[發明專利]考慮天然氣系統約束的等值最優潮流模型構建方法

有效

• 申請號: 201711172326.2
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107947245B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 余娟;代偉;馬夢楠;顏偉;趙霞
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

1.一種考慮天然氣系統約束的等值最優潮流模型構建方法，其特征在于，包括以下步驟:

1)輸入基礎數據

輸入電-氣互聯系統基礎數據：電力子系統設備參數、天然氣子系統設備參數和拓撲結構

2)建立天然氣系統的約束等值模型

2-1)建立約束等值目標函數

根據天然氣系統中燃氣輪機個數N建立多個目標函數，首先建立任意一個燃氣輪機消耗天然氣流量最大的目標函數，一共N個；然后建立任意兩個燃氣輪機消耗天然氣流總流量最大的目標函數，一共C_2N個；以此類推，最后建立所有燃氣輪機消耗天然氣總流量最大的目標函數，一共C_NN個；即由C_i，C_ij，…，C_all組成；

式中，在建立任意一個燃氣輪機消耗天然氣流量最大的目標函數時，C_i表示第i個燃氣輪機消耗天然氣流量的最大值，表示第i個燃氣輪機消耗天然氣流量；在建立任意兩個燃氣輪機消耗天然氣總流量最大的目標函數時，C_ij為第i個和第j個燃氣輪機消耗天然氣總流量的最大值，和分別表示第i個和第j個燃氣輪機消耗的天然氣流量；在建立所有燃氣輪機消耗天然氣總流量最大的目標函數時，C_all為所有燃氣輪機消耗天然氣總流量的最大值，表示第i個燃氣輪機消耗天然氣流量；在求解燃氣輪機消耗天然氣流量最大值時，其他不相關燃氣輪機消耗天然氣流量為0；

2-2)建立約束等值等式約束方程

天然氣系統流量平衡方程為式(2)：

F_G,m-F_GAS,m-F_L,m-F_m＝0,m＝1,2,...,N_m (2)

式中，F_G,m、F_GAS,m、F_L,m、F_m分別為天然氣節點m的氣源流量、燃氣輪機消耗的流量、氣負荷和注入流量，N_m為天然氣系統節點個數；其中節點注入流量F_m通過式(3)求得；

式中，天然氣節點n表示與天然氣節點m相連的節點；F_mn、F_com,mn、τ_com,mn分別為管道流量、流過壓縮機的流量和壓縮機損耗，sgn_c(m,n)和sgn_τ(m,n)分別為壓縮機流過流量和消耗流量的方向函數；這些量通過式(4)和(5)表示：

式中，Π_m是天然氣節點m的節點氣壓；k_mn是與管道內徑、長度、效率、壓縮因子相關的常數；s_mn反應管道流量方向；H_com,mn為壓縮機消耗的功率；B_mn是壓縮機系數；Z_mn是壓縮機壓縮因子相關的常數；α_τ、β_τ、γ_τ為功率轉化效率常數；

2-3)建立約束等值不等式約束方程

式(6)-(8)分別為天然氣系統節點氣壓、氣源容量、壓縮機氣壓變比的上下限；

式中，Π_m是天然氣節點m的節點氣壓，F_G,m為氣源容量，R_r為壓縮機氣壓變比；和分別為天然氣節點氣壓的上限和下限；

和分別為氣源容量的上限和下限；和分別為壓縮機壓變比的上限和下限；N_s和N_p分別為氣源和壓縮機的個數；

求解由公式(1)-(8)構成的優化模型，進而計算得到目標函數中的通過燃氣輪機耗量方程(9)計算出對應的再通過公式(10)計算得到任意一個燃氣輪機的出力上限，一共N個；得到任意兩個燃氣輪機總出力上限，一共C_2N個；以此類推，得到所有燃氣輪機總出力上限，一共C_NN個；即由組成；

式(10)中，在求解任意一個燃氣輪機的出力上限時，為第i個燃氣輪機輸出功率的最大值，為第i個燃氣輪機的輸出功率；在求解任意兩個燃氣輪機總出力上限時，為第i個和第j個燃氣輪機總輸出功率的最大值，和分別表示第i個和第j個燃氣輪機輸出功率；在求解所有燃氣輪機總出力上限時，為所有燃氣輪機總輸出功率的最大值，為第i個燃氣輪機的輸出功率；GHV為天然氣高熱值；

3)求解天然氣系統的約束等值模型

式(1)-(10)構成求解天然氣約束等值參數的非線性最優化問題；通過內點法直接求得系統中各個燃氣輪機組的有功出力約束以替代天然氣系統的運行約束；

4)建立考慮天然氣系統約束的等值最優潮流模型

4-1)等值最優潮流目標函數：

式中，f_i(P_GAS,i)為燃氣輪機組的成本函數；f_j(P_Gj)為非燃氣發電機的成本函數；N_G為非燃氣發電機個數；

4-2)建立等值最優潮流等式約束方程：

考慮電力系統功率平衡方程(12)-(13)，構建如下等式約束：

式中，P_i和Q_i分別為節點i的注入有功功率和無功功率；U_i是節點i的電壓幅值；θ_ij是節點i與j的電壓相角差；G_ij和B_ij分別為節點導納矩陣的第i行第j列元素的實部和虛部；N_A為節點個數；

4-3)建立等值最優潮流不等式約束方程：

考慮天然氣系統的等值約束燃氣輪機自身的容量約束、非燃氣常規機組容量約束、節點電壓約束和線路功率約束構建如下不等式約束：

T_l^min≤T_l≤T_l^max l＝1,2,...,N_L (20)

其中，P_GAS,i為燃氣輪機i的有功功率，Q_GAS,i為燃氣輪機i的無功功率，P_Gi為非燃氣輪機i的有功功率，Q_Gi為非燃氣輪機i的無功功率，U_i是節點i的電壓幅值，T_l是輸電線路l流過的功率；N_L為輸電線路的總數；和分別為燃氣輪機有功出力的上限和下限；和分別為燃氣輪機無功出力的上限和下限；和分別為節點電壓幅值的上限和下限；和為輸電線路傳輸功率的上限和下限；和分別為非燃氣常規機組有功出力的上限和下限；和分別為非燃氣常規機組無功出力的上限和下限；

5)求解考慮天然氣系統約束的等值最優潮流模型

式(11)-(20)構成求解考慮天然氣系統運行約束的最優潮流的非線性最優化問題；通過內點法直接求得電力系統各發電機的最優出力。