CN110516868B - 一种考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型 - Google Patents

Abstract

本发明提出的考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型，属于能源系统分析领域。本发明建立了以电力系统、燃气供应系统、区域供热系统为主体的综合能源系统优化运行模型，该模型以综合能源系统最小化运行成本为目标，考虑了电力网络、燃气网络、热力网络的特性约束，能够保证综合能源系统的能源供需平衡及网络运行安全，对综合能源系统的经济安全运行具有实际价值和指导意义。

Description

一种考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型

技术领域

本发明属于能源系统分析领域，具体为考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型。

背景技术

综合能源系统指以电力、热力、燃气系统为主体的大能源系统，不同种类的能源在流转的各个环节存在复杂的耦合关系，进而形成了相互关联的有机整体，因此可称为综合能源系统。

目前在能源系统优化运行方面，我国的电力、热力、燃气等能源系统均处于各自分立管理的状态，未考虑能源的耦合效应以及能源系统的整体效益，因此只能达到各个能源系统内部的“局部最优”，无法达到整体能源系统的“全局最优”。除此之外，电力、热力、燃气通常使用线路、管道传输能源，其传输过程需要满足各类能源传输网络的特性约束。现有中多聚焦于电力系统的传输约束，对于综合能源系统的网络特性尚未有全面的建模与分析。将电力、热力、燃气等多能源系统进行融合与协同优化，充分考虑各能源系统的互补特性，对于提升能源利用效率，降低能源开发与利用对环境的影响，促进可再生能源消纳具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型。该模型以综合能源系统最小化运行成本为目标，综合考虑了电力网络、燃气网络、热力网络的特性约束与耦合效益，能够保证综合能源系统的能源供需平衡及网络运行安全，对综合能源系统的经济安全运行具有实际价值和指导意义。

本发明的技术方案为：

一种考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型，包括以下步骤：

S1：收集待分析电力系统、燃气系统、热力系统信息，具体包括：供给侧能源供给成本、传输侧网络拓扑及容量限制、需求侧用户用能需求；

S2：确定优化模型决策变量；

S3：建立最小化综合能源系统运行成本的目标函数；

S4：建立区域能源供给平衡约束以及能量网络传输约束；

S5：考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型建模完成。

进一步，步骤S1中收集待分析信息如下：

确定优化运行时间段t的集合，记为T；确定热电联供厂信息，集合记为Ψ；确定电力系统、燃气系统、热力系统拓扑信息，其节点集合分别记为Ω^e、Ω^g、Ω^h；记电力系统中与节点i∈Ω^e直接相连的节点集合为

记燃气系统中与节点i∈Ω^g直接相连的节点集合为

记热力系统中与节点i∈Ω^h直接相连的节点集合为

其中，包括能源系统供应侧信息、能源系统传输侧信息、能源系统负荷侧信息；

能源系统供应侧信息包括：

城市配电网单位购电成本c^e；

城市配气网单位购气成本c^g；

第i个热电联供厂的成本系数

i∈Ψ；

能源系统传输侧信息包括：

电力系统线路ij的电力功率上限

燃气系统管道ij的容量

热力系统管道ij的容量

能源系统负荷侧信息包括：

第i个节点t时段的电力负荷预测值

第i个节点t时段的燃气负荷预测值

第i个节点t时段的热力负荷预测值

进一步，步骤S2中确定优化模型决策变量，具体包括：

t时段城市配电网购电量

t时段城市配气网购气量

第i个热电联供厂t时段的发电量

i∈Ψ；

第i个热电联供厂t时段的供热量

i∈Ψ；

电力系统第i个节点t时段的电力注入功率

i∈Ω^e；

电力系统线路ij的t时段电力功率p_ij,t，i∈Ω^e,

燃气系统第i个节点t时段的天然气注入流量

i∈Ω^g；

燃气系统管道ij的t时段的流量g_ij,t，i∈Ω^g,

热力系统第i个节点的t时段注入热量

i∈Ω^h；

热力系统管道ij的t时段传输的热量q_ij,t，i∈Ω^h,

进一步，步骤S3中目标函数的优化目标是最小化城市能源系统的供能成本，包括两部分：一是向上级输电网、输气网的购电、购气成本，二是区域综合能源系统内部独立供能的成本，具体函数如下：

进一步，步骤S4建立区域能源供给平衡约束以及能量网络传输约束，具体包括：

网络节点能源供给平衡约束：

网络传输容量约束：

进一步，步骤S5中考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型建模完成，其具体模型为步骤S3、S4中的目标函数和约束条件。

本发明的特点及有益效果在于：

1)本发明通过将电力、热力、燃气等多能源系统进行融合与协同优化，充分考虑各能源系统的互补特性，实现了整体能源系统的“全局最优”，保证了综合能源系统的经济运行；

2)本发明对各类能源传输网络进行了建模，统筹考虑了综合能源系统的传输约束、供需平衡约束，保证了综合能源系统的安全运行；

3)在实际工程中，模型能够保证综合能源系统的能源供需平衡及网络运行安全，对综合能源系统的经济安全运行具有实际价值和指导意义。

附图说明

图1是本发明运行模型建模的流程示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明提出一种考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型，流程框图如图1所示，该方法具体步骤如下：

S1：收集待分析电力系统、燃气系统、热力系统信息，具体包括：供给侧能源供给成本、传输侧网络拓扑及容量限制、需求侧用户用能需求；

确定优化运行时间段t的集合，记为T；确定热电联供厂信息，集合记为Ψ；确定电力系统、燃气系统、热力系统拓扑信息，其节点集合分别记为Ω^e、Ω^g、Ω^h；记电力系统中与节点i∈Ω^e直接相连的节点集合为

记燃气系统中与节点i∈Ω^g直接相连的节点集合为

记热力系统中与节点i∈Ω^h直接相连的节点集合为

其中，包括能源系统供应侧信息、能源系统传输侧信息、能源系统负荷侧信息；

能源系统供应侧信息包括如表1所示：

表1能源系统供应侧信息表

能源系统传输侧信息包括如表2所示：

表2能源系统传输侧信息表

能源系统负荷侧信息包括如表3所示：

表3能源系统负荷侧信息表

S2：确定优化模型决策变量，具体包括：

S3：建立最小化综合能源系统运行成本的目标函数，目标函数的优化目标是最小化城市能源系统的供能成本，包括两部分：一是向上级输电网、输气网的购电、购气成本，二是区域综合能源系统内部独立供能的成本，具体函数如下：

S4：建立区域能源供给平衡约束以及能量网络传输约束，具体包括：

网络节点能源供给平衡约束：

网络传输容量约束：

S5：考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型建模完成，具体模型为步骤S3、S4中的目标函数和约束条件。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型，其特征在于，包括以下步骤：

S1：收集待分析电力系统、燃气系统、热力系统信息，具体包括：供给侧能源供给成本、传输侧网络拓扑及容量限制、需求侧用户用能需求；

S2：确定优化模型决策变量；

S3：建立最小化综合能源系统运行成本的目标函数；

S4：建立区域能源供给平衡约束以及能量网络传输约束；

S5：考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型建模完成；

步骤S1中收集待分析信息如下：

确定优化运行时间段t的集合，记为T；确定热电联供厂信息，集合记为Ψ；确定电力系统、燃气系统、热力系统拓扑信息，其节点集合分别记为Ω^e、Ω^g、Ω^h；记电力系统中与节点i∈Ω^e直接相连的节点集合为

记燃气系统中与节点i∈Ω^g直接相连的节点集合为

记热力系统中与节点i∈Ω^h直接相连的节点集合为

其中，包括能源系统供应侧信息、能源系统传输侧信息、能源系统负荷侧信息；

能源系统供应侧信息包括：

城市配电网单位购电成本c^e；

城市配气网单位购气成本c^g；

第i个热电联供厂的成本系数

能源系统传输侧信息包括：

电力系统线路ij的电力功率上限

燃气系统管道ij的容量

热力系统管道ij的容量

能源系统负荷侧信息包括：

第i个节点t时段的电力负荷预测值

第i个节点t时段的燃气负荷预测值

第i个节点t时段的热力负荷预测值

步骤S2中确定优化模型决策变量，具体包括：

t时段城市配电网购电量

t时段城市配气网购气量

第i个热电联供厂t时段的发电量

第i个热电联供厂t时段的供热量

电力系统第i个节点t时段的电力注入功率

电力系统线路ij的t时段电力功率p_ij,t，i∈Ω^e,

燃气系统第i个节点t时段的天然气注入流量

燃气系统管道ij的t时段的流量g_ij,t，i∈Ω^g,

热力系统第i个节点的t时段注入热量

热力系统管道ij的t时段传输的热量q_ij,t，i∈Ω^h,

步骤S3中目标函数的优化目标是最小化城市能源系统的供能成本，包括两部分：一是向上级输电网、输气网的购电、购气成本，二是区域综合能源系统内部独立供能的成本，具体函数如下：

步骤S4建立区域能源供给平衡约束以及能量网络传输约束，具体包括：网络节点能源供给平衡约束：

网络传输容量约束：

步骤S5中考虑网络约束的综合能源系统优化运行模型建模完成，其具体模型为步骤S3、S4中的目标函数和约束条件。

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