基于灵活储能的电-气耦合网络的多阶段优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于灵活储能的电

【技术实现步骤摘要】
基于灵活储能的电
‑
气耦合网络的多阶段优化调度方法


[0001]本专利技术属于电力系统优化运行领域，尤其涉及一种基于灵活储能的电
‑
气耦合网络的多阶段优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着经济发展，对能源的需求更为广泛，另一方面，能源的枯竭和环境污染问题日益显著。构建新一代的能源系统是达成能源转型的关键，而新一代的能源系统将是以电力系统为核心，通过水能、风能、太阳能、热电、天然气电、氢能、灵活煤电等形式组合而成的综合能源系统(IES,Integrated Energy System)。不同的能源形式在地区、时间、供能对象与特点上大不相同，这也使得综合能源系统规划分析的难度增大。随着信息技术的发展，综合能源系统中各种一次、二次能源之间的互联、转换与协同使用均可以通过先进信息设备构成的信息物理系统(CPS,Cyber
‑
Physical System)实现，这为综合能源整体的规划运行提供了可能。
[0003]目前，对于综合能源的远距离电
‑
气传输网协同运行，国内外学者已经取得了一系列的研究进展，风电接入的电
‑
气综合系统双层经济调度，保护用户隐私的电
‑
气综合能源系统分布协同，电
‑
气耦合系统功能可靠评估与协同方法，考虑源荷波动与燃气机组的建模，以及加入配网层面能源互补技术，均为亟待解决的关键问题。随着可再生清洁能源的深入渗透，风电等不确定性为综合能源优化运行增加了难度。
[0004]目前，电动汽车迅速普及到日常生活中，由于电动汽车也属于一种大容量的移动储能设备，因而储能设备的渗透越来越广泛，如何设计一种考虑储能设备运行特性的电力系统优化调度方法让研究者们纷纷投入探索。其中，不划分阶段的整体调度方法被广泛采纳，但由于储能不能同时进行充放电这一特性，困扰了电力系统优化运行领域的相关研究者们很长一段时间。现阶段解决储能不能同时充放电问题的方法，是在储能的运行建模中，引入能表征储能充放电状态的0
‑
1整数变量，但随着系统规模的扩大以及储能设备在系统中的容量占比扩大，大量0
‑
1整数变量的引入大大加剧了系统的计算成本，这使得该种建模方式并不能很好的进行实时调度求解。专利技术一种能快速求解的考虑大规模储能设备渗透下的电
‑
气综合能源系统优化调度方法已经迫在眉睫。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于灵活储能的电
‑
气耦合网络的多阶段优化调度方法。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现：一种基于灵活储能的电
‑
气耦合网络的多阶段优化调度方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：对电
‑
气耦合网络相应元件进行建模，包括P2G、火电机组、燃气机组、可再生风能和大规模储能系统；考虑电网和天然气网络的两种能流耦合关系，并充分利用P2G设备进行能流的双向转换建模，根据各种设备的运行特征建立数学模型；
[0008]步骤2：提出一种储能的估计
‑
矫正函数，对储能设备进行建模，避免引入储能设备建模中的整数变量，使得多阶段问题整体为一个简单线性规划问题；
[0009]步骤3：以弃风与经济最优为目标函数，构建整个日内多阶段调度模型；求解多阶段调度模型，获得每一阶段各设备的最优决策。
[0010]进一步地，步骤1中，电
‑
气耦合网络相应元件建模，包括：
[0011]1.1)机组发电与响应建模
[0012]式(1)对机组发电能力进行表征，式(2)～(3)使机组的上下旋转备用得以纳入考虑，式(4)～(6)为机组设置了最小的开启与停止限制，式(7)将机组的上下爬坡在各阶段间进行限制与关联；
[0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020]式中，γ为火力发电机组与燃气轮机总集合，T
on,i
、T
off,i
限定了机组的启动与停止时长，H
on,i
、H
off,i
为机组运行最大工况与最小工况；
[0021]1.2)大电网运行建模
[0022]式(8)～(11)描述了大电网的运行直流潮流，式(12)给风力放电机组进行建模，式(13)将全网各个阶段的功率加以平衡，式(14)～(16)为防止潮流越限做出了限制，同时允许系统在极端场景运行；
[0023][0024]pf
hk,t
＝(θ
h,t
‑
θ
k,t
)/x
hk
ꢀꢀꢀ
(9)
[0025][0026]θ
j,t
＝0,j∈REF
ꢀꢀꢀ
(11)
[0027][0028][0029][0030][0031][0032]式中，W为风电机组的合集，指风电场q在t时刻的商用日前预测区间，是与节点h相连的电力用户侧需求量，PLE
h
、PLF
h
分别给节点h流入/流出的能流进行标向，pf
hk,t
为线路hk在t时刻的电力电量表征，θ
h,t
、θ
k,t
是节点h、k在t时刻的相邻节点相位差，ζ
q,t
指风电机组q在t时刻的实际贡献，REF是系统潮流平衡节点的集合，为所有用户侧需求单位的集合；
[0033]2.3)天然气网络运行与特性建模
[0034]式(17)运用线性分段的形式表征燃气机组耗气量，式(18)～(22)总称为天然气动态潮流平衡；其中，式(19)通过sgn(
·
)规定天然气潮流的双向任意流动，式(20)使天然气井产的进出气量特性得以描述，式(23)～(25)为天然气网潮流越限运行状态；
[0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044]式中，α
1,i
、α
2,i
、α
3,i
、α
4,i
为燃气机组的线性分段状态耗气系数，GPE
m
、GPF
m
分别为节
点m的天然气管道集合其中有两个任意流向，gf为线路天然气动态能流平衡量，是与节点m相连的天然气用户需求，IP为交织关联的天然气管道，κ表征了潮流与气压的关键关联信息，pr
m,t
、pr
n,t
为m、n管道t时刻的局部气压值。
[0045]进一步地，步骤2中，储能的估计
‑
矫正函数的提出，包括：
[0046]每一阶段中，储能系统必须将其所存储的能量保持在容量限定范围内，其充放电过程均与前一阶段荷电状态紧密相关，式(26)～(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于灵活储能的电
‑
气耦合网络的多阶段优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对电
‑
气耦合网络相应元件进行建模，包括P2G、火电机组、燃气机组、可再生风能和大规模储能系统；考虑电网和天然气网络的两种能流耦合关系，并充分利用P2G设备进行能流的双向转换建模，根据各种设备的运行特征建立数学模型；步骤2：提出一种储能的估计
‑
矫正函数，对储能设备进行建模，避免引入储能设备建模中的整数变量，使得多阶段问题整体为一个简单线性规划问题；步骤3：以弃风与经济最优为目标函数，构建整个日内多阶段调度模型；求解多阶段调度模型，获得每一阶段各设备的最优决策。2.如权利要求1所述基于灵活储能的电
‑
气耦合网络的多阶段优化调度方法，其特征在于，步骤1中，电
‑
气耦合网络相应元件建模，包括：1.1)机组发电与响应建模式(1)对机组发电能力进行表征，式(2)～(3)使机组的上下旋转备用得以纳入考虑，式(4)～(6)为机组设置了最小的开启与停止限制，式(7)将机组的上下爬坡在各阶段间进行限制与关联；限制与关联；限制与关联；限制与关联；限制与关联；限制与关联；限制与关联；式中，γ为火力发电机组与燃气轮机总集合，T
on,i
、T
off,i
限定了机组的启动与停止时长，H
on,i
、H
off,i
为机组运行最大工况与最小工况；1.2)大电网运行建模式(8)～(11)描述了大电网的运行直流潮流，式(12)给风力放电机组进行建模，式(13)将全网各个阶段的功率加以平衡，式(14)～(16)为防止潮流越限做出了限制，同时允许系统在极端场景运行；
pf
hk,t
＝(θ
h,t
‑
θ
k,t
)/x
hk
ꢀꢀ
(9)θ
j,t
＝0,j∈REF
ꢀꢀ
(11)(11)(11)(11)(11)式中，W为风电机组的合集，指风电场q在t时刻的商用日前预测区间，是与节点h相连的电力用户侧需求量，PLE
h
、PLF
h
分别给节点h流入/流出的能流进行标向，pf
hk,t
为线路hk在t时刻的电力电量表征，θ
h,t
、θ
k,t
是节点h、k在t时刻的相邻节点相位差，ζ
q,t
指风电机组q在t时刻的实际贡献，REF是系统潮流平衡节点的集合，为所有用户侧需求单位的集合；2.3)天然气网络运行与特性建模式(17)运用线性分段的形式表征燃气机组耗气量，式(18)～(22)总称为天然气动态潮流平衡；其中，式(19)通过sgn(
·
)规定天然气潮流的双向任意流动，式(20)使天然气井产的进出气量特性得以描述，式(23)～(25)为天然气网潮流越限运行状态；的进出气量特性得以描述，式(23)～(25)为天然气网潮流越限运行状态；的进出气量特性得以描述，式(23)～(25)为天然气网潮流越限运行状态；的进出气量特性得以描述，式(23)～(25)为天然气网潮流越限运行状态；的进出气量特性得以描述，式(23)～(25)为天然气网潮流越限运行状态；的进出气量特性得以描述，式(23)～(25)为天然气网潮流越限运行状态；的进出气量特性得以描述，式(23)～(25)为天然气网潮流越限运行状态；
式中，α
1,i
、α
2,i
、α
3,i
、α
4,i
为燃气机组的线性分段状态耗气系数，GPE
m
、GPF
m
分别为节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯华，陈晓刚，朱承治，章姝俊，张帆，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：