[發(fā)明專利]考慮網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和需求響應(yīng)的氣電綜合能源配網(wǎng)魯棒優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110937348.3
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113659572B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉天琪;張琪;何川
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/06;H02J3/14;H02J3/38
• 代理公司: 成都禾創(chuàng)知家知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51284
• 代理人: 劉凱

1.一種考慮網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和需求響應(yīng)的氣電綜合能源配網(wǎng)魯棒優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將配電網(wǎng)重構(gòu)的概念映射到配氣網(wǎng)中，利用管道閥門實(shí)現(xiàn)配氣網(wǎng)管道的開斷，綜合考慮配電網(wǎng)和配氣網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，進(jìn)而建立適用于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的配電網(wǎng)、配氣網(wǎng)模型，其包括經(jīng)過大M法處理后的電力交流DistFlow潮流模型和天然氣潮流模型；

步驟2：由于配網(wǎng)輻射狀運(yùn)行特性，結(jié)合線路開關(guān)、管道閥門的最大動作次數(shù)約束，建立基于生成樹約束的氣電綜合能源配網(wǎng)輻射狀運(yùn)行模型；

步驟3：建立燃?xì)鈾C(jī)組、電轉(zhuǎn)氣耦合設(shè)備以及壓縮機(jī)、儲氣設(shè)備的運(yùn)行模型；

步驟4：基于階梯狀分段補(bǔ)償曲線分別對可中斷和可轉(zhuǎn)移電、氣負(fù)荷需求響應(yīng)進(jìn)行建模，并考慮進(jìn)行需求響應(yīng)的持續(xù)時間約束，引入激勵型氣電聯(lián)合需求響應(yīng)；

步驟5：構(gòu)建以最小化系統(tǒng)總運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)，考慮配電網(wǎng)、配氣網(wǎng)各種運(yùn)行約束條件的氣電綜合能源配網(wǎng)系統(tǒng)確定性優(yōu)化運(yùn)行模型；

步驟6：利用二階錐松弛方法和增強(qiáng)二階錐松弛的方法分別對非線性配電網(wǎng)、配氣網(wǎng)潮流方程約束進(jìn)行處理，將非線性的氣電綜合能源配網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃問題進(jìn)行求解；

步驟7：針對新能源出力與氣、電負(fù)荷在系統(tǒng)運(yùn)行中的不確定性，建立氣電綜合能源系統(tǒng)魯棒優(yōu)化模型，利用列與約束生成算法將其轉(zhuǎn)換為主-子問題框架進(jìn)行求解；

步驟8：輸入氣電綜合能源配網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)，采用商業(yè)求解器Gurobi對配網(wǎng)系統(tǒng)魯棒優(yōu)化運(yùn)行模型進(jìn)行求解，得出考慮網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和需求響應(yīng)的配網(wǎng)系統(tǒng)魯棒優(yōu)化調(diào)度方案；

步驟1所述適用于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的配電網(wǎng)、配氣網(wǎng)模型具體如下：

(1)配電網(wǎng)DistFlow交流潮流模型：

-(1-α_ij,t)·M≤V_ij,t≤(1-α_ij,t)·M

式中：γ(j)為配電網(wǎng)中以j為首端節(jié)點(diǎn)的支路末端節(jié)點(diǎn)集合；N(j)為連接在節(jié)點(diǎn)j的設(shè)備集合；α_ij,t為配電線路ij的開斷狀態(tài)；R_ij、X_ij分別為配電線路ij段的電阻、電抗值；I_ij,t為t時刻配電線路ij的電流；V_it和V_jt分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓大小；V_ij,t為松弛變量；P_st、Q_st分別為t時刻第s臺發(fā)電機(jī)組的有功功率和無功功率；P_at為t時刻第a臺電轉(zhuǎn)氣設(shè)備的耗電功率；為t時刻上級電網(wǎng)向配電網(wǎng)輸送的有功功率；為t時刻上級電網(wǎng)向配電網(wǎng)輸送的無功功率；P_wt為t時刻第w臺風(fēng)電場的發(fā)電量；P_ij,t指配電網(wǎng)t時刻配電線路ij的有功功率；Q_ij,t指配電網(wǎng)t時刻配電線路ij的無功功率；P_dt為t時刻有功負(fù)荷d的實(shí)際值；為t時刻負(fù)荷d的失負(fù)荷值；χ_dt為t時刻電負(fù)荷的功率因數(shù)；為t時刻配電線路ij段所允許通過的最大電流值；為節(jié)點(diǎn)i的所允許的電壓最低和最高值；為配電線路ij所允許通過的有功和無功功率最大值；P_jk,t、Q_jk,t分別為配電網(wǎng)t時刻配電線路jk的有功功率和無功功率；Q_dt為t時刻無功負(fù)荷d的實(shí)際值，M為一個足夠大的整數(shù)；

配氣網(wǎng)潮流模型：

-(1-α_mn,t)·M≤π_mn,t≤(1-α_mn,t)·M

式中：G_st、G_at分別為t時刻第s臺燃?xì)鈾C(jī)組和第a臺電轉(zhuǎn)氣設(shè)備的耗氣量及產(chǎn)氣量；G_ct為t時刻進(jìn)入第c臺壓縮機(jī)的天然氣潮流；為第c臺壓縮機(jī)的天然氣消耗系數(shù)；分別為流入和流出到第r臺儲氣設(shè)備的天然氣量；為t時刻向上級氣網(wǎng)購買的天然氣；α_mn,t為配氣管道m(xù)n的開斷狀態(tài)；和分別為天然氣網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)n最小和最大的氣壓限制；G_mn,t為t時刻天然氣管道m(xù)n所傳輸?shù)某绷鳎籊_gt為t時刻負(fù)荷g的實(shí)際值；為t時刻負(fù)荷g的失負(fù)荷值；π_mt和π_nt分別為天然氣節(jié)點(diǎn)m和n的氣壓；K_mn為天然氣管道的Weymouth特性參數(shù)；為配氣管道m(xù)n所允許通過的天然氣潮流最大值；G_no,t為t時刻天然氣管道no所傳輸?shù)某绷鳎沪?n)為以n為首端節(jié)點(diǎn)的支路末端節(jié)點(diǎn)集合；G(n)為連接在天然氣節(jié)點(diǎn)n上的設(shè)備集合；Ω(c)為壓縮機(jī)設(shè)備集合；

步驟2所述氣電綜合能源配網(wǎng)輻射狀運(yùn)行模型具體如下：

(1)配電網(wǎng)輻射狀運(yùn)行：

∑_Ω(i,j)α_ij,t＝N_j-1

β_ij,t+β_ji,t＝α_ij,t

0≤α_ij,t≤1

β_ib,t＝0,i∈N(b)

式中：N_j為配電網(wǎng)的總節(jié)點(diǎn)數(shù)；b為配電網(wǎng)的根節(jié)點(diǎn)；β_ij,t、β_ji,t為輔助變量；Ω(i,j)為配電線路(i,j)的集合；δ(j)為以j為末端節(jié)點(diǎn)的支路首端節(jié)點(diǎn)集合；N(b)為連接到配電網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)b上的設(shè)備集合；

(2)配氣網(wǎng)輻射狀運(yùn)行：

∑_Ω(m,n)α_mn,t＝N_n-1

β_mn,t+β_nm,t＝α_mn,t

0≤α_mn,t≤1

β_mb,t＝0,m∈G(b)

式中：N_n為配氣網(wǎng)的總節(jié)點(diǎn)數(shù)；G(b)為連接到配氣網(wǎng)的根節(jié)點(diǎn)b上的設(shè)備集合；β_mn,t、β_nm,t為輔助變量；Ω(m,n)為配氣管道(m,n)的集合；δ(n)為以n為末端節(jié)點(diǎn)的支路首端節(jié)點(diǎn)集合；

(3)配電網(wǎng)開關(guān)的最大動作次數(shù)：

γ_ij,t≥α_ij,t-α_ij,t-1

γ_ij,t≥α_ij,t-1-α_ij,t

式中：n_l為配電網(wǎng)的配電線路總數(shù)；n_s為線路開關(guān)進(jìn)行動作的總次數(shù)；Ω(i,j)為配電線路(i,j)的集合；為線路開關(guān)所允許進(jìn)行動作的最大值；γ_ij,t為輔助變量；(4)配氣網(wǎng)閥門的最大動作次數(shù)：

γ_mn,t≥α_mn,t-α_mn,t-1

γ_mn,t≥α_mn,t-1-α_mn,t

式中：n_p為配氣網(wǎng)的配氣管道總數(shù)；n_v為管道閥門進(jìn)行動作的總次數(shù)；Ω(m,n)為配氣管道(m,n)的集合；為管道閥門所允許進(jìn)行動作的最大值；γ_mn,t為輔助變量；

步驟3所述耦合設(shè)備和壓縮機(jī)、儲氣設(shè)備運(yùn)行模型具體如下：

(1)燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行模型：

SU_st≥su_s·(I_st-I_s(t-1)),SU_st≥0

SD_st≥sd_s·(I_s(t-1)-I_st),SD_st≥0

式中：GU為燃?xì)鈾C(jī)組的集合；I_st為t時刻第s臺燃?xì)鈾C(jī)組的工作狀態(tài)；為第s臺燃?xì)鈾C(jī)組的熱耗率曲線；和分別為燃?xì)鈾C(jī)組有功出力的最小和最大限制；和分別指燃?xì)鈾C(jī)組無功出力的最小和最大限制；和分別指燃?xì)鈾C(jī)組t時刻的開機(jī)和停機(jī)時間計(jì)數(shù)器；和分別指機(jī)組的最小開機(jī)和停機(jī)時間；su_s和sd_s分別為機(jī)組s在進(jìn)行開啟和關(guān)停一次時產(chǎn)生的熱耗成本；SU_st和SD_st分別為燃?xì)鈾C(jī)組s在t時刻進(jìn)行開、停機(jī)所產(chǎn)生的費(fèi)用；UR_s和DR_s分別為機(jī)組的上爬坡率和下爬坡率；HHV為高發(fā)熱值；

(2)電轉(zhuǎn)氣設(shè)備運(yùn)行模型：

I_st+I_at≤1,s,a∈N(j)且

式中：I_at為第a臺電轉(zhuǎn)氣設(shè)備在t時刻的工作狀態(tài)；G_at為第a臺電轉(zhuǎn)氣設(shè)備在t時刻產(chǎn)生的天然氣量；為電轉(zhuǎn)氣設(shè)備的最大消耗電量；為能量轉(zhuǎn)換系數(shù)；為電轉(zhuǎn)氣設(shè)備的工作效率；

(3)壓縮機(jī)運(yùn)行模型：

Γ_c·π_mt≥π_nt

式中：Γ_c為壓縮機(jī)運(yùn)行的壓縮比；

(4)儲氣設(shè)備運(yùn)行模型：

GS_r,0＝GS_r,T

式中：GS_rt為t時刻第r臺儲氣設(shè)備的天然氣容量；分別為第r臺儲氣設(shè)備的天然氣注入和釋放效率；分別為第r臺儲氣設(shè)備天然氣注入時的最小和最大值；分別為第r臺儲氣設(shè)備天然氣釋放時的最小和最大值；分別為第r臺儲氣設(shè)備的儲存容量最小和最大值。