【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统优化运行，特别是涉及一种基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法。
技术介绍
1、随着能源危机问题愈发凸显，在“双碳”框架下的新型能源系统逐渐向电、气、热等多种能源的统筹协调利用的趋势发展。在引入多元可再生能源、耦合多种异质能源类型的能源互联网中，能源开发的技术和成本、能源传输的成本和损耗、可再生能源本身的随机性、间歇性、波动性、反调峰特征等问题，在多种能源紧密耦合、灵活转换的过程中得到解决。通过能源转换设备，多网络中的异质能源在运行调度、交易出清等方面的相互影响，这种多种能源统筹协调的综合能源体系，能够传递异质能源网络间的供需信息、价格信号，优化资源配置、提高系统效率，最终实现集约利用能源、综合提高能效的目的。
2、目前，对综合能源系统协同运行的研究取得了很多成果，主要涉及耦合建模、协调运行和协同优化规划等领域。例如在文献“m.niu,c.gao,and t.chen.energy pricingmechanism considering energy converter devices as components of pan-energytransmission system[j],ieee transactions on smart grid,2022,13(2):1061-1074”中将能量转换装置作为泛能源传输系统的组成部分，通过改变能源转换装置参与能源市场的方式提出一种新的天然气-电力的耦合市场模式，从而提高了社会福利和市场效率。但其中能源转换装置仅考虑了单向转换设备，即燃
3、随着化学材料领域研究的进一步推进，支持能流可逆运行的固体氧化物电池(rsoc)凭借其双向能流和高效率电-气转换的特点，将为实现异质能源在单场景内的双向转换提供可能，进一步提高综合能源网络的运行效率，降低产能成本，对于双向耦合的电力-天然气综合系统的构建提供技术基础。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，提高综合系统经济效益。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，包括以下步骤：
3、构建基于可逆固体氧化物电池双向耦合的电力-天然气耦合网络模型；
4、以综合能源交易的效益最高为目标，构建电力-天然气综合系统的目标函数，并设定电力-天然气综合系统协同运行的约束条件；
5、基于所述电力-天然气耦合网络模型和约束条件，采用基于随机场景的优化算法优化所述目标函数，得到最低的综合产能成本，并基于所述最低的综合产能成本得到优化后的电力-天然气耦合系统调度结果。
6、所述电力-天然气耦合网络模型包括电力系统稳态模型、天然气系统稳态模型和rsoc耦合装置的双向能量转换模型。
7、所述电力系统稳态模型为：其中，和分别是节点i上的负荷和电源的集合，是与节点i相连的rsoc设备的集合，pd为负荷d的负荷功率，ps为电源s的电源出力功率，pr为rsoc设备r的转换功率，e(i)表示所有与节点i相连并形成电力线路的节点的集合，bij是节点i和节点j之间的线路电纳，δi和δj分别表示节点i上的电压相位角和节点j上的电压相位角。
8、所述天然气系统稳态模型为：其中，fmn为节点m与节点n间的管道流量，wmn为节点m与节点n间的weymouth方程中气流传输常数，πm和∏n分别表示节点m与节点n的压力平方，lmn表示节点m与节点n间的管道的长度，dmn表示节点m与节点n间的管道的直径，ta为天然气的平均温度，g为天然气比重，za为天然气的平均可压缩系数，和分是节点i上的天然荷和天然供源的集合，gs′表示天然气供应源s′的输出流量，dd′表示天然气负荷d′的输入流量，g(i)表示所有点i相并形成天然气管道的节点的集合，fik是点i和节点k之的管道流量。
9、所述rsoc耦合装置的双向能量转换模型表示为：其中，pr为rsoc设备r的转换功率，α1和β1分别是rsoc耦合设备在sofc模式下通过试验曲线拟合得到的二次函数系数，α2和β2分别是rsoc耦合设备在soec模式下通过试验曲线拟合得到的二次函数系数，n′表示单位体积氢气的电子量，f为法拉第常量，fh2为单位时间的氢气流量，并将电网流向天然气网作为正方向。
10、所述电力-天然气综合系统的目标函数为：其中，ωel和ωgl分别是发电机组s和天然气供应源s′的集合，λel和λgl分别是电力负荷d和天然气负荷d′的集合，pd和ps分别表示某节点上的电力负荷d的负荷功率和发电机组s的电源出力功率，fd′和fs′分别表示某节点上的天然气负荷和供应源流量，是电力市场在需求侧的出清价格，是天然气市场在需求侧的出清价格，是电力市场在供应侧的出清价格，是天然气市场在供应侧的出清价格。
11、所述电力-天然气综合系统协同运行的约束条件包括：
12、电力系统运行约束条件：其中，pd和ps分别表示某节点上的电力负荷d的负荷功率和发电机组s的电源出力功率，为某节点上的电力负荷d的最大负荷功率，为某节点上发电机组s的最大电源出力功率，bij是节点i和节点j之间的线路电纳，δi和δj分别表示节点i上的电压相位角和节点j上的电压相位角，为节点i和节点j之间的最大线路电流，δmin和δmax分别表示电压相位角的最小值和最大值，δref为参考相角；
13、天然气网络运行约束条件：其中，πi(t)表示t时刻节点i的节点压力，πi,min(t)和πi,max(t)分别表示节点i的节点压力的最小值和最大值，gs(t)表示气体输入流量，gs,min(t)和gs,max(t)分别表示气体输入的最小流量和最大流量；
14、rsoc设备运行约束条件：其中，pr为rsoc设备r的转换功率，为rsoc设备的最大功率，为rsoc设备的最小功率，ηrsoc为rsoc设备的转换效率，为rsoc设备的最大效率。
15、所述基于所述电力-天然气耦合网络模型和约束条件，采用基于随机场景的优化算法优化所述目标函数，得到最低的综合产能成本，并基于所述最低的综合产能成本得到优化后的电力-天然气耦合系统调度结果，具体包括：
16、采用正态分布随机模拟出电网和天然气网用户的负荷曲线以及价格曲线；
17、根据负荷曲线以及价格曲线确定每个时刻下电力-天然气耦合网络模型，并设定rsoc设备的规模，初始化rsoc设备的0时刻运行模式；
18、采用优化算法优化所述目标函数，得到满足系统负荷需求的最低的综合产能成本；
19、输出最低的综合产能成本对应的调度条件下的发电机组的启停和功率曲线、天然气源的开启和气流量曲线、rsoc设备的运行模式和传输功率曲线，形成优化后的电力-天然气耦合系统调度方案。
20、本专利技术解决其技术问题所采用的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述电力-天然气耦合网络模型包括电力系统稳态模型、天然气系统稳态模型和rSOC耦合装置的双向能量转换模型。
3.根据权利要求2所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述电力系统稳态模型为：其中，和分别是节点i上的负荷和电源的集合，是与节点i相连的rSOC设备的集合，Pd为负荷d的负荷功率，Ps为电源s的电源出力功率，Pr为rSOC设备r的转换功率，E(i)表示所有与节点i相连并形成电力线路的节点的集合，bij是节点i和节点j之间的线路电纳，δi和δj分别表示节点i上的电压相位角和节点j上的电压相位角。
4.根据权利要求2所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述天然气系统稳态模型为：其中，Fmn为节点m与节点n间的管道流量，Wmn为节点m与节点n间的Weymouth方程中气流传输常数，Πm和Πn分别表示节点m与节点n
5.根据权利要求2所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述rSOC耦合装置的双向能量转换模型表示为：其中，Pr为rSOC设备r的转换功率，α1和β1分别是rSOC耦合设备在SOFC模式下通过试验曲线拟合得到的二次函数系数，α2和β2分别是rSOC耦合设备在SOEC模式下通过试验曲线拟合得到的二次函数系数，n′为单位体积氢气的电子量，F为法拉第常量，FH2为单位时间的氢气流量，并将电网流向天然气网作为正方向。
6.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述电力-天然气综合系统的目标函数为：其中，ΩEL和ΩGL分别是发电机组s和天然气供应源s′的集合，ΛEL和ΛGL分别是电力负荷d和天然气负荷d′的集合，Pd和Ps分别表示某节点上的电力负荷d的负荷功率和发电机组s的电源出力功率，Fd′和Fs′分别表示某节点上的天然气负荷和供应源流量，是电力市场在需求侧的出清价格，是天然气市场在需求侧的出清价格，是电力市场在供应侧的出清价格，是天然气市场在供应侧的出清价格。
7.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述电力-天然气综合系统协同运行的约束条件包括：
8.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述基于所述电力-天然气耦合网络模型和约束条件，采用基于随机场景的优化算法优化所述目标函数，得到最低的综合产能成本，并基于所述最低的综合产能成本得到优化后的电力-天然气耦合系统调度结果，具体包括：
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8中任一所述基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一所述基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述电力-天然气耦合网络模型包括电力系统稳态模型、天然气系统稳态模型和rsoc耦合装置的双向能量转换模型。
3.根据权利要求2所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述电力系统稳态模型为：其中，和分别是节点i上的负荷和电源的集合，是与节点i相连的rsoc设备的集合，pd为负荷d的负荷功率，ps为电源s的电源出力功率，pr为rsoc设备r的转换功率，e(i)表示所有与节点i相连并形成电力线路的节点的集合，bij是节点i和节点j之间的线路电纳，δi和δj分别表示节点i上的电压相位角和节点j上的电压相位角。
4.根据权利要求2所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述天然气系统稳态模型为：其中，fmn为节点m与节点n间的管道流量，wmn为节点m与节点n间的weymouth方程中气流传输常数，πm和πn分别表示节点m与节点n的压力平方，lmn表示节点m与节点n间的管道的长度，dmn表示节点m与节点n间的管道的直径，ta为天然气的平均温度，g为天然气比重，za为天然气的平均可压缩系数，和分是节点i上的天然荷和天然供源的集合，gs′表示天然气供应源s′的输出流量，dd′表示天然气负荷d′的输入流量，g(i)表示所有点i相并形成天然气管道的节点的集合，fik是点i和节点k之的管道流量。
5.根据权利要求2所述的基于可逆固体氧化物电池的气电双向耦合统一运行方法，其特征在于，所述rsoc耦合装置的双向能量转换模型表示为：其中，pr为rsoc设备r的转换功率，α1和β1分别是rsoc耦合设备在sofc模式下通过试...
【专利技术属性】
技术研发人员：左娟，吴心弘，王泽荣，黄祯媛，陈涛，高赐威，梁英，吕广宪，王文博，许崇鑫，季宇，寇凌峰，马胜奎，张颖，
申请(专利权)人：国网上海能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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