计及用户用能行为的电力-天然气综合能源系统的日前优化调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种计及用户用能行为的电力

【技术实现步骤摘要】
计及用户用能行为的电力
‑
天然气综合能源系统的日前优化调度方法


[0001]本专利技术涉及电力系统优化调度领域，具体的说是一种计及用户用能行为的电力天然气综合能源系统的优化调度策略。

技术介绍

[0002]随着可再生能源的迅速发展，电力系统满足电能实时平衡的压力日渐凸显，当可再生能源出力大于预测值时，电力负荷可能无法完全消纳可再生能源，进而产生弃风弃光现象；当可再生能源出力小于预测值时，会造成常规火电机组的爬坡压力较大。电力
‑
天然气综合能源系统的引入可以很好的解决这一问题，可再生能源丰富的时段可将电力负荷无法消纳的电能通过P2G装置转化为天然气输入到天然气系统，供应天然气负荷，进而提高系统可再生能源消纳能力。以电力—天然气综合能源为代表的多能流耦合协同互补互济被认为是提升新能源消纳比例、提升用能效率的重要载体。相比于传统的能源单级利用形式，电力—天然气综合能源系统对电力和天然气等多种形式能源进行多级利用，通过多能互补提高综合能源利用效率。然而电力—天然气综合能源系统多种形式能量在时空上紧密的耦合、多种能量需求的不均衡、系统安全约束、负荷及可再生能源出力预测等因素的影响,都会增加电力—天然气综合能源系统优化调度问题的复杂程度，传统的单一电力系统优化调度策略难以适用于电力—天然气综合能源系统的优化调度方案的制定。
[0003]柔性负荷作为用户与系统互动的主要形式，已广泛应用于能源系统优化调度问题。用户作为电力—天然气系统的重要参与者，可基于不同时段能源价格的差异调整能源需求量，平抑系统负荷波动，有助于综合系统能源的安全高效运行，对应对可再生能源出力波动具有着重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服现有技术存在的问题，提供一种计及用户用能行为的电力
‑
天然气综合能源系统的日前优化调度方法，以期能考虑用户用能行为对电力
‑
天然气综合能源系统模型的影响，充分发挥用户侧潜力以平抑系统负荷波动，制定最优调度方案，从而能提高系统可再生能源消纳能力，进而能实现电力
‑
天然气综合能源系统的安全高效运行。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]本专利技术一种计及用户用能行为的电力
‑
天然气综合能源系统的日前优化调度方法的特点在于，是按如下步骤进行；
[0007]步骤一、建立考虑用户满意度的用户用能模型：
[0008]步骤1.1、利用式(1)
‑
式(2)分别计算电力系统中节点i的用户满意度和天然气系统中节点m的用户满意度
[0009][0010][0011]式(1)
‑
式(2)中，Ω
T
为调度时段的集合；为电力系统的节点集合；为天然气系统的节点集合；为电力系统中节点i的离散点负荷点集合；为天然气系统中节点m的离散气负荷点集合；T为总调度时段数；为t时段离散电负荷点d的电负荷供应量；为t时段离散电负荷点d的电能最大需求量；为t时段离散气负荷点e的气负荷供应量；F
eL,max
为离散负荷点e的天然气最大需求量；
[0012]步骤1.2、利用式(3)计算电力系统中节点i和天然气系统中节点m所构成的耦合节点im的综合用能满意度
[0013][0014]式(3)中，Ω
LINK
为电力系统与天然气系统的耦合节点集合；α和β为电力系统的用能满意度权重和天然气系统的用能满意度权重；
[0015]步骤二、构建考虑用户满意度的电力系统优化调度模型：
[0016]步骤2.1、利用式(4)构建电力系统优化调度模型的目标函数C
elc
：
[0017][0018]式(4)中，Δ
R
为火电机组的集合；Δ
G
为燃气轮机组的集合；和分别为t时段离散电负荷点d的负荷利用率和功率需求；为发电机组v的启动耗材，为表示t时段发电机组v的启动动作的布尔变量，为火电机组v的停机耗材，为表示t时段发电机组v的停机动作的布尔变量；为燃气轮机组v非燃料运行和维护耗材，η
v
为燃气轮机组v效率，u
m(v),t
为t时段天然气系统中节点m的单位天然气供应耗材，为t时段发电机组v的出力，为燃气轮机组v的单位发电耗材；为t时段的正向爬坡单位功率的耗材；F
tRU
为t时段电力系统的正向爬坡功率；为t时段的负向爬坡单位功率的耗材；F
tRD
为t时段电力系统的负向爬坡功率；
[0019]步骤2.2、构建电力系统优化调度模型的约束条件，包括：节点平衡方程约束、用户满意度约束、发电机组启停约束、发电机组约束、电力系统负荷约束、输电线路约束；
[0020]利用式(5)建立所述节点平衡方程约束：
[0021][0022]式(5)中，为与电力系统中节点i相连的节点集合；为与电力系统中节点i相连的发电机组集合；为与电力系统中节点i相连的RES设备集合；b
ij
为电力系统中节点i和节点j之间的输电线路ij的电纳，δ
i,t
和δ
j,t
分别为t时段电力系统中节点i和节点j的相角，为在t时段可再生能源机组r的出力；λ
i,t
为约束(5)的对偶值，表示t时段电力系统节点i的电能影子定价；
[0023]利用式(6)建立所述考虑用户满意度约束：
[0024][0025]式(6)中，为耦合节点im的综合用能满意度下限值；
[0026]步骤三、以最大化系统运行效益为目标函数，构建天然气系统的日前优化调度模型：
[0027]步骤3.1、利用式(7)构建天然气系统日前优化调度模型的目标函数Cgas：
[0028][0029]式(7)中，为天然气系统中节点m的气源集合；为离散气负荷点e的单位气负荷供应效益；为t时段离散气负荷点e的气负荷量；为t时段气源w的单位天然气供应耗材；
[0030]步骤3.2、构建天然气系统的日前优化调度模型的约束条件，包括：天然气系统节点平衡方程、天然气系统管道潮流约束、气源出力约束、气负荷约束、压缩机约束、节点气压约束；
[0031]利用式(8)建立天然气系统节点平衡方程：
[0032][0033]式(8)中，为流入节点m的压缩机集合；为与节点m相连的燃气轮机组集合；为与节点m相连的天然气系统节点集合；为流出节点m的压缩机集合；θ
k
为压缩机k的首段天然气消耗系数；为t时段压缩机k的气流量；为t时段燃气轮机组v的天然气消耗量；F
mn,t
为t时段天然气系统中节点m和节点n之间的输气管道mn的正向气流量；
[0034]利用式(9)
‑
式(13)建立天然气系统管道潮流约束：
[0035][0036][0037][0038][0039][0040]式(9)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及用户用能行为的电力
‑
天然气综合能源系统的日前优化调度方法，其特征在于，是按如下步骤进行；步骤一、建立考虑用户满意度的用户用能模型：步骤1.1、利用式(1)
‑
式(2)分别计算电力系统中节点i的用户满意度和天然气系统中节点m的用户满意度中节点m的用户满意度中节点m的用户满意度式(1)
‑
式(2)中，Ω
T
为调度时段的集合；为电力系统的节点集合；为天然气系统的节点集合；为电力系统中节点i的离散点负荷点集合；为天然气系统中节点m的离散气负荷点集合；T为总调度时段数；为t时段离散电负荷点d的电负荷供应量；为t时段离散电负荷点d的电能最大需求量；为t时段离散气负荷点e的气负荷供应量；为离散负荷点e的天然气最大需求量；步骤1.2、利用式(3)计算电力系统中节点i和天然气系统中节点m所构成的耦合节点im的综合用能满意度的综合用能满意度式(3)中，Ω
LINK
为电力系统与天然气系统的耦合节点集合；α和β为电力系统的用能满意度权重和天然气系统的用能满意度权重；步骤二、构建考虑用户满意度的电力系统优化调度模型：步骤2.1、利用式(4)构建电力系统优化调度模型的目标函数C
elc
：式(4)中，Δ
R
为火电机组的集合；Δ
G
为燃气轮机组的集合；和分别为t时段离散电负荷点d的负荷利用率和功率需求；为发电机组v的启动耗材，为表示t时段发电机组v的启动动作的布尔变量，为火电机组v的停机耗材，为表示t时段发电机组v的停机动作的布尔变量；为燃气轮机组v非燃料运行和维护耗材，η
v
为燃气轮机组v效率，u
m(v),t
为t时段天然气系统中节点m的单位天然气供应耗材，为t时段发电机组v的出力，
为燃气轮机组v的单位发电耗材；为t时段的正向爬坡单位功率的耗材；为t时段电力系统的正向爬坡功率；为t时段的负向爬坡单位功率的耗材；为t时段电力系统的负向爬坡功率；步骤2.2、构建电力系统优化调度模型的约束条件，包括：节点平衡方程约束、用户满意度约束、发电机组启停约束、发电机组约束、电力系统负荷约束、输电线路约束；利用式(5)建立所述节点平衡方程约束：式(5)中，为与电力系统中节点i相连的节点集合；为与电力系统中节点i相连的发电机组集合；为与电力系统中节点i相连的RES设备集合；b
ij
为电力系统中节点i和节点j之间的输电线路ij的电纳，δ
i,t
和δ
j,t
分别为t时段电力系统中节点i和节点j的相角，为在t时段可再生能源机组r的出力；λ
i,t
为约束(5)的对偶值，表示t时段电力系统节点i的电能影子定价；利用式(6)建立所述考虑用户满意度约束：式(6)中，为耦合节点im的综合用能满意度下限值；步骤三、以最大化系统运行效益为目标函数，构建天然气系统的日前优化调度模型：步骤3.1、利用式(7)构建天然气系统日前优化调度模型的目标函数C
gas
：式(7)中，为天然气系统中节点m的气源集合；为离散气负荷点e的单位气负荷供应效益；为t时段离散气负荷点e的气负荷量；为t时段气源w的单位天然气供应耗材；步骤3.2、构建天然气系统的日前优化调度模型的约束条件，包括：天然气系统节点平衡方程、天然气系统管道潮流约束、气源出力约束、气负荷约束、压缩机约束、节点气压约束；利用式(8)建立天然气系统节点平衡方程：式(8)中，为流入节点m的压缩机集合；为与节点m相连的燃气轮机组集合；为与节点m相连的天然气系统节点集合；为流出节点m的压缩机集合；θ
k
为压缩机k的首段天然气消耗系数；为t时段压缩机k的气流量；为t时段燃气轮机组v的天然气消耗量；F
mn,t
为t时段天然气系统中节点m和节点n之间的输气管道mn的正向气流量；利用式(9)
‑
式(13)建立天然气系统管道潮流约束：
式(9)
‑
式(13)中，为t时段输气管道mn的平均气流量；L
mn,t
为t时段输气管道mn的管存量；L
min
为天然气系统最小管存；K
mn
为输气管道mn的管存系数；π
m,t
为t时段节点m的气压平方；W
mn
为输气管道mn的韦茅斯系数；步骤四、构建天然气系统日前优化调度策略的对偶模型：步骤4.1、利用式(14)构建对偶模型的目标函数步骤4.1、利用式(14)构建对偶模型的目标函数式(14)中，为气源w的出力上限；为气源w的爬坡上限；为t时段离散气负荷点e的最大天然气需求量；为通过压缩机k的最大气流量；和为节点m气压平方的最小值与最大值；η
mn,t
、α
w,t
、τ、λ
m,t
、、和为对偶引入的辅助变量；步骤4.2、构建对偶模型的约束条件：步骤4.2.1、利用式(15)建立与有关项的对偶约束；式(15)中，μ
m,t
和β
e,t
为对偶引入的辅助变量；步骤4.2.2、利用式(16)
‑
式(17)建立与有关项的对偶约束；有关项的对偶约束；式(16)
‑
式(17)中，ω
w,t
为对偶引入的辅助变量；步骤4.2.3、利用式(18)建立与有关项的对偶约束：式(18)中，ψ
C
为天然气系统压缩机集合；为压缩机k的首端节点索引；为压缩机...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙磊，晋旭东，司佳伟，张嘉程，卫尤旺，袁志雨，毕可祯，张智恒，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：