CN111342452B - 一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法，首先对多区域电气综合能源系统能量‑备用协同优化调度问题进行数学建模，然后基于联络线与联络管道解耦的思想，将多区域集中式优化问题分解为区域优化调度子问题，最后根据交替方向乘子法，设计了一种分布式的能量‑备用优化调度模型求解策略。所提方法仅需区域间交互有限的联络线与联络管道信息，不需要交换每个区域内部的能源系统信息，从而可以较好地保护不同区域的信息隐私，解决了传统的多区域电气综合能源系统能量‑备用决策难以保护不同区域的信息隐私的问题。

Description

一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法

技术领域

本发明属于能源系统运行优化技术领域，具体为一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法。

背景技术

电力系统与天然气系统相互耦合构成的电气综合能源系统由于其能源利用效率高、有助于波动性清洁能源消纳、减少碳排放量等优点受到了政府、企业和科研机构等单位广泛地关注，而制定合理的电气综合能源系统优化调度策略是充分发挥能源系统协同互补优势的基石。近年来，以光伏和风电为代表的强波动性、间歇性能源快速发展，综合能源系统中清洁能源的渗透比例不断增加，同时，负荷侧以电动汽车等为代表的不确定性负荷也处于快速增长的时期。电源和负荷的双重不确定性使得电气综合能源系统运行面对的风险不断增加。因此，如何在管控不确定性因素带来的风险的前提下，科学合理地制定优化调度策略是当今综合能源系统领域关注的重点问题之一。

备用作为一种有效地应对不确定性风险的主要方式，已在能源系统中得到了广泛地实践和应用。由于供能装置如发电机、气井的备用可调节能力大小与其实时运行状态有关，因此，备用优化调度通常与能量优化调度进行协同优化。由于区域互联的能源系统可以实现不同区域的能量-备用协同互补，并降低系统运行成本和运行风险，多区域互联电气综合能源系统的协调调度问题开始受到了关注。传统多区域互联电气综合能源系统协同优化调度均采用一种集中式地优化决策方式，即假设一个独立的系统运营商负责整个多区域能源系统优化调度策略的制定，系统运营商需掌握所有互联区域内部和相关连接通道的信息，然而，不同区域的能源系统往往隶属于不同的运营或管理主体，运营或管理主体间出于行业竞争或其它方面的考虑，不会将内部的能源系统信息共享给其它主体。因此，迫切需要一种去中心化、分散式地优化决策方法来解决多区域互联电气综合能源系统能量-备用协同优化问题。

发明内容

本发明提供了一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法，用于解决现有的不同区域的能源系统往往隶属于不同的运营或管理主体，运营或管理主体间出于行业竞争或其它方面的考虑，不会将内部的能源系统信息共享给其它主体，从而影响多区域能源之间协同互补的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法，包括以下步骤：

步骤1：建立多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型；

步骤2：基于联络线与联络管道解耦的思想，将步骤1中的多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型进行分解，得到区域能量-备用协同优化调度子问题分解模型；进而将多区域集中式优化问题分解为区域优化调度子问题；

步骤3：根据步骤2得到的区域能量-备用协同优化调度子问题分解模型，基于交替方向乘子法，设计了一种多区域互联电气综合能源系统能量-备用优化调度分散式求解策略。

优选的，所述多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型的建立步骤如下：

步骤1.1，建立目标函数，以调度周期内所有区域运行成本之和最小化为目标，包括常规机组发电成本、气井供气成本、弃风成本、向上备用容量成本与向下备用容量成本：

优化模型以调度周期内所有区域运行成本之和最小化为目标，包括常规机组发电成本、气井供气成本、弃风成本、向上备用容量成本与向下备用容量成本。

式中：a为区域标识；φ为区域集合；i与N_E,c为发电机组标识与常规发电机组集合；gw与M_G为气井标识与集合；w与N_W为风电场标识与集合；r为备用源标识，包括发电机与气井；与/>分别表示常规机组单位发电成本、气井单位供气成本与单位弃风惩罚成本；P_a,i,t、F_a,gw,t与/>分别表示在时段t常规发电机组的输出功率、气井的供气量与弃风功率；/>和/>分别表示单位向上和向下备用容量成本；/>与/>分别表示备用供应源r在t时段提供的上下备用容量，基于书写方便，在此节后续表征系统运行约束时，均忽略区域标识a。

步骤1.2，在目标函数中增加电力系统运行约束、天然气系统运行约束、备用约束与耦合约束进行优化。

优选的，所述电力系统运行约束包括：

常规机组与燃气轮机输出功率约束：

风电场输出功率约束：

机组爬坡约束：

功率平衡约束：

线路潮流约束：

式中：P_i,t与P_j,t分别表示常规机组i与燃气轮机j在时段t的输出功率；P_w,t与分别表示风电场w在时段t的输出功率与预测功率；r_i ^u与r_i ^d为常规机组i以时段t为间隔的上下爬坡速率；r_j ^u与r_j ^d为燃气轮机j以时段t为间隔的上下爬坡速率；/>为电负荷d在时段t的负荷需求；N_e为电负荷集合；K_l,i、K_l,j、K_l,w与K_l,d分别为常规机组、燃气轮机、风电场与负荷对第l条线路的功率转移分布系数，其可由直流潮流模型计算得到；ef_l,t为线路l在时段t流过的功率；(·)^min/max表示最小/最大限值。

优选的，所述天然气系统运行约束包括：

气井输出气量约束；

气井爬坡约束：

节点气压约束：

管道气流约束：

节点气流平衡约束：

式中：F_gw,t表示气井在时段t的输出气量；与/>分别表示气井上下爬坡速率；π_m,t为节点m的气压；gf_mr为管道mr流过的气流；C_mr为管道综合参数，其由管道长度、直径、摩擦力等综合决定；/>为天然气负荷d在时段t的负荷需求值；/>为燃气轮机在时段t的耗气量；r∈m表示与节点m相连的节点r。

优选的，所述备用约束在电力系统侧时，备用用于应对电负荷需求与风电输出功率不确定性带来的风险。基于机会约束理论，设置一定的置信水平来表征备用约束成立的概率，从而避免备用决策结果过于保守，约束包括：

上、下备用约束：

电力系统上备用与下备用机会约束的物理意义可表征为：在所有可能的风电输出功率和电负荷需求波动情况下，系统所提供的备用容量满足向上和向下功率调整需求的概率不低于置信水平β₁和β₂，即上、下备用约束成立的概率不低于β₁和β₂。

常规机组和燃气轮机可提供的备用容量约束：

所述备用约束在天然气系统侧时，备用用于应对天然气负荷需求不确定性和燃气轮机的天然气备用量需求。基于机会约束理论，设置一定的置信水平来表征备用约束成立的概率，从而避免备用决策结果过于保守，约束包括：

上、下备用约束：

天然气系统上备用与下备用机会约束的物理意义可表征为：在所有可能的燃气轮机备用需求和气负荷需求波动情况下，系统所提供的备用容量满足向上和向下供气调整需求的概率不低于置信水平β₃和β₄，即上、下备用约束成立的概率不低于置信水平β₃和β₄。

气井可提供的备用容量约束：

式中：N_E,c为常规发电机组集合；N_E,g为燃气轮机机组集合；N_e为电负荷集合；N_W为风电场集合；M_g为气井集合；与/>分别表示常规机组与燃气轮机在时段t提供的向上调整备用容量；/>与/>分别表示常规机组与燃气轮机在时段t提供的向下调整备用容量；与ΔP_w,t分别表示负荷需求与风电场预测功率偏离预测值的波动量；β₁与β₂分别表示电力系统上下备用约束成立的置信水平；/>与/>分别表示气井在时段t提供的向上与向下调整备用容量；/>为天然气负荷偏离预测值的波动量；/>与/>分别表示燃气轮机在电力系统侧提供向上与向下备用容量所需的天然气量；β₃与β₄分别表示天然气系统上下备用约束成立的置信水平。

优选的，所述耦合约束包括：

燃气轮机发电耗气量约束：

燃气轮机提供备用所耗天然气量约束：

式中：φ_j燃气轮机单位发电所耗天然气量。

优选的，所述步骤2还包括以下子步骤：

步骤2.1，基于联络线与联络管道等效解耦的思想，将多区域耦合互联电气综合能源系统分解为独立的区域子系统，并在此基础上，构建区域间耦合一致性约束。

步骤2.2，将一致性约束进行松弛并将其作为惩罚项加入到每个区域的优化目标函数中。

步骤2.3，分解后相应的区域内功率平衡和备用约束需要进行重构以计及区域间的能量和备用交换，从而可将原有多区域集中优化模型分解为多区域优化子模型。

优选的，所述一种多区域互联电气综合能源系统能量-备用优化调度分散式求解策略的过程如下：

步骤3.1，初始化；

步骤3.2，设置迭代次数r＝0，设置原始和对偶残差收敛阈值，设置区域间交互变量信息初始值，拉格朗日乘子初始值与设置惩罚参数初始值；

步骤3.3，交换区域间耦合变量信息并其平均值；

步骤3.4，各个区域求解区域能量-备用优化调度子问题，并更新区域间耦合变量信息；

步骤3.5，每个区域计算原始残差与对偶残差，

步骤3.6，若最大原始残差与对偶残差满足收敛阈值要求，则终止迭代，输出优化调度结果；反之，跳转到步骤3.7；

步骤3.7，更新惩罚参数与拉格朗日乘子，设置r＝r+1，跳转到步骤3.3。

本发明的有益技术效果是：

与传统集中式多区域互联电气综合能源系统能量-备用优化方法相比，本专利所提出的多区域互联电气综合能源系统能量-备用分散式协同优化调度方法，可以有效地保护不同区域能源子系统的信息隐私，求解方法仅需互联区域间交互有限的联络线与联络管道耦合信息。

附图说明

图1显示为本发明实施例的区域分解示意图；

图2显示为本发明的求解策略过程示意图；

图3显示为本发明的仿真系统示意图；

图4显示为本发明的分散式求解策略迭代收敛过程；

图5显示为本发明的不同区域优化目标函数收敛过程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法，包括以下步骤：

步骤1：建立多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型；

步骤2：基于联络线与联络管道解耦的思想，将步骤1中的多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型进行分解，得到区域能量-备用协同优化调度子问题分解模型；进而将多区域集中式优化问题分解为区域优化调度子问题；

步骤3：根据步骤2得到的区域能量-备用协同优化调度子问题分解模型，基于交替方向乘子法，得到一种多区域互联电气综合能源系统能量-备用优化调度分散式求解策略。

进一步的，所述多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型的建立步骤如下：

步骤1.1，建立目标函数：

式中：a为区域标识；φ为区域集合；i与N_E,c为发电机组标识与常规发电机组集合；gw与M_G为气井标识与集合；w与N_W为风电场标识与集合；r为备用源标识，包括发电机与气井；与/>分别表示常规机组单位发电成本、气井单位供气成本与单位弃风惩罚成本；P_a,i,t、F_a,gw,t与/>分别表示在时段t常规发电机组的输出功率、气井的供气量与弃风功率；/>和/>分别表示单位向上和向下备用容量成本；/>与/>分别表示备用供应源r在t时段提供的上下备用容量。

步骤1.2，在目标函数中增加电力系统运行约束、天然气系统运行约束、备用约束与耦合约束。

进一步的，所述电力协同运行约束包括：

常规机组与燃气轮机输出功率约束：

风电场输出功率约束：

机组爬坡约束：

功率平衡约束：

线路潮流约束：

式中：P_i,t与P_j,t分别表示常规机组i与燃气轮机j在时段t的输出功率；P_w,t与分别表示风电场w在时段t的输出功率与预测功率；r_i ^u与r_i ^d为常规机组i以时段t为间隔的上下爬坡速率；r_j ^u与r_j ^d为燃气轮机j以时段t为间隔的上下爬坡速率；/>为电负荷d在时段t的负荷需求；N_e为电负荷集合；K_l,i、K_l,j、K_l,w与K_l,d分别为常规机组、燃气轮机、风电场与负荷对第l条线路的功率转移分布系数，其可由直流潮流模型计算得到；ef_l,t为线路l在时段t流过的功率；(·)^min/max表示最小/最大限值。

进一步的，所述天然气系统运行约束包括：

井输出气量约束；

气井爬坡约束：

节点气压约束：

管道气流约束：

节点气流平衡约束：

式中：F_gw,t表示气井在时段t的输出气量；与/>分别表示气井上下爬坡速率；π_m,t为节点m的气压；gf_mr为管道mr流过的气流；C_mr为管道综合参数，其由管道长度、直径、摩擦力等综合决定；/>为天然气负荷d在时段t的负荷需求值；/>为燃气轮机在时段t的耗气量；r∈m表示与节点m相连的节点r。

进一步的，在电力系统侧，备用用于应对电负荷需求与风电输出功率不确定性带来的风险。本专利基于机会约束理论，设置一定的置信水平来表征备用约束成立的概率，从而避免备用决策结果过于保守，约束包括上、下备用约束(13)以及常规机组和燃气轮机可提供的备用容量约束(14)。在天然气系统侧，备用用于应对天然气负荷需求不确定性和燃气轮机的天然气备用量需求，包括上、下备用约束(15)与气井可提供的备用容量约束(16)：

上、下备用约束：

电力系统上备用与下备用机会约束的物理意义可表征为：在所有可能的风电输出功率和电负荷需求波动情况下，系统所提供的备用容量满足向上和向下功率调整需求的概率不低于置信水平β₁和β₂，即上、下备用约束成立的概率不低于β₁和β₂。

常规机组和燃气轮机可提供的备用容量约束：

所述备用约束在天然气系统侧包括：

上、下备用约束：

天然气系统上备用与下备用机会约束的物理意义可表征为：在所有可能的燃气轮机备用需求和气负荷需求波动情况下，系统所提供的备用容量满足向上和向下供气调整需求的概率不低于置信水平β₃和β₄，即上、下备用约束成立的概率不低于置信水平β₃和β₄。

气井可提供的备用容量约束：

式中：N_E,c为常规发电机组集合；N_E,g为燃气轮机机组集合；N_e为电负荷集合；N_W为风电场集合；M_g为气井集合与/>分别表示常规机组与燃气轮机在时段t提供的向上调整备用容量；/>与/>分别表示常规机组与燃气轮机在时段t提供的向下调整备用容量；与ΔP_w,t分别表示负荷需求与风电场预测功率偏离预测值的波动量；β₁与β₂分别表示电力系统上下备用约束成立的置信水平；/>与/>分别表示气井在时段t提供的向上与向下调整备用容量；/>为天然气负荷偏离预测值的波动量；/>与/>分别表示燃气轮机在电力系统侧提供向上与向下备用容量所需的天然气量；β₃与β₄分别表示天然气系统上下备用约束成立的置信水平。

进一步的，电力系统与天然气系统以燃气轮机作为关键耦合元件，耦合约束包括燃气轮机发电耗气量约束(17)与提供上下调整备用容量所需的天然气量约束(18)。

燃气轮机发电耗气量约束：

燃气轮机提供备用所耗天然气量约束：

式中：φ_j燃气轮机单位发电所耗天然气量，所建立的能量-备用协同优化调度模型中的机会约束(13)(15)可通过采样平均估计的方法转化为确定性的表达式，非线性管道气流约束(10)(11)可通过增量线性化方法转化为线性约束。

进一步的，所述步骤2还包括以下子步骤：

步骤2.1，基于联络线与联络管道等效解耦的思想，对多区域耦合互联电气综合能源系统分解为独立的区域子系统，并在此基础上，构建区域间耦合一致性约束；

多区域电气综合能源系统物理层面通过联络线与联络管道相连接，各个区域由独立的系统运行商负责，不同系统运行商之间可以交互联络线与联络管道耦合相关变量信息，包括能量流、备用流、节点气压等信息。通过基于联络线与联络管道等效解耦的思想，多区域协同优化调度问可划分为子问题，分解示意图如图1所示。这样分解过后，每个区域可以单独决策自己区域内的能量-备用协同优化调度子问题，并将相关决策后的联络线与联络管道上的能量流动、备用流动、节点气压等变量信息发布给相邻区域。显然，当互联区域交换的联络线与联络管道耦合的变量信息相等(一致)时(如下耦合一致性式(19)(20)所示)，则原有多区域协同优化调度问题达到收敛。

式中：ef_a,kl,t与ef_b,kl,t分别为由区域A与区域B决策的在时段t流过联络线kl的功率；与/>分别为由区域A与区域B决策的在时段t交换的电力系统向上调整备用容量；与/>分别为由区域A与区域B决策的在时段t交换的电力系统向下调整备用容量；gf_a,mn,t与gf_b,mn,t分别为由区域A与区域B决策的在时段t流过联络管道mn的天然气量；/>与/>分别为由区域A与区域B决策的在时段t交换的天然气系统向上调整备用容量；与/>分别为由区域A与区域B决策的在时段t交换的天然气系统向下调整备用容量；π_a,m,t与π_b,m,t分别为由区域A与区域B决策的联络管道节点m的气压。

步骤2.2，将区域间耦合一致性约束式(19)-(20)进行松弛，并将其加入到各个区域自身优化目标函数中。以区域A为例，其增广拉格朗日优化目标函数为：

其中：

式中：与/>为区域间交换变量的拉格朗日乘子；/>与/>为惩罚系数；/>与/>为交换变量信息的平均值；/>为与区域A相连接的联络线集合；/>表示与区域A相连接的联络管道集合；/>为与区域A相连接的联络管道节点集合。

步骤2.3，在上述分解后，相应的区域内功率平衡和备用等约束需要进行重构以计及区域间的能量和备用交换，具体约束如下式所示：

式中：ef_a,kl,t与gf_a,mn,t分别为区域A在时段t流出的功率和天然气；与/>分别为区域A在时段t流出的电力系统向上和向下调整备用容量；/>与/>分别为区域A在时段t流出的天然气系统向上和向下调整备用容量。

进一步的，所述一种多区域互联电气综合能源系统能量-备用优化调度分散式求解策略的过程如下：

步骤3.1，初始化；

步骤3.2，设置迭代次数r＝0，设置原始和对偶残差收敛阈值ε^pri、ε^dual，设置区域间交互变量信息初始值，包括与/>设置拉格朗日乘子初始值，包括/>与/>设置惩罚参数初始值，包括与/>

步骤3.3，交换区域间耦合变量信息并其平均值。每个区域向相连区域发布其最新的区域间耦合变量信息与/>并通过式(22)-(23)计算信息交互后的变量平均值；

步骤3.4，各个区域求解区域能量-备用优化调度子问题，并更新区域间耦合变量信息为与/>计算区域间耦合变量信息的平均值/>与/>

步骤3.5，收敛校核。每个区域通过式(28)-(29)计算原始残差和通过式(30)-(31)计算对偶残差。

步骤3.6，若最大原始与对偶残差满足式(32)-(33),则终止迭代，输出优化调度结果，输出优化调度结果；反之，跳转到步骤3.7；

/>

步骤3.7，更新惩罚参数与拉格朗日乘子。以惩罚参数与拉格朗日乘子/>为例，惩罚参数通过式(34)更新，拉格朗日乘子通过式(35)更新，其余惩罚参数与拉格朗日乘子均可通过同样的计算方式更新，设置r＝r+1，跳转到步骤3.3。

实施例2：

在实施例1的基础之上，本专利采用3区域互联的电气综合能源系统作为仿真系统来验证所提方法的有效性，每个区域均由6节点电力系统与6节点天然气系统组成，电力系统与天然气系统间通过燃气轮机进行耦合连接，仿真系统示意图如图3所示，具体算例数据见https://github.com/scugw/Case-Study-Parameter/blob/master/Multi-area％ 20IEGS.pdf。算例调度周期T为一天。设置惩罚参数初始值为0.1，τⁱⁿ与τ^de均为2，μ设置为10，分别设置残差收敛阈值为0.1、0.05，对比不同收敛阈值下的优化结果。上述模型中的机会约束采用采样平均估计的方法可转化为线性约束，天然气潮流约束可通过增量线性化方法转化为线性约束，从而可将原有混合整数非线性优化问题转化为混合整数线性规划问题。在MATLAB R2016a中调用商业求解器Gurobi 8.1对上述优化问题进行求解。

为了表明本专利所提分散式求解方法的有效性，本专利首先对比了集中式优化方法与分散式优化方法求解多区域电气综合能源系统能量与备用协同优化调度模型的结果，如表1所示。集中式优化方法即通过商业求解器Gurobi求解优化问题(1)-(18)(机会约束采用采样平均估计的方法可转化为线性约束，天然气潮流约束可通过增量线性化方法转化为线性约束)。

表1

/>

由表1可知，在不同的收敛阈值，分散式优化得到的总运行成本与集中式优化得到的总运行成本相近，差异均小于1％；并且收敛阈值设置的越小，分散式优化获得的成本与集中式优化结果更加相近。由此可见，基于交替方向乘子法的多区域分散式优化求解策略可以实现调度优化问题可靠求解的同时保护不同区域的信息隐私。分散式求解策略迭代收敛过程如图4所示，不同区域优化目标函数收敛过程如图5所示。

进一步，本专利对比分析多区域电气综合能源系统分别在能量与备用优化调度上的协同优势，分别设置下4个场景，如下所示，其中场景2-4均采用上述分散式求解策略进行求解，收敛阈值设为0.5。

场景1：各个区域间不交互能量与备用，仅单独优化各自区域的能量与备用

场景2：各个区域间仅交互备用容量，即考虑多区域电气综合能源系统在备用优化方面的协同互补

场景3：各个区域仅交能量，即考虑多区域电气综合能源系统在能量优化方面的协同互补

场景4：各个区域交互能量与备用，即考虑多区域电气综合能源系统能量与备用互补协同优化。

不同场景下的运行总成本与各区域间的能量、备用总交互情况如表2所示，由表2可知，本专利所提多区域电气综合能源能量与备用一体化协同优化调度可以充分利用不同区域间的协调互补优势，从而降低系统运行成本。

表2

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型；

步骤2：基于联络线与联络管道解耦的思想，将步骤1中的多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型进行分解，得到区域能量-备用协同优化调度子问题分解模型；进而将多区域集中式优化问题分解为区域优化调度子问题；

步骤3：根据步骤2得到的区域能量-备用协同优化调度子问题分解模型，基于交替方向乘子法，设计了一种多区域互联电气综合能源系统能量-备用优化调度分散式求解策略；

所述多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型的建立步骤如下：

步骤1.1，建立目标函数，以调度周期内所有区域运行成本之和最小化为目标，包括常规机组发电成本、气井供气成本、弃风成本、向上备用容量成本与向下备用容量成本：

式中：a为区域标识；φ为区域集合；i与N_E,c为常规机组标识与常规机组集合；gw与M_G为气井标识与集合；w与N_W为风电场标识与集合；r为备用源标识，包括发电机与气井； 与/>分别表示常规机组单位发电成本、气井单位供气成本与单位弃风惩罚成本；P_a,i,t、F_a,gw,t与/>分别表示在时段t常规机组的输出功率、气井的供气量与弃风功率；/>和/>分别表示单位向上和向下备用容量成本；/>与/>分别表示备用供应源r在t时段提供的上下备用容量；

步骤1.2，在模型中增加电力系统运行约束、天然气系统运行约束、备用约束与耦合约束进行优化；

所述电力系统运行约束包括：

常规机组与燃气轮机输出功率约束：

风电场输出功率约束：

常规机组爬坡约束：

功率平衡约束：

线路潮流约束：

式中：P_i,t与P_j,t分别表示常规机组i与燃气轮机j在时段t的输出功率；P_w,t与分别表示风电场w在时段t的输出功率与预测功率；r_i ^u与r_i ^d为常规机组i以时段t为间隔的上、下爬坡速率；/>与/>为燃气轮机j以时段t为间隔的上下爬坡速率；/>为电负荷d在时段t的负荷需求；N_e为电负荷集合；K_l,i、K_l,j、K_l,w与K_l,d分别为常规机组、燃气轮机、风电场与负荷对第l条线路的功率转移分布系数，其可由直流潮流模型计算得到；ef_l,t为线路l在时段t流过的功率；

所述天然气系统运行约束包括：

气井输出气量约束；

气井爬坡约束：

节点气压约束：

管道气流约束：

节点气流平衡约束：

式中：F_gw,t表示气井在时段t的输出气量；与/>分别表示气井上下爬坡速率；π_m,t为时段t内节点m的气压；gf_mr为管道mr流过的气流；C_mr为管道综合参数，其由管道长度、直径、摩擦力综合决定；/>为天然气负荷d在时段t的负荷需求值；/>为燃气轮机在时段t的耗气量；r∈m表示与节点m相连的节点r；

所述备用约束在电力系统侧时，备用用于应对电负荷需求与风电输出功率不确定性带来的风险，基于机会约束理论，设置一定的置信水平来表征备用约束成立的概率，从而避免备用决策结果过于保守，约束包括：

上、下备用约束：

电力系统上备用与下备用机会约束的物理意义可表征为：在所有可能的风电输出功率和电负荷需求波动情况下，系统所提供的备用容量满足向上和向下功率调整需求的概率不低于置信水平β₁和β₂，即上、下备用约束成立的概率不低于β₁和β₂；

常规机组和燃气轮机可提供的上、下备用容量约束：

所述备用约束在天然气系统侧时，备用用于应对天然气负荷需求不确定性和燃气轮机的天然气备用量需求，基于机会约束理论，设置一定的置信水平来表征备用约束成立的概率，从而避免备用决策结果过于保守，约束包括：

上、下备用约束：

天然气系统上备用与下备用机会约束的物理意义可表征为：在所有可能的燃气轮机备用需求和气负荷需求波动情况下，系统所提供的备用容量满足向上和向下供气调整需求的概率不低于置信水平β₃和β₄，即上、下备用约束成立的概率不低于置信水平β₃和β₄；

气井可提供的备用容量约束：

式中：N_E,c为常规机组集合；N_E,g为燃气轮机机组集合；N_e为电负荷集合；N_W为风电场集合；M_g为气井集合；与/>分别表示常规机组与燃气轮机在时段t提供的向上调整备用容量；/>与/>分别表示常规机组与燃气轮机在时段t提供的向下调整备用容量；/>与ΔP_w,t分别表示负荷需求与风电场预测功率偏离预测值的波动量；β₁与β₂分别表示电力系统上下备用约束成立的置信水平；/>与/>分别表示气井在时段t提供的向上与向下调整备用容量；/>为天然气负荷偏离预测值的波动量；/>与/>分别表示燃气轮机在电力系统侧提供向上与向下备用容量所需的天然气量；β₃与β₄分别表示天然气系统上下备用约束成立的置信水平。

2.根据权利要求1所述的一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法，其特征在于，所述耦合约束包括：

燃气轮机发电耗气量约束：

燃气轮机提供备用所耗天然气量约束：

式中：φ_j燃气轮机单位发电所耗天然气量。

3.根据权利要求1所述的一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法，其特征在于，所述步骤2还包括以下子步骤：

步骤2.1，基于联络线与联络管道等效解耦的思想，将多区域耦合互联电气能源系统分解为独立的区域子系统，并在此基础上，构建区域间耦合一致性约束；

步骤2.2，将区域间耦合一致性约束进行松弛并将其作为惩罚项加入到每个区域的优化目标函数中；

步骤2.3，分解后相应的区域内功率平衡和备用约束需要进行重构以计及区域间的能量和备用交换，从而可将原有多区域集中优化模型分解为多区域优化子模型。

4.根据权利要求1所述的一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法，其特征在于，所述一种多区域互联电气综合能源系统能量-备用优化调度分散式求解策略的过程如下：

步骤3.1，初始化；

步骤3.2，设置迭代次数r＝0，设置原始和对偶残差收敛阈值，设置区域间交互变量信息初始值，拉格朗日乘子初始值与设置惩罚参数初始值；

步骤3.3，交换区域间耦合变量信息并其平均值；

步骤3.4，各个区域求解区域能量-备用优化调度子问题，并更新区域间耦合变量信息；

步骤3.5，每个区域计算原始残差与对偶残差，

步骤3.6，若最大原始残差与对偶残差满足收敛阈值要求，则终止迭代，输出优化调度结果；反之，跳转到步骤3.7；

步骤3.7，更新惩罚参数与拉格朗日乘子，设置r＝r+1，跳转到步骤3.3。