[發(fā)明專利]基于交替方向乘子法的電-氣能量流分布式協(xié)同優(yōu)化計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710645064.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN107292456B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文云峰;瞿小斌;葉希;楊侖;葉曉斌;趙榮臻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué);國網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心 50201
• 代理人: 王翔

本發(fā)明提供一種基于交替方向乘子法的電?氣能量流分布式協(xié)同優(yōu)化計(jì)算方法：首先根據(jù)研究對(duì)象電?氣互聯(lián)系統(tǒng)確定分布式獨(dú)立優(yōu)化主體——電力優(yōu)化主體和天然氣優(yōu)化主體，各主體處于同等地位；分析電?氣互聯(lián)系統(tǒng)的連接特點(diǎn)，研究耦合元件模型，并將其抽象為相應(yīng)的耦合約束，確定電力流、天然氣流共享變量；在此基礎(chǔ)上，針對(duì)天然氣系統(tǒng)管道氣流方向優(yōu)化問題，采用McCormick方程及松弛技術(shù)構(gòu)建與主體相對(duì)應(yīng)的二階錐規(guī)劃子問題；各優(yōu)化子問題按照交替方向乘子法求解模式相互交互、交替求解，并按照收斂判據(jù)判定收斂性，實(shí)現(xiàn)電力流與天然氣流的分布式協(xié)調(diào)優(yōu)化計(jì)算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多能流優(yōu)化計(jì)算領(lǐng)域，目的是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)分布自治、協(xié)調(diào)優(yōu)化。具體涉及一種基于交替方向乘子法的電-氣能量流分布式協(xié)同優(yōu)化計(jì)算方法。

背景技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界和企業(yè)界關(guān)注的新焦點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)多種能源之間的開放互聯(lián)與協(xié)同優(yōu)化，被譽(yù)為第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)。同時(shí)隨著環(huán)保壓力增加和技術(shù)進(jìn)步，全球能源消費(fèi)的低碳化趨勢日益明顯。與燃煤/燃油機(jī)組相比，天然氣機(jī)組相對(duì)清潔，在世界電力一次能源供應(yīng)體系中占據(jù)越來越重要的位置：目前，美國、英國和日本的燃?xì)鈾C(jī)組已分別占到全部裝機(jī)的40％、34％和29％；截至2014年底我國燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)占全國發(fā)電裝機(jī)總量的4％。在未來能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，電力系統(tǒng)與天然氣系統(tǒng)將高度融合，燃?xì)鈾C(jī)組在電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)的占比有望明顯提升。

燃?xì)鈾C(jī)組作為連接電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)的紐帶，隨著燃?xì)鈾C(jī)組占比不斷增加，天然氣系統(tǒng)的供氣量、天然氣價(jià)格、天然氣管道故障等直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行安全和運(yùn)行費(fèi)用，電力系統(tǒng)負(fù)荷需求、系統(tǒng)潮流同樣也會(huì)影響天然氣系統(tǒng)管道氣流。傳統(tǒng)上，電力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)分屬于電力和天然氣兩個(gè)獨(dú)立公司管理運(yùn)營，在做決策時(shí)往往忽略兩系統(tǒng)間的耦合關(guān)系。但是隨著兩系統(tǒng)相互作用不斷增強(qiáng)，因此研究電、氣兩系統(tǒng)的相互作用關(guān)系對(duì)維持系統(tǒng)穩(wěn)定、降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)及提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性有重要意義。

目前，對(duì)電、氣互聯(lián)系統(tǒng)的電力流與天然氣流協(xié)同優(yōu)化問題已經(jīng)有很多方法。但這些方法通常假定電力與天然氣系統(tǒng)壟斷運(yùn)營，由唯一的決策主體(聯(lián)合調(diào)度中心)進(jìn)行電力流與天然氣流的統(tǒng)一優(yōu)化決策。這種僅含單個(gè)決策主體的集中式優(yōu)化模型與現(xiàn)實(shí)中電力和天然氣系統(tǒng)一般由不同的運(yùn)營商負(fù)責(zé)經(jīng)營管理并不一致。實(shí)際上，兩個(gè)系統(tǒng)間僅支持少量數(shù)據(jù)交互，要通過聯(lián)合調(diào)度中心來獲得整個(gè)電-氣互聯(lián)能源系統(tǒng)的全局信息是相當(dāng)困難的。這個(gè)問題亟需針對(duì)電力流與天然氣流的實(shí)際決策特點(diǎn)——多主體自治決策，運(yùn)用分布式協(xié)同優(yōu)化手段來解決。

同時(shí)天然氣系統(tǒng)優(yōu)化問題中，對(duì)于天然氣管道氣流方向性問題，目前的優(yōu)化方法是憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)先確定管道氣流方向再優(yōu)化計(jì)算，但此種處理方法極有可能使得優(yōu)化結(jié)果陷入局部最優(yōu)解，不能保證了優(yōu)化結(jié)果的全局性，本發(fā)明提出的混合整數(shù)二階錐規(guī)劃優(yōu)化方法能夠有效解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種基于交替方向乘子法的電-氣能量流分布式協(xié)同優(yōu)化計(jì)算方法：首先根據(jù)研究對(duì)象電-氣互聯(lián)系統(tǒng)確定分布式獨(dú)立優(yōu)化主體——電力優(yōu)化主體和天然氣優(yōu)化主體，各主體處于同等地位；分析電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的連接特點(diǎn)，研究耦合元件模型，并將其抽象為相應(yīng)的耦合約束，確定電力流、天然氣流共享變量；在此基礎(chǔ)上，針對(duì)天然氣系統(tǒng)管道氣流方向優(yōu)化問題，采用McCormick方程及松弛技術(shù)構(gòu)建與主體相對(duì)應(yīng)的二階錐規(guī)劃(SOCP)子問題(電力優(yōu)化子問題、天然氣優(yōu)化子問題)；各優(yōu)化子問題按照交替方向乘子法求解模式相互交互、交替求解，并按照收斂判據(jù)判定收斂性，實(shí)現(xiàn)電力流與天然氣流的分布式協(xié)調(diào)優(yōu)化計(jì)算。具體步驟如下：

1)確定優(yōu)化主體、設(shè)置共享變量、拆分耦合約束

根據(jù)電-氣互聯(lián)系統(tǒng)研究對(duì)象及電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)壟斷運(yùn)行、分布自治的特點(diǎn)，確定分布式獨(dú)立優(yōu)化主體——電力優(yōu)化主體和天然氣優(yōu)化主體，兩主體處于同等地位，各主體獨(dú)立管理運(yùn)營、優(yōu)化調(diào)度各系統(tǒng)。

燃?xì)鈾C(jī)組是連接電力系統(tǒng)與天然氣系統(tǒng)的耦合元件，其作用是將天然氣化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。燃?xì)鈾C(jī)組模型常用其二次耗量特性描述：