经天然气的能耗比系数，L
mn,t
表示管道mn的天然气存储量(管存)，l
mn
表示管道mn的管存系数，K1为一固定系数，L
min
表示天然气管存下限，μ
G
和H
G
分别表示燃气机组能源转换效率与天然气热值。
[0038]进一步地，所述步骤S3中电力系统日内阶段调度模型为：
[0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045][0046][0047]其中，和表示非风电机组在场景ω中的日内阶段上调整和下调整电功率，表示风电出力在在场景ω中日内阶段的预测值，和表示风电机组在场景ω中出力上下调整电功率，表示节点i在场景ω中的日内阶段的电压相角，表示在日内阶段的场景ω中节点实际供应的电负荷，和分别表示风电日内阶段出力上下限，α
ΔP
和α
ΔW
分别表示非风电机组和风电机组在日内阶段的调整上限，表示风电机组装机容量，表示参考节点在日内阶段场景ω中的电压相角值。
[0048]进一步地，所述步骤S3中天然气系统日内阶段无需调度，燃气机组所消耗气负荷波动引起的不平衡由天然气管存平抑，燃气机组在日内阶段场景ω中等效消耗的天然气为：
[0049][0050]进一步地，所述步骤S4中电力系统实时阶段调度模型为：
[0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059]其中，和分别表示非风电机组的上备用与下备用，表示实时阶段场景ω中能供应的风电，表示实时阶段场景ω中风电弃用量，表示节点i在场景ω中的实时阶段的电压相角，表示在实时阶段的场景ω中节点实际供应的电负荷，和分别表示非风电机组v的上备用上限和下备用上限，表示参考节点在实时阶段场景ω中的电压相角值。
[0060]进一步地，所述步骤S4中天然气系统实时阶段同样无需调度，燃气机组所消耗气负荷波动引起的不平衡由天然气管存平抑，燃气机组在实时阶段场景ω中等效消耗的天然气为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多阶段随机优化的电
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气综合能源系统运行方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：基于风电场历史断面数据，生成一系列典型风电出力场景；S2：构建电力系统和天然气系统日前阶段调度模型；S3：根据电力系统日前阶段调度模型，构建电力系统日内阶段调度模型；S4：根据电力系统日内阶段调度模型，构建电力系统实时阶段调度模型；S5：针对电力系统实时阶段调度模型和天然气系统日前阶段调度模型，构建非预期约束；S6：对天然气系统日前阶段调度模型进行二阶锥松弛得到目标模型；S7：根据目标模型求得电气互联综合能源系统多阶段优化调度结果。2.根据权利要求1所述的一种基于多阶段随机优化的电
‑
气综合能源系统运行方法，其特征在于，所述步骤S2中电力系统的日前阶段调度模型为：特征在于，所述步骤S2中电力系统的日前阶段调度模型为：特征在于，所述步骤S2中电力系统的日前阶段调度模型为：特征在于，所述步骤S2中电力系统的日前阶段调度模型为：特征在于，所述步骤S2中电力系统的日前阶段调度模型为：特征在于，所述步骤S2中电力系统的日前阶段调度模型为：其中：P
G,v,t
表示非风电机组v在t时刻的有功出力，W
q,t
表示风电机组q在日前阶段预测的t时刻的有功出力，表示在日前阶段各个节点实际供应的负荷，θ
i,t
表示节点i相角，x
ij
表示线路ij的电抗值，和表示非风电机组出力上下限，表示风电机组出力日前最佳预测值，和分别表示风电日前阶段出力上下限，P
L,d,t
表示t时刻负荷需求，表示非风电机组v的爬坡上限，θ
REF,t
表示参考节点相角。3.根据权利要求1所述的一种基于多阶段随机优化的电
‑
气综合能源系统运行方法，其特征在于，所述步骤S2中天然气系统日前调度模型为：特征在于，所述步骤S2中天然气系统日前调度模型为：特征在于，所述步骤S2中天然气系统日前调度模型为：特征在于，所述步骤S2中天然气系统日前调度模型为：特征在于，所述步骤S2中天然气系统日前调度模型为：特征在于，所述步骤S2中天然气系统日前调度模型为：
其中，F
S,w,t
表示气源点w在t时刻的供气量，表示日前阶段在t时刻的实际供应的节点气负荷，F
G,v,t
表示燃气机组消耗的天然气，F
mn,t
表示t时刻管道mn首端流入气流量，F
com,k,t
表示加压站k消耗的气流量，F
C,k,t
表示加压站k流经的气流量，表示管道mn平均流量，F
nm,t
表示管道mn末端流入气流量，W
mn
表示管道的Weymouth常数，π
m,t
表示t时刻节点m的天然气压力，和分别表示节点气压上下限，和分别表示气源点每时刻供气上下限，表示气源点爬坡上限，F
L,e,t
表示节点天然气负荷需求，和分别表示加压站进出端口天然气压力，和分别表示加压站压缩比上下限。表示加压站每时刻加压流量上限，表示加压站消耗的天然气与流经天然气的能耗比系数，L
mn,t
表示管道mn的天然气存储量，l
mn
表示管道mn的管存系数，K1为一固定系数，L
min
表示天然气管存下限，μ
G
和H
G
分别表示燃气机组能源转换效率与天然气热值。4.根据权利要求2所述的一种基于多阶段随机优化的电
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气综合能源系统运行方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，杨立，陈胜，孙国强，臧海祥，周亦洲，朱瑛，黄蔓云，韩海腾，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：