[發明專利]一種含電轉氣和儲能的區域綜合能源系統日前優化調度方法

在審

• 申請號: 202110101346.0
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112949903A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 王亭嶺;劉國慶;熊軍華;趙迪迪;焦亞純;馬夢瑤;王夢迪;宋豪
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06F30/27;G06F30/28;G06N3/12;G06F111/04;G06F111/06;G06F113/04;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

1.一種含電轉氣和儲能的區域綜合能源系統日前優化調度方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：含P2G和儲能的區域綜合能源系統建模；

S1.1：建立電力系統交流模型；

式中ΔP_i、ΔQ_i為i節點的有功功率和無功功率不平衡量，P_i、Q_i為i節點注入的有功功率和無功功率，V_i、V_j分別為i、j節點的電壓幅值，G_ij、B_ij為支路的電導和電納，θ_ij為電壓相角差。

S1.2：建立天然氣系統模型；

其中，含壓縮機的天然氣系統模型為：

式中，f_com為流入壓縮機的流量；f_cp為壓縮機消耗的流量；f_mi、f_on為壓縮機入口和出口管道的流量，K_on、K_mi為管道系數；p_o、p_n、p_m、p_i分別為相應節點的燃氣壓力；k_cp為壓縮機的壓縮比；T_gas為天然氣溫度；q_gas為天然氣熱值；α為壓縮機的多變指數。

不含燃氣壓縮機的天然氣管道流量方程為：

式中：φ為函數符號；定義為i、j節點間的壓力降；s_ij用來表示天然氣在i、j節點間的流向，由式得到；K_r為管道常數。

S1.3：建立能量中心模型

第一類能量中心是由變壓器、中央空調和CHP機組構成；輸入端為電能和天然氣，輸出端為電負荷和冷/熱負荷。輸入輸出關系為：

式中：v_AC為電能分配系數；η^T為變壓器效率；η^AC為中央空調能效比；和為CHP產生電能與熱能的效率；P_e和P_h為EC輸入端電功率與天然氣功率；L_e和L_h為EC輸出端電負荷與熱負荷。

第二類能量中心是由變壓器、燃氣鍋爐和CHP機組構成；輸入輸出關系為：

式中，v_CHP為天然氣分配系數；η^GB為燃氣鍋爐的效率。

第三類能量中心是在第二類基礎上考慮P2G和儲能設備；輸入輸出關系為：

式中，v₁為P2G的電能分配系數；v₂為CHP的天然氣分配系數；η^eg為P2G的效率；P_gs、P_es、P_hs分別為儲氣、儲電、儲熱裝置的輸入功率，充能為正，放能為負；

S2：構建含P2G和儲能的區域綜合能源系統多目標優化調度模型：

將電力系統、天然氣系統、能量中心綜合考慮到多目標優化調度模型中，以經濟成本最小化和污染氣體排放量最小化為多目標構建優化調度模型，為減小電力系統的網絡損耗，經濟成本中計及網絡損耗所造成的經濟損失部分；其中經濟成本包含購電成本、購氣成本、網絡損耗和P2G運行成本，目標函數如式為：

式中C_e(t)為t時刻的分時電價；P_e(t)為t時刻的購電量；C_g(t)為t時刻的天然氣價格；P_g(t)為t時刻的購氣量；P_eloss(t)為t時刻的電力網絡損耗；T為一個調度周期，取24h；α為生成單位天然氣所需CO₂系數；為t時刻CO₂價格；P_NC(t)為P2G生成的天然氣功率，由式P_NG＝η^eg P_P2G得出，P_P2G為P2G消耗的電功率；

污染氣體排放量由兩部分組成，即從電網購電時產生的污染氣體和消耗天然氣時產生的污染氣體，目標函數為：

式中i為從電網購電時產生污染氣體的種類，包括CO₂、CO、SO₂和氮氧化物；j為EC的編號；λ_e,i,t為t時刻購電時第i種污染氣體的排放因子；λ_g,j,t為t時刻消耗天然氣時第j個EC的排放因子，將天然氣視為清潔能源，其排放污染氣體種類只包含CO₂；N、n分別為污染氣體排放種類和EC的數量。

S3：系統運行約束條件的確定；

約束條件包括：電力系統的約束條件、天然氣系統的約束條件、能量中心的約束條件；

其中，電力系統的約束條件包括：1.電力系統正常運行時電壓水平要在規定范圍內，電壓約束為：

V_i^min≤V_i≤V_i^max

式中，V_i^min和V_i^max為節點電壓的上下限，采用標幺值表示；

2.電力系統的線路輸送功率不能超過最大功率值，功率約束表示為：

式中，為線路輸送功率最大值；

天然氣系統的約束條件包括：1.天然氣系統在供應天然氣時需要保證管道內壓力保持在一定范圍內，壓力約束為

p_min≤p_i≤p_max，

式中，p_min和p_max為管道壓力的上下限，采用標幺值表示；

2.燃氣壓縮機在工作時存在壓縮比的約束，約束條件表示為：

k_min≤k_i≤k_max，

式中，k_min和k_max為壓縮比的上下限；

能量中心的約束條件包括：設備容量約束、能量輸入輸出約束和儲能裝置約束；不同類型的能量中心中，

第一類能量中心輸入輸出約束可由設備容量約束表示：

式中，P_e^min和P_e^max為電能輸入的上下限，由于能量中心電量上網時會對電力系統產生一定影響，本文考慮只能購電而不售電；和為天然氣輸入的上下限；

第二類能量中心輸入輸出約束可由設備容量約束表示，具體表示為：

第三類能量中心的輸入輸出約束表示為：

儲能裝置的數學模型可以統一表示，表示為：

式中，和分別為t+1、t時刻儲能裝置的儲能量；x為能量類型，即氣、電、熱，分別用gs、es、hs表示；δ_x為儲能裝置能量自損率；和分別為t時刻儲能裝置的充/放功率；η_x,c和η_x,d分別為充/放效率；Δt為時段差，取1h；和為最大充/放功率；和為最小充/放功率；和為儲能裝置的儲存上下限；u_x為0-1變量，表示儲能裝置不能同時處于充能和放能狀態；表示調度周期開始和結束時儲能裝置的狀態要相等。

S4：在MATLAB平臺中使用改進非支配遺傳算法對步驟二和步驟三構建的模型進行求解，得出多個可行解，獲得的帕累托前沿面，然后采用模糊選擇的決策方法，求取對應的最大標準化模糊滿意度方案。