一种燃气管网等效储能模型的构建方法及系统技术方案

本发明专利技术属于综合能源系统的运行控制技术领域，公开一种燃气管网等效储能模型的构建方法及系统，其中方法包括：构建燃气管网的动态方程及网络约束模型；构建燃气管网中的各个设备运行约束模型；计算燃气管网中的各个设备间的功率约束区域；定义燃气系统的等效储能模型；计算燃气管网等效储能功率和能量边界参数；对燃气系统的等效储能模型进行整合，获得最终燃气管网等效储能模型。本发明专利技术构建的燃气管网等效储能模型可以方便地嵌入到电力系统的优化调度模型中，与现有方法相比，更加准确地反映了燃气管网的气体暂态过程，提升了调度的精度，同时保证了控制策略的可行性。同时保证了控制策略的可行性。同时保证了控制策略的可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气管网等效储能模型的构建方法及系统


[0001]本专利技术属于综合能源系统的运行控制
，特别涉及一种燃气管网等效储能模型的构建方法及系统。

技术介绍

[0002]当前，在综合能源系统中，燃气管网与电力系统的联合调度存在诸多困难。首先，燃气管网和电网一般是分开运行的，分属于不同的利益主体，因此这两个系统之间存在信息隐私问题。因此电力系统无法直接利用燃气管网的详细模型进行联合调度。其次，燃气管网采用偏微分方程描述其动态过程，给气电系统的联合调度带来了较大的计算负担。再次，燃气管网系统的慢动态特性使得电力系统运行人员对其储能容量的需求难以量化。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提供一种燃气管网等效储能模型的构建方法及系统，采用以下技术方案：
[0004]一种燃气管网等效储能模型的构建方法，包括以下步骤：构建燃气管网的动态方程及网络约束模型；基于燃气管网的动态方程及网络约束模型，构建燃气管网中的各个设备运行约束模型；根据燃气管网中的各个设备运行约束模型，计算燃气管网中的各个设备间的功率约束区域；根据燃气管网中的各个设备间的功率约束区域，定义燃气系统的等效储能模型；计算燃气管网等效储能功率和能量边界参数；通过燃气管网中的各个设备间的功率约束区域、燃气管网等效储能功率和能量边界参数对燃气系统的等效储能模型进行整合，获得最终燃气管网等效储能模型。
[0005]进一步的，构建燃气管网的动态方程包括以下步骤：
[0006]构建燃气管网的动态偏微分方程；
[0007]通过一阶泰勒在流速基值处对动态偏微分方程进行展开，获得最终燃气管网的动态偏微分方程；
[0008]将最终燃气管网的动态偏微分方程离散为差分方程。
[0009]进一步的，构建燃气管网的网络约束模型，具体如下：
[0010]构建燃气管网的网络约束条件；
[0011]将燃气管网的差分方程和网络约束条件转化为燃气管网的状态变量模型；
[0012]构建燃气管网中各个管道的节点气压约束条件。
[0013]进一步的，基于燃气管网的动态方程及网络约束模型，构建燃气管网中的各个设备运行约束模型，具体如下：
[0014]构建天然气井流量和气压约束条件；
[0015]构建压缩机增压的上下限约束条件；
[0016]构建燃气轮机输出功率的约束条件；
[0017]构建电气转化装置输出功率的约束条件；
[0018]基于燃气管网的网络约束模型，并根据燃气轮机输出功率的约束条件和电气转化装置输出功率的约束条件整合燃气管网的状态变量模型，获得燃气管网控制模型。
[0019]进一步的，根据燃气管网中的各个设备运行约束模型，计算燃气管网中的各个设备间的功率约束区域，具体如下：
[0020]将天然气井流量和气压约束条件、压缩机增压的上下限约束条件、燃气轮机输出功率的约束条件、电气转化装置输出功率的约束条件和燃气管网的燃气管网控制模型中涉及前t个时间点的约束条件转化为第一矩阵约束；
[0021]构建单象限高维椭球模型表示燃气管网中的各个设备间的功率约束区域；
[0022]根据燃气轮机输出功率的约束条件、电气转化装置输出功率的约束条件和第一矩阵约束，求解单象限高维椭球模型，获得第二矩阵约束；
[0023]通过第一矩阵约束和第二矩阵约束，确定燃气管网中的各个设备间的功率约束区域。
[0024]进一步的，根据燃气管网中的各个设备间的功率约束区域，定义燃气系统的等效储能模型，具体如下：
[0025]基于第一矩阵约束中涉及前t个时间点的约束条件，获得燃气管网的状态变量模型全部T个时刻的约束条件；
[0026]定义时刻t燃气管网的输出功率；
[0027]根据第一矩阵约束和时刻t燃气管网的输出功率，确定各个时刻燃气管网的输出功率向量；
[0028]根据各个时刻燃气管网的输出功率向量，定义燃气系统的等效储能模型。
[0029]进一步的，计算燃气管网等效储能功率和能量边界参数，具体如下：
[0030]S501、根据燃气管网的状态变量模型全部T个时刻的约束条件构建第一向量优化模型，并进行次迭代求解，若确定当前值为最优解，则输出各时刻燃气管网等效储能功率和能量边界所构成的向量，若确定当前值不是最优解，则进行步骤S502
‑
S505；
[0031]S502、定义在第k次迭代中满足第一向量优化模型所构成的集合
[0032]S503、根据燃气管网的状态变量模型全部T个时刻的约束条件构建第二向量优化模型，并根据集合对第二向量优化模型进行求解得到边界点
[0033]S504、构建第三向量优化模型，并根据边界点求解第三向量优化模型得到第k+1次迭代中的等效储能功率和能量边界参数向量
[0034]S505、在计算得到第k+1次迭代中的等效储能功率和能量边界参数向量后，回到步骤S501继续进行迭代。
[0035]进一步的，通过燃气管网中的各个设备间的功率约束区域、燃气管网等效储能功率和能量边界参数对燃气系统的等效储能模型进行整合，获得最终燃气管网等效储能模型，具体如下：
[0036]根据燃气管网控制模型和时刻t燃气管网的输出功率，获得各个时刻燃气管网中的各个燃气轮机和气电转化装置所构成的索引矩阵P
DEV
；
[0037]根据各个时刻燃气管网中的各个设备的索引矩阵P
DEV
，整合燃气管网中的各个设
备间的功率约束区域、燃气管网等效储能功率和能量边界，获得最终燃气管网等效储能模型。
[0038]进一步的，最终燃气管网等效储能模型，具体如下：
[0039][0040]式中，表示最终燃气管网等效储能模型，P
DEV
表示各个时刻燃气管网中的各个燃气轮机和气电转化装置所构成的索引矩阵，δ
t
表示第t个元素为1，其他元素均为0的向量，表示由全部时刻所构成的集合，E
t
表示时刻t各个边界机组设备间的功率约束区域，η表示由参数决定的常数向量，燃气管网的等效储能区域。
[0041]本专利技术还提供一种燃气管网等效储能模型的构建系统，包括：
[0042]第一模型建立模块，用于构建燃气管网的动态方程及网络约束模型；
[0043]第二模型建立模块，用于基于燃气管网的动态方程及网络约束模型，构建燃气管网中的各个设备运行约束模型；
[0044]第一计算模块，用于根据燃气管网中的各个设备运行约束模型，计算燃气管网中的各个设备间的功率约束区域；
[0045]第三模型建立模块，用于根据燃气管网中的各个设备间的功率约束区域，定义燃气系统的等效储能模型；
[0046]第二计算模块，用于计算燃气管网等效储能功率和能量边界参数；
[0047]第四模型建立模块，用于通过燃气管网中的各个设备间的功率约束区域、燃气管网等效储能功率和能量边界参数对燃气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气管网等效储能模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：构建燃气管网的动态方程及网络约束模型；基于燃气管网的动态方程及网络约束模型，构建燃气管网中的各个设备运行约束模型；根据燃气管网中的各个设备运行约束模型，计算燃气管网中的各个设备间的功率约束区域；根据燃气管网中的各个设备间的功率约束区域，定义燃气系统的等效储能模型；计算燃气管网等效储能功率和能量边界参数；通过燃气管网中的各个设备间的功率约束区域、燃气管网等效储能功率和能量边界参数对燃气系统的等效储能模型进行整合，获得最终燃气管网等效储能模型。2.根据权利要求1所述的燃气管网等效储能模型的构建方法，其特征在于，构建燃气管网的动态方程包括以下步骤：构建燃气管网的动态偏微分方程；通过一阶泰勒在流速基值处对动态偏微分方程进行展开，获得最终燃气管网的动态偏微分方程；将最终燃气管网的动态偏微分方程离散为差分方程。3.根据权利要求2所述的燃气管网等效储能模型的构建方法，其特征在于，构建燃气管网的网络约束模型，具体如下：构建燃气管网的网络约束条件；将燃气管网的差分方程和网络约束条件转化为燃气管网的状态变量模型；构建燃气管网中各个管道的节点气压约束条件。4.根据权利要求1所述的燃气管网等效储能模型的构建方法，其特征在于，基于燃气管网的动态方程及网络约束模型，构建燃气管网中的各个设备运行约束模型，具体如下：构建天然气井流量和气压约束条件；构建压缩机增压的上下限约束条件；构建燃气轮机输出功率的约束条件；构建电气转化装置输出功率的约束条件；基于燃气管网的网络约束模型，并根据燃气轮机输出功率的约束条件和电气转化装置输出功率的约束条件整合燃气管网的状态变量模型，获得燃气管网控制模型。5.根据权利要求4所述的燃气管网等效储能模型的构建方法，其特征在于，根据燃气管网中的各个设备运行约束模型，计算燃气管网中的各个设备间的功率约束区域，具体如下：将天然气井流量和气压约束条件、压缩机增压的上下限约束条件、燃气轮机输出功率的约束条件、电气转化装置输出功率的约束条件和燃气管网的燃气管网控制模型中涉及前t个时间点的约束条件转化为第一矩阵约束；构建单象限高维椭球模型表示燃气管网中的各个设备间的功率约束区域；根据燃气轮机输出功率的约束条件、电气转化装置输出功率的约束条件和第一矩阵约束，求解单象限高维椭球模型，获得第二矩阵约束；通过第一矩阵约束和第二矩阵约束，确定燃气管网中的各个设备间的功率约束区域。6.根据权利要求5所述的燃气管网等效储能模型的构建方法，其特征在于，根据燃气管
网中的各个设备间的功率约束区域，定义燃气系统的等效储能模型，具体如下：基于第一矩阵约束中涉及前t个时间点的约束条件，获得燃气管网的状态变量模型全部T个时刻的约束条件；定义时刻t燃气管网的输出功率；根据第一矩阵约束和时刻t燃气管网的输出功率，确定各个时刻燃气管网的输出功率向量；根据各个时刻燃气管网的输出功率向量，定义燃气系统的等效储能模型。7.根据权利要求6所述的燃气管网等效储能模型的构建方法，其特征在于，计算燃气管网等效储能功率和能量边界参数，具体如下：S501、根据燃气管网的状态变量模型全部T个时刻的约束条件构建第一向量优化模型，并进行次迭代求解，若确定当前值为最优解，则输出各时刻燃气管网等效储能功率和能量边界所构成的向量，若确定当前值不是最优解，则进行步骤S502
‑
S505；S502、定义在第k次迭代中满足第一向量优化模型所构成的集合S503、根据燃气管网的状态变量模型全部T个...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文传，王思远，王彬，蔺晨晖，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：