一种计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电-气联合经济调度方法技术

本发明专利技术公开了一种为电

【技术实现步骤摘要】
一种计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
‑
气联合经济调度方法


[0001]本专利技术涉及电
‑
气联合经济调度领域，特别涉及一种计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
‑
气联合经济调度方法。

技术介绍

[0002]伴随着人类世界对能源的依赖日渐提高，能源已成为人类世界不可或缺的关键部分。然而，能源的生产消费环节产生的环境污染日渐严重，再加上由于传统化石燃料(如煤和石油等)的不可再生性而引发的多次能源危机，促使人们开始关注能源的未来发展问题。在环境污染和能源危机的双重压力下，世界所有国家和地区都开始思考，如何减少能源的开发与使用过程所造成的环境污染、如何才能保持人类世界所需要的能源供给。所以减少能源开发使用过程的污染、提高能源的综合开发利用效率，探索新的能源以及实现可再生能源大规模开发和利用，成为了世界所有国家和地区必须解决的问题。
[0003]随着提高能源综合利用效率需求的产生，人们开始研究多种原本分开规划运行的不同形式能源(如电能、天然气、热能等)的综合利用，进行能源系统的一体化设计，以使得能源开发利用更加高效。其中，天然气网络作为电力系统一次能源的重要来源，加上近几年燃气轮机&电能转化为气能(Power to gas，简称P2G)技术的发展，天然气网络与电力系统的联系日益紧密。为了提高系统运行的整体安全性与经济性，有必要对电
‑
气耦合系统的调度运行进行统一考虑。
[0004]针对电
‑
气耦合系统的分配运行，已有一些科研人员做了相关的研究，提出了电
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气耦合系统的发电机机组组合问题，将电力系统在稳态下的分析方式放到天然气系统中运用，从而提出了电
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气耦合系统的初步模型，建立了电
‑
气耦合系统日前联合调度模型。然而，目前对电
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气耦合系统的调度运行的研究，大部分是基于确定性约束条件下。关于不确定性的研究，主要是针对电负荷、气负荷以及风电功率的不确定性，对天然气管网参数存在的不确定性，缺乏相关的研究，尽管这些不确定性可能影响电
‑
气耦合系统运行的质量甚至安全。
[0005]为了解决这个问题，本方法研究了计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
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气联合经济调度方法，提出了一个计及碳交易和天然气系统管网参数的不确定性的两阶段鲁棒电
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气联合调度模型。并通过大
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M方法将该含双线性项的模型等价地转化为一个自适应线性鲁棒优化问题，该问题可通过列约束生成算法进行求解。该方法能有效地处理电
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气耦合系统中天然气管网参数的不确定性，提高电
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气耦合系统的应对不确定性的能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷或不足，提供一种计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
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气联合经济调度方法。
[0007]本专利技术公开了一种为电
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气耦合系统制定的计及碳交易和天然气管网参数不确定
性的两阶段鲁棒电
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气联合经济调度方法，包括步骤如下：(1)电
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气耦合系统建模：分别构造天然气系统和电力系统求解模型，进而构造计及碳交易的电
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气联合经济调度模型；(2)问题建模：提出电
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气耦合系统的两阶段鲁棒经济调度模型；(3)模型转换：重构不确定性集合和含不确定参数的双线性项，通过大M法将该含双线性项的模型等价地转化为一个自适应线性鲁棒优化问题；(4)求解模型：将优化问题分解，通过列约束生成算法迭代求解得到最优调度方案。
[0008]具体过程如下：
[0009]所述步骤1.电
‑
气耦合系统建模包括以下计算步骤：
[0010]1.1天然气系统约束计算；
[0011]1.2电力系统约束计算；
[0012]1.3系统耦合约束计算；
[0013]1.4目标函数计算；
[0014]所述步骤2中的模型如下：
[0015][0016]其中，总体目标是最小化电
‑
气耦合系统的总运营成本和碳交易成本之和；外层的min问题为电
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气联合两阶段鲁棒优化的第一阶段问题，maxmin为第二阶段问题；得到的最优机组组合x考虑了不确定性集中表示的摩擦阻力系数的所有可能；
[0017]所述步骤2.问题建模包括以下计算步骤：
[0018]2.1不确定集合计算；
[0019]2.2第一阶段问题计算；
[0020]2.3第二阶段问题计算；
[0021]所述步骤3.模型转换包括以下计算步骤：
[0022]3.1重构不确定集合；
[0023]3.2重构含双线性项约束；
[0024]3.3双线性项的线性化；
[0025]3.4两阶段线性鲁棒优化模型转化；
[0026]所述步骤4.求解模型包括以下计算步骤：
[0027]4.1将优化模型进行分解，分解为主问题优化模型和子问题优化模型；
[0028]4.2初始化模型求解的相关参数；
[0029]4.3求解主问题；
[0030]4.4求解子问题；
[0031]4.5收敛判断。
[0032]为了上述背景出现的问题，本方法提出了一个计及碳交易和天然气系统管网参数的不确定性的两阶段鲁棒电
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气联合调度模型。并通过大
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M方法将该含双线性项的模型等价地转化为一个自适应线性鲁棒优化问题，该问题可通过列约束生成算法进行求解，该方法能有效地处理电
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气耦合系统中天然气管网参数的不确定性，提高电
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气耦合系统的应对不确定性的能力。
[0033]本方法是第一个考虑天然气系统管网参数不确定性问题的算法，管网参数不确定
性会影响电
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气耦合系统的实际执行，甚至可能导致电
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气耦合系统的供电不可行或安全问题。由于天然气系统管网参数被设置为不确定参数，建立的两阶段鲁棒GES调度模型有含不确定参数的双线性项，使得鲁棒优化问题的结构更加复杂，处理起来更加困难。为了使所提出的模型更易于处理，本方法采用了重构技术。首先，根据第二阶段问题的最坏情形的性质，引入0
‑
1变量重构不确定性集。然后，通过big
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M方法将模型等价地转化为MILP模型。最后将该模型重构为一个具有混合整数线性约束的两阶段鲁棒优化问题，并通过列约束生成(C&CG)算法来处理。
附图说明
[0034]图1为本专利技术电
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气联合鲁棒优化模型C&CG算法求解步骤流程图。
[0035]图2为本专利技术的电
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
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气联合经济调度方法，包括步骤如下：步骤1.电
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气耦合系统建模：分别构造天然气系统和电力系统求解模型，进而构造计及碳交易的电
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气联合经济调度模型；步骤2.问题建模:构造计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
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气耦合系统的两阶段鲁棒经济调度模型；步骤3.模型转换：重构不确定性集合和含不确定参数的双线性项，通过大M法将该含双线性项的模型等价地转化为一个自适应线性鲁棒优化问题；步骤4.求解模型：将优化问题分解，通过列约束生成算法迭代求解得到最优调度方案；其特征在于，所述步骤1.电
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气耦合系统建模包括以下计算步骤：1.1天然气系统约束计算；1.2电力系统约束计算；1.3系统耦合约束计算；1.4目标函数计算；所述步骤2中的模型如下：其中，总体目标是最小化电
‑
气耦合系统的总运营成本和碳交易成本之和；外层的min问题为电
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气联合两阶段鲁棒优化的第一阶段问题，maxmin为第二阶段问题；得到的最优机组组合x考虑了不确定性集中表示的摩擦阻力系数的所有可能；所述步骤2.问题建模包括以下计算步骤：2.1不确定集合计算；2.2第一阶段问题计算；2.3第二阶段问题计算；所述步骤3.模型转换包括以下计算步骤：3.1重构不确定集合；3.2重构含双线性项约束；3.3双线性项的线性化；3.4两阶段线性鲁棒优化模型转化；所述步骤4.求解模型包括以下计算步骤：4.1将优化模型进行分解，分解为主问题优化模型和子问题优化模型；4.2初始化模型求解的相关参数；4.3求解主问题；4.4求解子问题。2.根据权利要求1所述的一种计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
‑
气联合经济调度方法，其特征在于，所述步骤1.1和1.2不分先后顺序，按以下方法计算：
1.1天然气系统约束：天然气流动过程中的流体动量守恒，天然气系统的纳维
‑
斯托克斯动量方程的线性化化简形式如下：其中，A表示天然气管道的横截面积，M表示天然气质量流量，即天然气管道中单位时间内通过的天然气质量，L表示天然气管道的长度，p表示节点处的天然气压力，λ表示天然气管道的摩擦阻力系数，ω表示管道内天然气流速，d表示天然气管道的直径；在天然气传输使用的过程中，应保持总质量的守恒，即满足物质守恒；物质平衡方程如下:ρ
j,t+1
+ρ
i,t+1
‑
ρ
j,t
‑
ρ
i,t
+Δt[M
j,t+1
‑
M
i,t+1
+M
j,t
‑
M
i,t
]/L
ij
A
ij
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)针对于天然气系统中的任意节点，有如下状态方程：边界条件：1.1.1.天然气系统的源节点处：ρ
i,t
＝ρ
Si,0
,p
i,t
＝p
Si,0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)1.1.2.汇节点处：M
i,t
＝M
Di,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)1.1.3.交叉节点处：ρ
i,t
＝ρ
i+1,t
＝ρ
i+2,t
……ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)1.2电力系统约束：直流潮流约束：旋转备用约束：旋转备用约束：旋转备用约束：旋转备用约束：
爬坡约束：传输容量约束：机组启停约束：机组启停约束：机组启停约束：机组启停约束：3.根据权利要求2所述的一种计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
‑
气联合经济调度方法，其特征在于，所述步骤1.3系统耦合约束的详细计算过程如下：燃气轮机即是使用天然气进行发电的发电机组，能够采出天然气系统里的天然气转化电能进入电力系统；则燃气轮机产生的电能与消耗的天然气之间的关系可以表示为：P
Gn,t
＝η
in
M
Di,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)P
Gn,t
代表燃气轮机产生电能的电功率，η
in
表示燃气轮机的能量转换系数，M
Di,t
表示天然气系统燃气轮机消耗的天然气质量流量。4.根据权利要求3所述的一种计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
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气联合经济调度方法，其特征在于，所述步骤1.3目标函数的详细计算过程如下：为了充分发挥电
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气联合调度的经济和环保效益，本方法引入了碳交易机制，以促进系统从高排放能耗向低排放能耗转变；电
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气联合调度系统的目标是最小化总运营成本和碳交易成本之和：min(F1+F2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)其中，电
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气耦合系统总运营成本F1：：和分别代表两个系统的运行成本函数；碳交易成本F2：
代表碳交易价格，和表示发电机的碳排放量和分配的碳排放量；δ
g
和μ
g
表示单位有功产出的碳排放强度和碳排放分配，对于燃煤发电机组和燃气发电机组，δ
g
和μ
g
的值不同。5.根据权利要求4所述的一种计及碳交易和天然气管网参数不确定性的电
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气联合经济调度方法，其特征在于，2.1不确定集合：这里采用盒式不确定集合来刻画不确定参数来刻画不确定参数代表摩擦阻力系数的所有可能构成的盒式不确定集合；都是取值为0到1的变量，将不确定参数进行标准化；Γ
λ
表示不确定集合中，摩擦阻力系数的预算水平；λ表示摩擦阻力系数的预测值；Δλ表示摩擦阻力系数预测值的波动范围，其中：力系数预测值的波动范围，其中：2.2第一阶段问题：外层的min问题为电
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气联合两阶段鲁棒优化的第一阶段问题，即电
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气耦合系统的日前调度；其中，x代表第一阶段决策变量，包括发电机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖志戈，江疆，黄明磊，顾延勋，罗科，刘尧，陈淼，郭斯晓，邓丽芬，杜子鹏，赖嘉源，肖良，王大鹏，童铸，赵爽，赵嘉，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司珠海供电局，
类型：发明
国别省市：