[發(fā)明專利]一種天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910761199.2
• 申請(qǐng)日: 2019-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111404143B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史守圓;余濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;G06Q50/06;G06F30/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開(kāi)一種天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化方法。該方法考慮傳輸方向變化的天然氣管道氣流描述方法及含該類約束的優(yōu)化問(wèn)題的天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化，能在不引入整數(shù)變量的情況下用線性和平方項(xiàng)約束描述管道氣流的方向，便于后續(xù)處理，求解速度更快；配合PCCP凸化求解方法，可以將模型松弛凸化以逼近全局最優(yōu)點(diǎn)，也便于Benders分解等分布式優(yōu)化方法的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域，特別是涉及一種天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度中，電-氣互聯(lián)系統(tǒng)優(yōu)化模型的求解難度主要來(lái)自于天然氣網(wǎng)絡(luò)管道氣流方程約束的非凸問(wèn)題。對(duì)于電力網(wǎng)絡(luò)，可采用已廣泛應(yīng)用的線性直流潮流進(jìn)行建模以保證模型的凸性。而天然氣網(wǎng)絡(luò)則比較復(fù)雜。由于氣流在管道中傳輸受到的摩擦力大小與氣流平方成正比但方向與氣流方向相反，使得目前各種描述管道氣流的模型都帶有在優(yōu)化問(wèn)題中難以處理的絕對(duì)值符號(hào)或?qū)懗煞侄魏瘮?shù)的形式。

其中f_ij為管道ij的氣流速率，p_i和p_j分別為管道ij首末節(jié)點(diǎn)的氣壓，K_ij為管道ij的傳輸常數(shù)。

目前針對(duì)管道氣流方向的處理方法主要有兩種：一是假定氣流方向提前確定且在一天內(nèi)保持不變，這會(huì)造成可行域減小進(jìn)而影響調(diào)度的可行性和最優(yōu)性；二是引入整數(shù)變量來(lái)表示管道氣流方向，大量整數(shù)變量的存在給模型處理和求解帶來(lái)困難。

發(fā)明內(nèi)容

為解決考慮方向的天然氣管道氣流方程給優(yōu)化帶來(lái)的困難，本發(fā)明公開(kāi)一種考慮傳輸方向變化的天然氣管道氣流描述方法及含該類約束的優(yōu)化問(wèn)題的天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化方法。

本發(fā)明的目的至少通過(guò)如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。

一種天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建考慮管道氣流方向天然氣管網(wǎng)模型；

步驟2：將模型中形式為兩個(gè)凸函數(shù)相減的等式約束改寫為兩個(gè)不等式約束組成的等價(jià)形式；并進(jìn)一步將所有形式為兩個(gè)凸函數(shù)相減的不等式約束改寫為小于等于0的形式；

步驟3：將步驟2處理后的不等式被減凸函數(shù)進(jìn)行一階泰勒展開(kāi)并在小于等于號(hào)右端添加一系列松弛變量δ≥0，第一次泰勒展開(kāi)初始點(diǎn)取0或通過(guò)松弛非凸約束方法給定；步驟4：定義懲罰項(xiàng)為所有松弛變量之和，乘上系數(shù)ρ添加到目標(biāo)函數(shù)中；在最小化問(wèn)題中ρ取正值，在最大化問(wèn)題中ρ取負(fù)值；

步驟5：對(duì)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解；

步驟6：若滿足收斂條件則停止計(jì)算并輸出結(jié)果，否則以步驟5的結(jié)果為新的泰勒展開(kāi)的始點(diǎn)、更新系數(shù)ρ、并重新進(jìn)行步驟5；

步驟7：根據(jù)優(yōu)化結(jié)果控制天然氣網(wǎng)運(yùn)行

進(jìn)一步地，所述步驟1構(gòu)建模型中對(duì)天然氣管道氣流和節(jié)點(diǎn)氣壓關(guān)系的建模方法為：

將管道氣流速率表示為正向流量和反向流量之差：

其中f_ij為管道ij中由節(jié)點(diǎn)i向節(jié)點(diǎn)j的氣體流量。f_ij⁺為正向流速，f_ij^-為反向流量，且二者均大于等于0。

用下面形式的式子描述管道氣流和氣壓的關(guān)系：

其中p_i和p_j分別為管道ij首末節(jié)點(diǎn)的氣壓，K_ij為管道ij的傳輸常數(shù)。

增加約束為避免出現(xiàn)絕對(duì)值也可以將該式等價(jià)為