[發(fā)明專(zhuān)利]一種混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型的建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210043961.5
• 申請(qǐng)日: 2022-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114386206A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李妍;胡亞山;張群;王瓊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/18
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/18;G06F30/28;G06Q50/06;G06F111/04;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京匯盛專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安;吳揚(yáng)帆

本發(fā)明的混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型的建模方法，包括以下步驟：步驟1）建立包括管段壓降方程和管存方程的混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)模型；步驟2）建立了包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件的混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型；步驟3）處理了混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型中的非線(xiàn)性項(xiàng)，建立了適用于穩(wěn)態(tài)混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度的混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型。有益效果：該方法能夠解決已有研究中缺乏適用于混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型的問(wèn)題，為穩(wěn)態(tài)混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)度提供模型基礎(chǔ)，在計(jì)及摻氫比對(duì)于網(wǎng)絡(luò)影響的同時(shí)獲得兼顧經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的調(diào)度策略。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能源建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型的建模方法。

背景技術(shù)

氫能的發(fā)展依賴(lài)于制、輸、儲(chǔ)、用等多環(huán)節(jié)的技術(shù)支撐，而制氫、儲(chǔ)氫設(shè)施發(fā)展動(dòng)力不足和高昂的純氫管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用導(dǎo)致氫能的普及利用依然存在困難。考慮向已有的天然氣基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中摻入適當(dāng)比例的氫氣，以混氫天然氣的形式實(shí)現(xiàn)氫能利用，有望打破氫能發(fā)展的“先雞后蛋”困境。

當(dāng)前，關(guān)于混氫天然氣系統(tǒng)的研究大多集中在試驗(yàn)和潮流仿真階段，包括真實(shí)場(chǎng)景下開(kāi)展試驗(yàn)分析或借助于SPS，Pipeline Studio，ANSYS Fluent等軟件進(jìn)行仿真模擬，缺乏關(guān)于混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)建模的研究。氫氣與天然氣的物化性質(zhì)存在差異，氫氣混入天然氣后，勢(shì)必對(duì)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行工況產(chǎn)生影響，因此不能沿用原有的適用于天然氣網(wǎng)絡(luò)的模型，需要計(jì)及摻氫比和壓強(qiáng)等級(jí)對(duì)于氣體動(dòng)力學(xué)的影響，重新構(gòu)建適用于混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)的管段壓降和管段管存模型，并研究非線(xiàn)性項(xiàng)的處理方法，從而構(gòu)建混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，以氣體組分為混氫天然氣的氣體網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，提供了一種混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型的建模方法，為綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供了網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)。通過(guò)分段線(xiàn)性化和SOS2這兩種線(xiàn)性化方法，本發(fā)明將原有的混合整數(shù)非凸二次約束規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為了混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)度，在計(jì)及摻氫比對(duì)于網(wǎng)絡(luò)影響的同時(shí)獲得兼顧經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的調(diào)度策略,具體由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

所述混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型的建模方法，包括以下步驟：

步驟1)根據(jù)式(1)構(gòu)建管段壓降方程，并根據(jù)式(2)構(gòu)建管存方程的混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)模型；

式(1)中，L_ij表示管段ij的長(zhǎng)度，為管段平均流量，表示為管段入口流量和出口流量的均值，M表示氣體的摩爾質(zhì)量，α、β是與溫度和摻氫比例的相關(guān)參數(shù)，R表示氣體常數(shù)，T_em表示溫度，D表示管段管徑，A表示管段橫截面積，p_i和p_j分別表示節(jié)點(diǎn)i和j的壓強(qiáng)；

步驟2)根據(jù)式(3)建立混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合約束條件和所述目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型；

式(3)中，C_HCNG,t表示混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)在t時(shí)刻消耗混氫天然氣的成本，表示混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)在t時(shí)刻向碳交易市場(chǎng)支付的碳排費(fèi)用；

步驟3)采用分段線(xiàn)性化的方法處理所述管段壓降方程中的對(duì)數(shù)項(xiàng)，采用名為特殊序集2(special ordered sets 2，SOS2)的方法處理管段壓降方程和管段管存方程中的雙線(xiàn)性項(xiàng)，得到適用于穩(wěn)態(tài)混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度的混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型及對(duì)應(yīng)的約束條件。

所述混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度模型的建模方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟1)中所述管段壓降方程的構(gòu)建過(guò)程包括如下步驟：

步驟1-1)設(shè)定混氫天然氣網(wǎng)絡(luò)為等溫穩(wěn)態(tài)的氣網(wǎng)模型，則氣網(wǎng)模型的表達(dá)式為：