CN109523096A - 可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法，通过考虑负荷代理商能够提供的容量成本函数，天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程和物质平衡方程，以及电力系统稳态潮流，最终将电力系统稳态潮流模型与天然气系统差分模型相结合，以考虑可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统的运营成本最小化为目标，从而通过联合计算求解，得到最优调度方案，解决了只依赖于常规发电机组的备用导致的气电联合系统的灵活性不足的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力调度技术领域，尤其涉及一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法。
背景技术
综合能源系统是未来能源利用的发展趋势。由于天然气消耗量快速增长，而且新兴的可再生能源技术提供了利用天然气网络存储和输送能量的可能性，天然气系统与电力系统的联系越来越紧密。为了缓解全球能源危机，减少二氧化碳排放，以风电为代表的可再生能源快速增长，但风电的不确定性和间歇性，也给气电联合系统的安全性和稳定性带来了挑战。
为气电联合系统提供充分的灵活性是提高气电联合系统安全性的必要条件，而只依赖于常规发电机组的备用会导致灵活性不足，因此将可中断负荷作为备用辅助服务加入到气电联合系统中非常有必要。
发明内容
本发明提供了一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法，解决了只依赖于常规发电机组的备用导致的气电联合系统的灵活性不足的技术问题。
本发明提供了一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法，包括：
S1、根据每个负荷代理商提供的容量成本函数建立可中断负荷作备用辅助服务模型；
S2、根据天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程和物质平衡方程建立天然气系统差分模型；
S3、建立电力系统稳态潮流模型；
S4、根据电力系统稳态潮流模型、天然气差分模型和可中断负荷作备用辅助服务模型中的约束条件，确定将电力系统稳态潮流模型与天然气差分模型结合，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的最小运营成本对应的最优调度方案。
可选地，步骤S1具体包括：
获取每个负荷代理商提供的容量成本函数，容量成本函数为：
其中，表示可中断负荷作备用辅助服务的成本；表示第m个负荷代理商k级切负荷作备用辅助服务的价格；表示第m个负荷代理商在时段t的切负荷量，且 是二进制变量，且当时，k级切负荷被调度，否则不被调度；Q为预设常数；
获取第m个代理商一天中允许的最大反应时间根据最大反应时间确定第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT；
根据容量成本函数以及第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT，建立可中断负荷作备用辅助服务模型。
可选地，步骤S2具体包括：
根据天然气系统中管道气体质量守恒原理建立物质平衡方程：
式中，Mi,t和ρi,t分别表示t时刻在节点i的气体质量和气体密度；Lij和Aij分别表示节点i和节点j之间管道的长度和横截面积；其中：
交汇点,
源节点，
终节点，为终节点处的气体质量；
根据天然气在连续体中的动量传递，建立天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程：
式中，pi,t表示t时刻在节点i的气体压力；λ表示摩擦系数；表示气体平均流速；dij表示节点i和节点j之间管道的直径；其中：
源节点，t≤TN；
源节点， p i,t和分别表示t时刻节点i处的气压上限值和气压下限值。
可选地，步骤S3具体包括：
构建电力系统的网络结构；
确定电力系统的网络结构中各节点的功率平衡约束，包括：
式中，和分别表示t时刻第i台燃气机组、风电机组的出力。表示t时刻第i座可再生能源电站消耗的电能；Np表示可再生能源电站总和；Lt表示t时刻负荷总和；其中， P i和分别表示第i台发电机组出力的上下限；
确定电力系统的网络结构中各支路的潮流约束，包括：
-flim≤Sp≤flim；
式中，p表示节点注入功率；S表示节点注入功率与线路潮流的灵敏度矩阵；flim表示线路的最大传输容量；
确定除风电机组外各发电机组的爬坡约束，包括：
|Pi,t-Pi,t-1|≤Pramp,i；
式中，Pramp,i为第i台发电机组的爬坡限制；
确定可中断负荷或火电机组共同作备用辅助服务约束，包括：
式中，和分别表示气电联合系统所需的上备用和下备用。
可选地，步骤S4中，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的目标函数为：
目标函数的约束条件包括：
式中，下标ki表示可再生能源电站将从电力系统节点k上的能量转换为天然气系统节点i的气体质量流量；ηki表示能量转换效率，单位为kg/(s·MW)；表示t时刻可再生能源电站在电力系统节点k上消耗的功率；为t时刻可再生能源电站转换到天然气系统节点i上的气体质量流量；
式中，下标in表示电力系统节点n上的燃气机组消耗天然气系统节点i上的气体质量流量；ηin表示设备转换效率，单位为MW·s/kg；表示t时刻燃气机组在电力系统节点n上产生的功率；为t时刻燃气机组在天然气系统节点i处消耗的气体质量流量。
本发明提供了一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度装置，包括：
第一建模单元，用于根据每个负荷代理商提供的容量成本函数建立可中断负荷作备用辅助服务模型；
第二建模单元，用于根据天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程和物质平衡方程建立天然气系统差分模型；
第三建模单元，用于建立电力系统稳态潮流模型；
优化单元，用于根据电力系统稳态潮流模型、天然气差分模型和可中断负荷作备用辅助服务模型中的约束条件，确定将电力系统稳态潮流模型与天然气差分模型结合，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的最小运营成本对应的最优调度方案。
可选地，第一建模单元，还用于：
获取每个负荷代理商提供的容量成本函数，容量成本函数为：
其中，表示可中断负荷作备用辅助服务的成本；表示第m个负荷代理商k级切负荷作备用辅助服务的价格；表示第m个负荷代理商在时段t的切负荷量，且 是二进制变量，且当时，k级切负荷被调度，否则不被调度；Q为预设常数；
获取第m个代理商一天中允许的最大反应时间根据最大反应时间确定第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT；
根据容量成本函数以及第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT，建立可中断负荷作备用辅助服务模型。
可选地，第二建模单元，还用于：
根据天然气系统中管道气体质量守恒原理建立物质平衡方程：
式中，Mi,t和ρi,t分别表示t时刻在节点i的气体质量和气体密度；Lij和Aij分别表示节点i和节点j之间管道的长度和横截面积；其中：
交汇点,
源节点，
终节点，为终节点处的气体质量；
根据天然气在连续体中的动量传递，建立天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程：
式中，pi,t表示t时刻在节点i的气体压力；λ表示摩擦系数；表示气体平均流速；dij表示节点i和节点j之间管道的直径；其中：
源节点，t≤TN；
源节点， p i,t和分别表示t时刻节点i处的气压上限值和气压下限值。
可选地，第三建模单元，还用于：
构建电力系统的网络结构；
确定电力系统的网络结构中各节点的功率平衡约束，包括：
式中，和分别表示t时刻第i台燃气机组、风电机组的出力。表示t时刻第i座可再生能源电站消耗的电能；Np表示可再生能源电站总和；Lt表示t时刻负荷总和；其中， P i和分别表示第i台发电机组出力的上下限；
确定电力系统的网络结构中各支路的潮流约束，包括：
-flim≤Sp≤flim；
式中，p表示节点注入功率；S表示节点注入功率与线路潮流的灵敏度矩阵；flim表示线路的最大传输容量；
确定除风电机组外各发电机组的爬坡约束，包括：
|Pi,t-Pi,t-1|≤Pramp,i；
式中，Pramp,i为第i台发电机组的爬坡限制；
确定可中断负荷或火电机组共同作备用辅助服务约束，包括：
式中，和分别表示气电联合系统所需的上备用和下备用。
可选地，优化单元中，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的目标函数为：
目标函数的约束条件包括：
式中，下标ki表示可再生能源电站将从电力系统节点k上的能量转换为天然气系统节点i的气体质量流量；ηki表示能量转换效率，单位为kg/(s·MW)；表示t时刻可再生能源电站在电力系统节点k上消耗的功率；为t时刻可再生能源电站转换到天然气系统节点i上的气体质量流量；
式中，下标in表示电力系统节点n上的燃气机组消耗天然气系统节点i上的气体质量流量；ηin表示设备转换效率，单位为MW·s/kg；表示t时刻燃气机组在电力系统节点n上产生的功率；为t时刻燃气机组在天然气系统节点i处消耗的气体质量流量。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明通过考虑负荷代理商能够提供的容量成本函数，天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程和物质平衡方程，以及电力系统稳态潮流，最终将电力系统稳态潮流模型与天然气系统差分模型相结合，以考虑可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统的运营成本最小化为目标，从而通过联合计算求解，得到最优调度方案，解决了只依赖于常规发电机组的备用导致的气电联合系统的灵活性不足的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度装置的一个实施例的结构示意图；
图3为可中断负荷切负荷补偿函数的一个实施例；
图4为天然气系统的一个实施例的结构示意图；
图5为电力系统的一个实施例的结构示意图；
图6为气电联合系统的输入数据示意图；
图7为case2中气电联合系统中各机组的出力示意图；
图8为case1和case2中的燃气机组出力和切负荷量的比较示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法，解决了只依赖于常规发电机组的备用导致的气电联合系统的灵活性不足的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法的一个实施例，包括：
101、根据每个负荷代理商提供的容量成本函数建立可中断负荷作备用辅助服务模型；
102、根据天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程和物质平衡方程建立天然气系统差分模型；
103、建立电力系统稳态潮流模型；
104、根据电力系统稳态潮流模型、天然气差分模型和可中断负荷作备用辅助服务模型中的约束条件，确定将电力系统稳态潮流模型与天然气差分模型结合，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的最小运营成本对应的最优调度方案；
本发明实施例通过考虑负荷代理商能够提供的容量成本函数，天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程和物质平衡方程，以及电力系统稳态潮流，最终将电力系统稳态潮流模型与天然气系统差分模型相结合，以考虑可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统的运营成本最小化为目标，从而通过联合计算求解，得到最优调度方案，解决了只依赖于常规发电机组的备用导致的气电联合系统的灵活性不足的技术问题。
进一步地，步骤101具体包括：
获取每个负荷代理商提供的容量成本函数，容量成本函数为：
其中，表示可中断负荷作备用辅助服务的成本；表示第m个负荷代理商k级切负荷作备用辅助服务的价格；表示第m个负荷代理商在时段t的切负荷量，且 是二进制变量，且当时，k级切负荷被调度，否则不被调度；Q为预设常数；
获取第m个代理商一天中允许的最大反应时间根据最大反应时间确定第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT；
根据容量成本函数以及第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT，建立可中断负荷作备用辅助服务模型；
需要说明的是，参与激励型需求响应的可中断负荷由负荷代理商统一管理，负荷代理商每天向调度中心提交次日的切负荷作备用辅助服务的价格-切负荷量的关系曲线，调度中心根据气电联合系统的运行条件和负荷代理商提供的关系曲线进行调度方案的决策。
第m个代理商的容量成本函数为：
式中，表示可中断负荷作备用辅助服务的成本；表示第m个负荷代理商k级切负荷作备用辅助服务的价格；表示第m个负荷代理商在时段t的切负荷量；是二进制变量，且当时，k级切负荷被调度，否则不被调度。
通过大M法将式中的非线性项转化为即：
并添加约束：
每一级切负荷量的上下限约束为：
有且只有(k-1)级切负荷量被调度时k级负荷才能被调度：
当为零时，一定为零：
式中，Q为预设常数。
为了保证终端用户的用电可靠行，负荷代理商在一个调度周期内的总响应次数需满足：
式中，表示第m个负荷代理商一天中允许的最大反应时间。
进一步地，步骤102具体包括：
根据天然气系统中管道气体质量守恒原理建立物质平衡方程：
式中，Mi,t和ρi,t分别表示t时刻在节点i的气体质量和气体密度；Lij和Aij分别表示节点i和节点j之间管道的长度和横截面积；其中：
交汇点,
源节点，
终节点，为终节点处的气体质量；
根据天然气在连续体中的动量传递，建立天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程：
式中，pi,t表示t时刻在节点i的气体压力；λ表示摩擦系数；表示气体平均流速；dij表示节点i和节点j之间管道的直径；其中：
源节点，t≤TN；
源节点， p i,t和分别表示t时刻节点i处的气压上限值和气压下限值；
需要说明的是，天然气系统中管道气体流动过程的动量方程和物质平衡方程已通过Wendroff差分形式简化为线性差分模型，且理论精度在时间和空间上均为二阶。
物质平衡方程代表了天然气管道中质量的守恒，包括：
式中，Mi,t和ρi,t分别表示t时刻在节点i的气体质量流量和气体密度；Lij和Aij分别表示节点i和节点j之间管道的长度和横截面积。
动量方程用于描述天然气连续体中的动量传递，包括：
式中，pi,t表示t时刻在节点i的气体压力；λ表示摩擦系数；表示气体平均流速；dij表示节点i和节点j之间管道的直径。
天然气系统具有以下约束：
1)边界条件约束。
气体负荷在终节点处用表示，有
终节点；
气体性质在源节点处压力和密度始终为常数，气体性质稳定，即
源节点，t≤TN；
气体在交汇点处进出管道之间应保持质量流速平衡，即
交汇点,
气体状态方程在每个观察点i都应得到满足，即
2)变量上下限约束。
源节点处的气体质量流量应满足：
源节点，
非源节点处的气压应满足：
源节点，
式中：p i,t和分别表示t时刻节点i处的气压上下限。
进一步地，步骤103具体包括：
构建电力系统的网络结构；
确定电力系统的网络结构中各节点的功率平衡约束，包括：
式中，和分别表示t时刻第i台燃气机组、风电机组的出力。表示t时刻第i座可再生能源电站消耗的电能；Np表示可再生能源电站总和；Lt表示t时刻负荷总和；其中， P i和分别表示第i台发电机组出力的上下限；
确定电力系统的网络结构中各支路的潮流约束，包括：
-flim≤Sp≤flim；
式中，p表示节点注入功率；S表示节点注入功率与线路潮流的灵敏度矩阵；flim表示线路的最大传输容量；
确定除风电机组外各发电机组的爬坡约束，包括：
|Pi,t-Pi,t-1|≤Pramp,i；
式中，Pramp,i为第i台发电机组的爬坡限制；
确定可中断负荷或火电机组共同作备用辅助服务约束，包括：
式中，和分别表示气电联合系统所需的上备用和下备用；
需要说明的是，电力系统稳态潮流模型主要考虑约束，包括：
1)功率平衡约束。
式中：和分别表示t时刻第i台燃气机组、风电机组的出力。表示t时刻第i座可再生能源电站消耗的电能；Np表示可再生能源电站总和；Lt表示t时刻负荷总和。
2)支路潮流约束。
-flim≤Sp≤flim；
式中：p表示节点注入功率；S表示节点注入功率与线路潮流的灵敏度矩阵；flim表示线路的最大传输容量。
3)机组出力上下限约束。
电力系统中各发电机组出力应在其运行范围内：
式中P i和分别表示第i台发电机组出力的上下限，其中燃煤机组的最小出力通常为额定容量的30％，燃气机组的最小出力可为0。
4)机组爬坡约束。
除风电机组外各发电机组都应考虑爬坡约束：
|Pi,t-Pi,t-1|≤Pramp,i
式中Pramp,i为第i台发电机组的爬坡限制。
5)可中断负荷或火电机组共同提供备用约束。
式中，和分别表示气电联合系统所需的上备用和下备用。
进一步地，步骤104中，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的目标函数为：
目标函数的约束条件包括：
式中，下标ki表示可再生能源电站将从电力系统节点k上的能量转换为天然气系统节点i的气体质量流量；ηki表示能量转换效率，单位为kg/(s·MW)；表示t时刻可再生能源电站在电力系统节点k上消耗的功率；为t时刻可再生能源电站转换到天然气系统节点i上的气体质量流量；
式中，下标in表示电力系统节点n上的燃气机组消耗天然气系统节点i上的气体质量流量；ηin表示设备转换效率，单位为MW·s/kg；表示t时刻燃气机组在电力系统节点n上产生的功率；为t时刻燃气机组在天然气系统节点i处消耗的气体质量流量；
需要说明的是，考虑可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统的最优潮流模型的基本思想是将电力系统稳态潮流模型与天然气差分模型相结合，以考虑可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统的运营成本最小化为目标，充分利用可中断负荷吸收风电等可再生能源，其目标函数为：
燃气机组消耗天然气产生电能，而可再生能源电站消耗电能产生天然气(主要为CH4)注入天然气网络，发生了能量的双向转换，因此，除了考虑前文的可中断负荷模型，天然气从系统差分模型和电力系统稳态模型外，还需考虑天然气系统和电力系统能量转换约束。
可再生能源电站产生天然气气体与消耗电能之间的关系为：
式中：下标ki表示可再生能源电站将从电力系统节点k上的能量转换为天然气系统节点i的气体质量流量；ηki表示能量转换效率，单位为kg/(s·MW)；表示t时刻可再生能源电站在电力系统节点k上消耗的功率；为t时刻可再生能源电站转换到天然气系统节点i上的气体质量流量。
燃气机组消耗的天然气与产生的电能的关系为：
式中：下标in表示电力系统节点n上的燃气机组消耗天然气系统节点i上的气体质量流量；ηin表示设备转换效率，单位为MW·s/kg；表示t时刻燃气机组在电力系统节点n上产生的功率；为t时刻燃气机组在天然气系统节点i处消耗的气体质量流量。
通过优化软件进行求解，得到最优调度方案和最小成本。
本发明提供了一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法的一个应用例：
请参阅图4和图5，气电联合系统包含一个12节点天然气系统和一个Graver 6节点电力系统。天然气系统中，节点1为源节点，节点8和10为两个负荷节点。电力系统中，节点1有一台火电机组，节点6有一座风电场，节点3有一台燃气机组，其余节点为负荷节点。两个可再生能源发电站分别对应于电力系统的节点4和5以及天然气系统的节点9和12上，假设每个负荷节点都有一个可中断负荷代理商可提供备用辅助服务。
系统中的燃气负荷数据、风电出力数据和电力系统负荷数据均来自与丹麦国家天然气系统和天气系统。如图6所示，时间间隔为1h。
煤气机组和煤气机组的运行成本分别设置为200元/MWh和800元/MWh，ηki和ηin分别设置为0.11kg/(s·MW)和1.8kg/(s·MW)。弃风惩罚价格和切负荷惩罚价格分别设置为1000元/MWh和2000元/MWh。
为了分析可中断负荷作为备用辅助服务参与气电联合系统中的作用，本发明应用例设置了四个案例，具体见表1：
表1：案例设计
通过优化软件进行求解问题。表2显示了不同情况下每种成本的模拟结果。从表2可以看出，在案例1中没有考虑可中断负荷时，系统出现了减载现象，惩罚成本为1.3207×104元。通过可中断负荷在case2、case3和case4中提供备用辅助服务后，可以避免减载。此外，随着可中断负荷响应时间的增加，导致燃气机组的成本，总备用成本和切负荷惩罚成本降低，因此气电联合系统的总成本降低。可中断负荷代理商在一天内的响应时间应根据最终用户的意愿和考虑用电的可靠性来设定。
图4表示case2中燃气机组和燃煤机组的输出以及可再生能源电站消耗的能量。可以看出，燃煤和燃气机组的输出与可再生能源电站消耗的能量具有互补特性。当风电输出水平较高时，可再生能源电站消耗能量来储存风电，发电机组的输出都在最低水平；当风电输出水平较低时，可再生能源电站不再消耗能量，发电机组发电。
图5表示case1和case2中燃气机组的输出曲线和切负荷曲线的比较结果。Case1中，燃煤机组在59-60h的输出到达它的最高水平，因此燃煤机组不能提供上备用，所以燃气机组需要降低它的输出以提供上备用，导致在59-60h发生了切负荷。而在case2中，将可中断负荷加入到气电联合系统中，提高了备用的灵活性，扩大了系统运行的可行区域，避免了切负荷的发生，降低了运行成本。
以上是对本发明提供的一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法的一个实施例进行的说明，以下将对本发明提供的一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度装置的一个实施例进行说明。
请参阅图2，本发明提供了一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度装置的一个实施例，包括：
第一建模单元201，用于根据每个负荷代理商提供的容量成本函数建立可中断负荷作备用辅助服务模型；
第二建模单元202，用于根据天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程和物质平衡方程建立天然气系统差分模型；
第三建模单元203，用于建立电力系统稳态潮流模型；
优化单元204，用于根据电力系统稳态潮流模型、天然气差分模型和可中断负荷作备用辅助服务模型中的约束条件，确定将电力系统稳态潮流模型与天然气差分模型结合，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的最小运营成本对应的最优调度方案。
进一步地，第一建模单元201，还用于：
获取每个负荷代理商提供的容量成本函数，容量成本函数为：
其中，表示可中断负荷作备用辅助服务的成本；表示第m个负荷代理商k级切负荷作备用辅助服务的价格；表示第m个负荷代理商在时段t的切负荷量，且 是二进制变量，且当时，k级切负荷被调度，否则不被调度；Q为预设常数；
获取第m个代理商一天中允许的最大反应时间根据最大反应时间确定第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT。
根据容量成本函数以及第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT，建立可中断负荷作备用辅助服务模型。
进一步地，第二建模单元202，还用于：
根据天然气系统中管道气体质量守恒原理建立物质平衡方程：
式中，Mi,t和ρi,t分别表示t时刻在节点i的气体质量和气体密度；Lij和Aij分别表示节点i和节点j之间管道的长度和横截面积；其中：
交汇点,
源节点，
终节点，为终节点处的气体质量；
根据天然气在连续体中的动量传递，建立天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程：
式中，pi,t表示t时刻在节点i的气体压力；λ表示摩擦系数；表示气体平均流速；dij表示节点i和节点j之间管道的直径；其中：
源节点，t≤TN；
源节点， p i,t和分别表示t时刻节点i处的气压上限值和气压下限值。
进一步地，第三建模单元203，还用于：
构建电力系统的网络结构；
确定电力系统的网络结构中各节点的功率平衡约束，包括：
式中，和分别表示t时刻第i台燃气机组、风电机组的出力。表示t时刻第i座可再生能源电站消耗的电能；Np表示可再生能源电站总和；Lt表示t时刻负荷总和；其中， P i和分别表示第i台发电机组出力的上下限；
确定电力系统的网络结构中各支路的潮流约束，包括：
-flim≤Sp≤flim；
式中，p表示节点注入功率；S表示节点注入功率与线路潮流的灵敏度矩阵；flim表示线路的最大传输容量；
确定除风电机组外各发电机组的爬坡约束，包括：
|Pi,t-Pi,t-1|≤Pramp,i；
式中，Pramp,i为第i台发电机组的爬坡限制；
确定可中断负荷或火电机组共同作备用辅助服务约束，包括：
式中，和分别表示气电联合系统所需的上备用和下备用。
进一步地，优化单元204中，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的目标函数为：
目标函数的约束条件包括：
式中，下标ki表示可再生能源电站将从电力系统节点k上的能量转换为天然气系统节点i的气体质量流量；ηki表示能量转换效率，单位为kg/(s·MW)；表示t时刻可再生能源电站在电力系统节点k上消耗的功率；为t时刻可再生能源电站转换到天然气系统节点i上的气体质量流量；
式中，下标in表示电力系统节点n上的燃气机组消耗天然气系统节点i上的气体质量流量；ηin表示设备转换效率，单位为MW·s/kg；表示t时刻燃气机组在电力系统节点n上产生的功率；为t时刻燃气机组在天然气系统节点i处消耗的气体质量流量。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法，其特征在于，包括：
S1、根据每个负荷代理商提供的容量成本函数建立可中断负荷作备用辅助服务模型；
S2、根据天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程和物质平衡方程建立天然气系统差分模型；
S3、建立电力系统稳态潮流模型；
S4、根据电力系统稳态潮流模型、天然气差分模型和可中断负荷作备用辅助服务模型中的约束条件，确定将电力系统稳态潮流模型与天然气差分模型结合，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的最小运营成本对应的最优调度方案。
2.根据权利要求1所述的可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
获取每个负荷代理商提供的容量成本函数，容量成本函数为： 其中，表示可中断负荷作备用辅助服务的成本；表示第m个负荷代理商k级切负荷作备用辅助服务的价格；表示第m个负荷代理商在时段t的切负荷量，且 是二进制变量，且当时，k级切负荷被调度，否则不被调度；Q为预设常数；
获取第m个代理商一天中允许的最大反应时间根据最大反应时间确定第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT；
根据容量成本函数以及第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT，建立可中断负荷作备用辅助服务模型。
3.根据权利要求2所述的可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
根据天然气系统中管道气体质量守恒原理建立物质平衡方程：
式中，Mi,t和ρi,t分别表示t时刻在节点i的气体质量和气体密度；Lij和Aij分别表示节点i和节点j之间管道的长度和横截面积；其中：
为终节点处的气体质量；
根据天然气在连续体中的动量传递，建立天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程：
式中，pi,t表示t时刻在节点i的气体压力；λ表示摩擦系数；表示气体平均流速；dij表示节点i和节点j之间管道的直径；其中：
p i,t和分别表示t时刻节点i处的气压上限值和气压下限值。
4.根据权利要求3所述的可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
构建电力系统的网络结构；
确定电力系统的网络结构中各节点的功率平衡约束，包括：
式中，和分别表示t时刻第i台燃气机组、风电机组的出力。表示t时刻第i座可再生能源电站消耗的电能；Np表示可再生能源电站总和；Lt表示t时刻负荷总和；其中， P i和分别表示第i台发电机组出力的上下限；
确定电力系统的网络结构中各支路的潮流约束，包括：
-flim≤Sp≤flim；
式中，p表示节点注入功率；S表示节点注入功率与线路潮流的灵敏度矩阵；flim表示线路的最大传输容量；
确定除风电机组外各发电机组的爬坡约束，包括：
|Pi,t-Pi,t-1|≤Pramp,i；
式中，Pramp,i为第i台发电机组的爬坡限制；
确定可中断负荷或火电机组共同作备用辅助服务约束，包括：
式中，和分别表示气电联合系统所需的上备用和下备用。
5.根据权利要求4的可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度方法，其特征在于，步骤S4中，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的目标函数为：
目标函数的约束条件包括：
式中，下标ki表示可再生能源电站将从电力系统节点k上的能量转换为天然气系统节点i的气体质量流量；ηki表示能量转换效率，单位为kg/(s·MW)；表示t时刻可再生能源电站在电力系统节点k上消耗的功率；为t时刻可再生能源电站转换到天然气系统节点i上的气体质量流量；
式中，下标in表示电力系统节点n上的燃气机组消耗天然气系统节点i上的气体质量流量；ηin表示设备转换效率，单位为MW·s/kg；表示t时刻燃气机组在电力系统节点n上产生的功率；为t时刻燃气机组在天然气系统节点i处消耗的气体质量流量。
6.一种可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度装置，其特征在于，包括：
第一建模单元，用于根据每个负荷代理商提供的容量成本函数建立可中断负荷作备用辅助服务模型；
第二建模单元，用于根据天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程和物质平衡方程建立天然气系统差分模型；
第三建模单元，用于建立电力系统稳态潮流模型；
优化单元，用于根据电力系统稳态潮流模型、天然气差分模型和可中断负荷作备用辅助服务模型中的约束条件，确定将电力系统稳态潮流模型与天然气差分模型结合，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的最小运营成本对应的最优调度方案。
7.根据权利要求6所述的可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度装置，其特征在于，第一建模单元，还用于：
获取每个负荷代理商提供的容量成本函数，容量成本函数为： 其中，表示可中断负荷作备用辅助服务的成本；表示第m个负荷代理商k级切负荷作备用辅助服务的价格；表示第m个负荷代理商在时段t的切负荷量，且 是二进制变量，且当时，k级切负荷被调度，否则不被调度；Q为预设常数；
获取第m个代理商一天中允许的最大反应时间根据最大反应时间确定第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT；
根据容量成本函数以及第m个代理商在一个调度周期内的总响应次数NT，建立可中断负荷作备用辅助服务模型。
8.根据权利要求7的可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度装置，其特征在于，第二建模单元，还用于：
根据天然气系统中管道气体质量守恒原理建立物质平衡方程：
式中，Mi,t和ρi,t分别表示t时刻在节点i的气体质量和气体密度；Lij和Aij分别表示节点i和节点j之间管道的长度和横截面积；其中：
为终节点处的气体质量；
根据天然气在连续体中的动量传递，建立天然气系统中管道气体流动过程中的动量方程：
式中，pi,t表示t时刻在节点i的气体压力；λ表示摩擦系数；表示气体平均流速；dij表示节点i和节点j之间管道的直径；其中：
p i,t和分别表示t时刻节点i处的气压上限值和气压下限值。
9.根据权利要求8所述的可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度装置，其特征在于，第三建模单元，还用于：
构建电力系统的网络结构；
确定电力系统的网络结构中各节点的功率平衡约束，包括：
式中，和分别表示t时刻第i台燃气机组、风电机组的出力。表示t时刻第i座可再生能源电站消耗的电能；Np表示可再生能源电站总和；Lt表示t时刻负荷总和；其中， P i和分别表示第i台发电机组出力的上下限；
确定电力系统的网络结构中各支路的潮流约束，包括：
-flim≤Sp≤flim；
式中，p表示节点注入功率；S表示节点注入功率与线路潮流的灵敏度矩阵；flim表示线路的最大传输容量；
确定除风电机组外各发电机组的爬坡约束，包括：
|Pi,t-Pi,t-1|≤Pramp,i；
式中，Pramp,i为第i台发电机组的爬坡限制；
确定可中断负荷或火电机组共同作备用辅助服务约束，包括：
式中，和分别表示气电联合系统所需的上备用和下备用。
10.根据权利要求9所述的可中断负荷作备用辅助服务的气电联合系统优化调度装置，其特征在于，优化单元中，以可中断负荷作备用辅助服务模型的运营成本为目标的目标函数为：
目标函数的约束条件包括：
式中，下标ki表示可再生能源电站将从电力系统节点k上的能量转换为天然气系统节点i的气体质量流量；ηki表示能量转换效率，单位为kg/(s·MW)；表示t时刻可再生能源电站在电力系统节点k上消耗的功率；为t时刻可再生能源电站转换到天然气系统节点i上的气体质量流量；
式中，下标in表示电力系统节点n上的燃气机组消耗天然气系统节点i上的气体质量流量；ηin表示设备转换效率，单位为MW·s/kg；表示t时刻燃气机组在电力系统节点n上产生的功率；为t时刻燃气机组在天然气系统节点i处消耗的气体质量流量。
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