[發明專利]計及天然氣管網和熱力管網特性的綜合能源系統優化方法

有效

• 申請號: 201910491982.1
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110348602B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 孫可;鄭偉民;李志強;張利軍;徐晨博;孫軼愷;王蕾;鄒波;袁翔;王一錚;薛友;文福拴
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司經濟技術研究院;浙江大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發明公開了一種計及天然氣管網和熱力管網特性的綜合能源系統優化方法。本發明的綜合能源系統優化方法，其包括步驟：1)構建含多能流耦合設備和儲能設備的能源中心設備模型；2)構建含電力網絡、天然氣管網和熱力管網的能源網絡模型；3)以綜合能源系統運行周期內總成本最小為優化目標，考慮綜合能源系統建設約束和運行約束，建立計及天然氣管網和熱力管網特性的綜合能源系統優化模型。本發明所提方法能夠提供綜合能源系統協同規劃的技術方案，在增強系統靈活性的同時，提高綜合能源利用率。

技術領域

本發明涉及電力系統優化領域，具體地說是一種計及天然氣管網和熱力管網特性的綜合能源系統優化方法。

背景技術

能源可持續發展形勢的日益嚴峻，促使各國打破各能源系統單獨規劃、獨立運行的既有模式，開展多能流綜合利用的研究。多種能源系統在規劃、設計、建設和運行階段協調配合，能夠推動多能流互補共濟，促進可再生能源消納，提升能源整體利用效率，增強能源系統靈活性。能源中心將綜合能源系統中的多能流耦合設備和儲能設備抽象為一個輸入-輸出雙端口網絡模型，模型中多種能流分別從兩個端口輸入與輸出，簡化了綜合能源系統中復雜的多能流耦合關系。在此基礎上，綜合能源系統規劃問題可以分為能源中心規劃與能源網絡規劃兩部分內容。目前，關于能源中心的規劃問題已經開展了較為充分的研究。

能源中心的規劃大多建立在優化運行的基礎上，主要關注能源中心的多能流耦合設備和儲能設備的選址定容，但忽略了能源網絡特性的影響。然而，綜合能源系統中的能源中心往往不是獨立運行的，對于綜合能源系統規劃問題，除考慮能源網絡規劃之外，還需要考慮能源網絡特性對能源中心運行的影響。目前，關于能源網絡特性對能源中心運行影響的研究主要集中在氣網管存、熱網損耗和熱網延時方面。針對含多個能源中心的綜合能源系統規劃問題，部分研究考慮了天然氣管網或熱力管網，還未有兼顧天然氣與熱力管網特性的綜合能源系統優化方法研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種計及天然氣管網和熱力管網特性的綜合能源系統優化方法，其在滿足多區域電、氣、熱負荷需求以及綜合能源系統優化運行的基礎上，得到多能量樞紐與能源網絡的協同規劃方案，增強能源系統的靈活性，提高綜合能源利用效率。

為此，本發明采用如下的技術方案：計及天然氣管網和熱力管網特性的綜合能源系統優化方法，其包括步驟：

1)構建含多能流耦合設備和儲能設備的能源中心設備模型；

2)構建含電力網絡、天然氣管網和熱力管網的能源網絡模型；

3)以綜合能源系統運行周期內總成本最小為優化目標，考慮綜合能源系統建設約束和運行約束，建立計及天然氣管網和熱力管網特性的綜合能源系統優化模型。

本發明構造了計及管網特性的綜合能源系統優化數學模型，通過MATLAB環境下的YALMIP/GUROBI求解便可得到綜合能源系統中能量樞紐設備與能源網絡的最優規劃技術方案。

進一步地，步驟1)中，所述能源中心設備模型抽象為一個輸入-輸出雙端口網絡模型，多種能流分別從兩個端口輸入與輸出，多能流耦合設備和儲能設備的輸入和輸出端按照能源形式，分別匯集到同一端點。

進一步地，步驟1)中，所述的多能流耦合設備包括電熱鍋爐、燃氣鍋爐、燃氣輪機和熱電聯產機組，其能源轉移效率統一表示為：

式中：P^κ,xi為多能流耦合設備x的輸入功率，其中κ表示電能e、天然氣能g和熱能h，n表示輸入能量種類的數目；為多能流耦合設備x輸出的電、氣、熱功率；η_(n×1)為能源轉換效率矩陣；

所述儲能設備包括儲電、儲氣和儲熱設備，儲能設備的運行約束統一表示為：