[發(fā)明專利]考慮機(jī)組組合和隨機(jī)風(fēng)能出力的電—?dú)怦詈舷到y(tǒng)優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011145526.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN112434841A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫宏斌;周濟(jì);李晨;張勇;劉海舟;王鑫明;時(shí)珉;王大海;曹磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)河北省電力有限公司;清華大學(xué);國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;H02J3/00;H02J3/38
• 代理公司: 北京知聯(lián)天下知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張陸軍

本發(fā)明提供一種考慮機(jī)組組合和隨機(jī)風(fēng)能出力的電—?dú)怦詈舷到y(tǒng)優(yōu)化方法，包括：生成隨機(jī)風(fēng)速場(chǎng)景；建立單風(fēng)機(jī)出力場(chǎng)景模型；多場(chǎng)景聯(lián)合求解，其中，建立單風(fēng)機(jī)出力場(chǎng)景模型包括三方面的約束：電力系統(tǒng)約束，天然氣系統(tǒng)約束，能量轉(zhuǎn)換設(shè)備約束，電力系統(tǒng)約束包括：機(jī)組出力約束、機(jī)組爬坡約束、旋轉(zhuǎn)備用約束，機(jī)組啟停約束，電力節(jié)點(diǎn)平衡方程，電力潮流方程；天然氣系統(tǒng)約束包括：氣井出力約束、儲(chǔ)能約束、壓縮機(jī)工況約束、管道質(zhì)量方程、管道流量方程；能量轉(zhuǎn)換設(shè)備約束包括：天然氣節(jié)點(diǎn)平衡方程、初末總管存約束。本發(fā)明在消除迭代過程、提高運(yùn)算效率的同時(shí)，保證較高的計(jì)算準(zhǔn)確程度；在單場(chǎng)景中消除迭代，利于多場(chǎng)景隨機(jī)規(guī)劃問題的加速。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種考慮機(jī)組組合和隨機(jī)風(fēng)能出力的電—?dú)怦詈舷到y(tǒng)優(yōu)化方法。其中考慮了隨機(jī)風(fēng)能出力引發(fā)的多場(chǎng)景問題，并在場(chǎng)景中使用機(jī)組組合變量耦合各場(chǎng)景。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電、氣、熱、冷等能源系統(tǒng)均由相應(yīng)部門分別調(diào)度，相互間的聯(lián)系、整合較少，無法實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)、提升用能效率。綜合能源系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，特指在規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行等過程中，通過對(duì)能源的生產(chǎn)、分配、交換、消費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)與優(yōu)化，形成能源產(chǎn)供銷一體化系統(tǒng)。美國早在2001年就提出了著名的綜合能源系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃，旨在目標(biāo)是促進(jìn)分布式能源、熱電聯(lián)供的推廣應(yīng)用，同時(shí)推動(dòng)清潔能源(天然氣和其他可再生能源的)并網(wǎng)，提高其使用比重。

天然氣具有清潔和高效的特點(diǎn)，與之對(duì)應(yīng)的燃?xì)鈾C(jī)組具有更快的爬坡速率，同時(shí)開啟、關(guān)停方便。電轉(zhuǎn)氣(P2G)技術(shù)促進(jìn)了電能—天然氣內(nèi)能間的雙向流動(dòng)，使得電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)互為備用，便于能量的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換、貯存和消耗。在近十年的研究中，天然氣系統(tǒng)又被指出具有促進(jìn)可再生能源消納的能力，因而對(duì)于風(fēng)電、光伏的并網(wǎng)具有積極意義。

因此，天然氣系統(tǒng)作為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)、太陽能/風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的耦合點(diǎn)，逐步引起了當(dāng)代眾多科學(xué)工作者的興趣。處理電—?dú)怦詈舷到y(tǒng)的關(guān)鍵，在于如何處理非線性、非凸的管道流量方程。傳統(tǒng)的模型采用分段線性的方法進(jìn)行非線性擬合，僅單場(chǎng)景下計(jì)算時(shí)間即3小時(shí)，而且在可行域較大時(shí)擬合愈發(fā)粗糙，不能滿足實(shí)時(shí)的、高精度要求的生產(chǎn)實(shí)踐需要。科研界對(duì)如何加速該模型做了深入的研究。此時(shí)二階錐松弛技術(shù)逐步建立起來，通過在目標(biāo)函數(shù)中加入罰函數(shù)，縮緊過度松弛的凹約束。此方法雖然可行，但罰函數(shù)的選取非常困難；罰函數(shù)較小會(huì)導(dǎo)致收緊不夠，而較大則會(huì)反而導(dǎo)致出力的扭曲，難以得到最優(yōu)解。有鑒于此，各種二階錐重構(gòu)技術(shù)逐漸被開發(fā)出來，例如泰勒展開線性化、凹函數(shù)包絡(luò)等，依賴于反復(fù)迭代(2次以上)來收緊約束。這些迭代不僅會(huì)成倍增加運(yùn)算時(shí)間，對(duì)隨機(jī)規(guī)劃的高效運(yùn)算即為不利；同時(shí)也給各類多場(chǎng)景分解算法(如漸進(jìn)對(duì)沖算法)的實(shí)際運(yùn)行造成了困難。

現(xiàn)有的關(guān)于天然氣管道的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型均存在計(jì)算時(shí)間長，結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供考慮機(jī)組組合和隨機(jī)風(fēng)能出力的電—?dú)怦詈舷到y(tǒng)優(yōu)化方法。該方法改進(jìn)了經(jīng)典的二階錐松弛方法以求解管道流量方程，使其在保證精度的同時(shí)無需進(jìn)行反復(fù)迭代，從而進(jìn)一步提升求解效率。

本發(fā)明的考慮機(jī)組組合和隨機(jī)風(fēng)能出力的電—?dú)怦詈舷到y(tǒng)優(yōu)化方法，包括：

生成隨機(jī)風(fēng)速場(chǎng)景；

建立單風(fēng)機(jī)出力場(chǎng)景模型；

多場(chǎng)景聯(lián)合求解，

其中，

所述建立單風(fēng)機(jī)出力場(chǎng)景模型包括三方面的約束：電力系統(tǒng)約束，天然氣系統(tǒng)約束，能量轉(zhuǎn)換設(shè)備約束，

所述電力系統(tǒng)約束包括：機(jī)組出力約束、機(jī)組爬坡約束、旋轉(zhuǎn)備用約束，機(jī)組啟停約束，電力節(jié)點(diǎn)平衡方程，電力潮流方程；

所述天然氣系統(tǒng)約束包括：氣井出力約束、儲(chǔ)能約束、壓縮機(jī)工況約束、管道質(zhì)量方程、管道流量方程；

所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備約束包括：天然氣節(jié)點(diǎn)平衡方程、初末總管存約束。