考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统，包括：综合考虑电、气、热综合能源系统中的能源生产设备及能源存储设备，同时计及网络传输动态特性方程，以系统综合成本最小化为目标函数，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型；确定计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型的约束条件；采用分段线性化方法对模型进行线性化处理，得到机组组合方案。本发明专利技术减少了传统火电机组的频繁启停，优化了其运行时段，提高了风电的接纳空间，增强了系统的经济性及运行灵活性。统的经济性及运行灵活性。统的经济性及运行灵活性。

【技术实现步骤摘要】
考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统


[0001]本专利技术属于综合能源系统
，尤其涉及考虑网络动态特性的综 合能源系统机组组合方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构 成在先技术。
[0003]综合能源系统包含电、气、热能等多种资源，是未来能源互联网发展 的重要载体。热电联产机组、燃气轮机及电锅炉等等多种技术的发展，使 得不同类型能源在生产、传输及分配环节的耦合程度加深。综合能源系统 利用不同能源模块的时空耦合机理，通过多源协同优化，能量动态传输及 多类型储能配置等环节，可以有效提升系统运行的经济性与灵活性。
[0004]由于电力、热力、天然气等能源系统的供、需能量形式不同，因此不 同能源系统的能源传输动态特性有着显著的差异。在这样的形势下，不少 学者对计及网络能量传输的区域综合能源系统的优化调度问题进行了深入 研究，取得了一系列的成果。当前能量传输模型主要分为稳态及动态2种建 模方式。在电—气耦合系统中，气网稳态模型通常不考虑管道压力、温度 等参数对潮流的影响；在电—热耦合系统中，热网稳态模型通常不考虑热 量在传播过程中的时延特性及温度损失。
[0005]上述稳态模型提高了计算效率。但是，考虑网络动态特性的网络传输 方式存在下述优势：
[0006]1)天然气、热水等能源在相应网络中传播所表现出的时延与惯性等动 态特性，相当于为能量传输网络提供一定的储能能力，忽略动态特性则变 相降低了综合能源系统的运行灵活性；
[0007]2)随着能源互联网的发展，“电—气—热”互联增强，考虑气网、热 网动态特性及耦合优化机理，对于提升综合能源网侧传输灵活性具有重要 意义。
[0008]同时，由于多能源耦合程度的加深，将电力系统机组组合问题引入区 域能源互联网框架中分析具有重要的现实意义。传统的电力系统机组组合 问题是为应对区域内源、荷不确定性，通过对各机组的组合方式及出力进 行规划，以期获得最优的经济成本。然后，由于传统电力系统中可用的灵 活性资源较少，当区域内源、荷出现大幅度波动，火电机组需频繁启停以 满足供能需求，由此增加的经济成本不容忽视。而综合能源系统可提供的 灵活性资源众多，如热电联产机组、燃气锅炉等能源转换设备，天然气、 热水由于其自身的动态传输特性更是为系统赋予了一定的储能能力，使得 综合能源系统的运行灵活性得到增强。计及网络动态特性对于合理分配火 电机组运行时段，降低由于频繁启停造成的经济损失具有积极意义。

技术实现思路

[0009]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了考虑网络动态特性的综合 能源系统机组组合方法，所提出的方法有效降低火电机组由于频繁启停增 加的经济成本，在提升风电消纳空间的同时增强系统运行灵活性
[0010]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0011]第一方面，公开了考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法， 包括：
[0012]综合考虑电、气、热综合能源系统中的能源生产设备及能源存储设备， 同时计及网络传输动态特性方程，以系统综合成本最小化为目标函数，构 建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型；
[0013]确定计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型的约 束条件；
[0014]采用分段线性化方法对模型进行线性化处理，得到机组组合方案。
[0015]作为进一步的技术方案，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能 源系统机组组合模型时，采用节点法进行建模。
[0016]作为进一步的技术方案，所述能源生产设备及能源存储设备包括：常 规火电机组、风力发电系统、燃气式CHP、GT及EB；
[0017]以上述后3类设备作为能源耦合单元，燃气式CHP及EB负责供给热 能，GT协助火电机组进行电力调峰；
[0018]同时，设置电、热储能装置，分别用以消纳波动性资源及在严重弃风 时刻限制CHP机组热出力。
[0019]作为进一步的技术方案，所述系统综合成本包括常规机组启停成本、 常规机组运行成本、气源出力成本及弃风成本。
[0020]作为进一步的技术方案，电、气、热综合能源系统机组组合模型的约 束条件包括：电网约束条件、天然气网约束条件、热网约束条件及能量转 换设备约束条件。
[0021]作为更进一步的技术方案，所述电网约束条件包括电网功率平衡约束、 机组出力约束、机组爬坡约束、常规机组最小启停时间及启停状态约束、 电储能装置的相关约束。
[0022]作为更进一步的技术方案，所述天然气网约束条件包括气源通过天然 气网络向气负荷及耦合设备输送气流，气源供应流量的上下限、计及气网 流量的双向性，描述气网管道流量与压力关系的方程、气网节点压力的上 下限约束表示及气网潮流平衡约束表示。
[0023]作为更进一步的技术方案，所述热网约束条件包括采用工质流模型描 述热网潮流、热网平衡约束表示、储热罐相关约束表示。
[0024]作为更进一步的技术方案，所述能量转换设备约束条件包括CHP机组 的能量耦合约束及CHP机组的能量耦合约束表示。
[0025]第二方面，公开了考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合系统， 包括：
[0026]模型构建模块，被配置为：综合考虑电、气、热综合能源系统中的能 源生产设备及能源存储设备，同时计及网络传输动态特性方程，以系统综 合成本最小化为目标函数，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源 系统机组组合模型；
[0027]约束条件确定模块，被配置为：确定计及网络动态特性的电、气、热 综合能源系统机组组合模型的约束条件；
[0028]求解模块，被配置为：采用分段线性化方法对模型进行线性化处理， 得到机组组
合方案。
[0029]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0030]本专利技术提出的一种考虑网络动态特性的天然气网络及热网络建模方 法，其中“管存”用于表征管道中的天然气存储容量，传输延迟和温度损失用 于描述网络传输热水的延迟。
[0031]与传统的电力系统机组组合模型相比，本专利技术提出的一种考虑多能源 协同和网络动态特性的综合能源系统机组组合建模方法，综合考虑能源生 产及存储设备、多能耦合设备及网络动态特性，利用上述灵活性资源实现 电、气、热能源的动态转换。在热负荷高峰时段，热力网络利用传输延时 存储的能量同电锅炉、储热罐等设备配合实现能量由天然气及电能到热能 的动态变换，解耦热电联产机组的“以热定电”模式的同时提升风电消纳 空间；同理，在用电高峰时段，天然气管道中的“管存”配合燃气轮机、 火电机组等设备实现能量由天然气到电能的动态变换，热电联产机组多余 产生的热能则由于动态特性存贮于热力网络中，电负荷的多能供给降低了 火电机组的启停频率，提升了系统的经济性。同时，通过上述协同方式， 区域综合能源系统的运行灵活性得到增强。本专利技术附加方面的优点将在下 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，包括：综合考虑电、气、热综合能源系统中的能源生产设备及能源存储设备，同时计及网络传输动态特性方程，以系统综合成本最小化为目标函数，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型；确定计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型的约束条件；采用分段线性化方法对模型进行线性化处理，得到机组组合方案。2.如权利要求1所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型时，采用节点法进行建模。3.如权利要求1所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，所述能源生产设备及能源存储设备包括：常规火电机组、风力发电系统、燃气式CHP、GT及EB；以上述后3类设备作为能源耦合单元，燃气式CHP及EB负责供给热能，GT协助火电机组进行电力调峰；同时，设置电、热储能装置，分别用以消纳波动性资源及在严重弃风时刻限制CHP机组热出力。4.如权利要求1所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，所述系统综合成本包括常规机组启停成本、常规机组运行成本、气源出力成本及弃风成本。5.如权利要求1所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，电、气、热综合能源系统机组组合模型的约束条件包括：电网约束条件、天然气网约束条件、热网约束条件及能量转换设备约束条件。6.如权利要求5所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，所述电网约束条件包括电网功率平衡约束、机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，李鹏，王秋实，毛一风，黄诗颖，于一潇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：