[發明專利]一種區域綜合能源系統多目標最優混合潮流算法

有效

• 申請號: 201710097987.7
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106786603B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 穆云飛;林威;靳小龍;賈宏杰;余曉丹
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種區域綜合能源系統多目標最優混合潮流算法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、區域綜合能源系統建模，包括

1-1)配電系統模型

區域綜合能源系統中三相電氣網絡支路ij的電壓降方程如式(1)所示：

式(1)中，為節點i、j的電壓；為支路電流；為線路自阻抗；為線路互阻抗；其中，且

節點功率如式(2)所示：

1-2)燃氣管網模型

天然氣管道的流量方程如式(3)所示：

式(3)中，F_kn為管道中天然氣流量；p_k和p_n分別為節點k和n的壓力；s_kn為方向參數，可由式(4)得到；k_kn為管道參數；

燃氣壓縮機的功率消耗P_cp和天然氣流F_cp如式(5)和(6)所示：

F_cp＝P_cp/q_gas (6)

式(5)和式(6)中，P_cp為壓縮機消耗功率；k_cp為壓縮機的壓縮比；T_K為天然氣溫度；p_m和p_k分別為壓縮機入口處與出口處的壓力；α為壓縮機的多變指數；q_gas為天然氣熱值；

1-3)能量中心模型

在區域綜合能源系統中，電/氣/熱耦合環節是通過能量中心實現的，能量中心負責綜合能源的轉換、分配和存儲，用能源集線器來描述能量中心中的能源耦合關系；

第一類能量中心由變壓器、中央空調以及CHP構成，輸入輸出關系如式(7)所示：

式(7)中，v_AC為電能分配系數；η^T為變壓器效率；η^AC為中央空調能效比；和為CHP產生電能與熱能的效率；P_e和P_h分別為該能量中心輸入端電功率與熱功率；L_e和L_h為該能量中心輸出端電負荷與熱負荷；

第二類能量中心包括變壓器、CHP以及燃氣鍋爐，輸入輸出關系如式(8)所示：

式(8)中，v_CHP為天然氣分配系數；η^GB為燃氣鍋爐的效率；和為CHP產生電能與熱能的效率；

步驟二、構建區域綜合能源系統的多目標優化調度模型

將配電系統、燃氣管網以及能量中心的模型集成到區域綜個能源系統的優化調控模型中，構建區域綜合能源系統的多目標優化調度模型；包括：

3-1)區域綜合能源系統的經濟成本目標函數為：

式(9)中：

第一項為區域綜合能源系統配電系統的購電成本，P_elec，t為t時配電系統用電量，單位：MW；C_elec，t為t時電價，單位：$/MWh；

第二項為區域綜合能源系統燃氣管網的購氣成本，F_gas，t為t時燃氣管網用氣量，單位：MW；C_gas，t為t時天然氣價格，單位：$/MWh；

3-2)區域綜合能源系統的污染氣體排放量目標函數為：

式(10)中：

第一項為區域綜合能源系統中配電系統購電時電網產生的污染氣體，E_elec，i，t為t時電網第i種污染氣體排放量，單位：ton；N為電網排放氣體種類，包括CO₂，CO，SO₂以及氮氧化物；e_elec，i為電網第i種污染氣體的排放因子，單位：ton/MWh；

第二項為區域綜合能源系統中能量中心運行時產生的污染氣體，E_EC，j，t為t時第j個能量中心污染氣體排放量，單位：ton；n為能量中心的數量；χ_EC，j為第j個能量中心污染氣體的排放因子，單位：ton/MWh；L_h，j，t為t時第j個能量中心的熱負荷，單位：MWh；

步驟三、多目標優化調度約束條件選取

4-1)配電系統的約束條件包括：

4-1-1)配電網購電功率約束：

式(11)中，和分別為購電功率的上限和下限；

4-1-2)配電網節點電壓約束：

式(12)中，V_i^max和V_i^min分別為配電網三相節點電壓水平的上限和下限；

4-1-3)配電網線路功率約束：

式(13)中，為線路上允許流過的最大功率；

4-2)燃氣管網的約束條件包括：

4-2-1)壓縮機壓縮比約束：

k_min≤k_cp≤k_max (14)

式(14)中，k_max和k_min分別為壓縮比的上限和下限；

4-2-2)燃氣管網節點壓力約束：

p_min≤p_k≤p_max (15)

式(15)中，p_max和p_min分別為節點壓力的上限和下限；

4-3)能量中心的約束條件包括：

4-3-1)第一類能量中心功率約束：

式(16)中，和分別為能量中心購電功率的上限和下限；和分別為能中心購氣功率的上限和下限；為CHP機組容量；為中央空調容量；

4-3-2)第二類能量中心功率約束：

步驟四、優化調度求解，為運行人員提供較多的調度方案

在MATLAB軟件環境下調用OpenDSS軟件對區域綜合能源系統中的配電系統進行潮流計算，并基于改進非劣排序遺傳算法對上述步驟二和步驟三所構建的模型進行求解，得到同時考慮區域綜合能源系統經濟成本與污染氣體排放量的帕累托前沿，根據實際運行需要從中選擇最終的運行方案。