CN111564873A - 一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计及机组启停的集成气‑电能源系统优化方法。该方法首先建立了集成气‑电能源系统中机组的机组组合建模方法，其次建立考虑机组启动和停机状态的出力、爬坡和持续时间等运行约束，然后矩阵化的电力系统和天然气系统平衡模型，提出基于发电转移分布因子的联络线安全约束，和基于分段线性化方法的燃气机组气‑电耦合模型的简化方法。最后构建集成气‑电能源系统实施例，以经济成本最优为优化目标进行仿真优化，为集成气‑电能源系统中的机组运行调度提供了理论基础和有效优化方案。

Description

一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法

技术领域

本发明属于多能耦合系统优化运行技术，具体涉及一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法。

背景技术

煤炭资源面临枯竭且环境污染严重，单一火力发电的电力系统已难以适应新形势下的能源变革趋势。集成气电能源系统是目前能源综合利用最具前景的方式之一，且以天然气发电代替燃煤发电能够有效缓解环境污染。燃气机组性能已得到广泛验证，是实现气-电耦合的最关键元件。目前，集成气电能源系统已得到广泛关注，在能量流耦合的基础上开展考虑机组组合的IGES系统优化调度研究是推动IGES能效提升的关键一步。

发明内容

本发明针对上述现有技术中集成气-电能源系统机组组合优化调度方法不够精细的问题，提供一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，详细阐述计及启停状态的机组出力、爬坡、启停持续时间等约束，并考虑调度周期剩余可调度时间等因素，及线性化求解方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：输入系统数据信息；

步骤2：建立机组启停二进制变量关系模型；

步骤3：建立机组启停约束；

步骤4：建立电力系统约束；

步骤5：建立天然气系统约束并线性化；

步骤6：建立集成气-电能源系统经济优化目标函数；

步骤7：求解优化调度结果并输出调度数据。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述步骤1中，系统数据信息包括源-荷数据、经济指标数据以及设备参数数据。

进一步地，所述步骤2中，机组启停二进制变量包括启停状态

启动动作

停机动作

机组启停二进制变量关系模型如下：

式中，

表示机组i在t时刻处于运行状态，

表示机组i在t时刻处于停机状态；

表示机组i在t时刻发生启动动作，

表示机组i在t时刻未发生启动动作；

表示机组i在t时刻发生停机动作，

表示机组i在t时刻未发生停机动作。

进一步地，所述步骤3中，启停约束包括计及启停状态的燃气机组出力约束、爬坡约束、持续时间约束、启停费用约束，分别如下：

1)计及启停状态的燃气机组出力约束

计及启停状态的燃气机组出力约束通过

使得机组在运行状态下出力处于出力范围内，在停机状态下机组出力为0；计及启停状态的燃气机组出力约束如下：

式中，

P _i分别表示机组出力上下限；

2)计及启停状态的燃气机组爬坡约束

计及启停状态的燃气机组爬坡约束考虑机组正常运行状态的上下爬坡约束和机组由停机状态变为运行状态的上爬坡约束、由运行状态变为停机状态的下爬坡约束；由机组启停状态变量构建的机组爬坡约束统一化模型如下：

式中，

分别表示向上爬坡和向下爬坡的上限，是机组在正常运行状态下的爬坡能力限值；

表示最大启动爬坡率，表征机组启动时的最大爬坡能力，

表示最大停机爬坡率，表征停机时的最大向下爬坡能力；

和

实现了对机组由停机变启动和由启动变停机的出力爬坡约束，取值如下：

3)计及启停状态的持续时间约束

计及启停状态的持续时间约束考虑了调度周期末期的剩余可调度时间小于开机或停机最小持续时间的情况；持续时间约束如下：

式中，T_i ^on表示开机最小持续时间，T_i ^off表示停机最小持续时间；T^on，end是开机状态的累积时间段终点，在剩余可调度时间小于最小开机持续时间时，取时段终点为T，即：

T^off，end是停机状态的累积时间段终点，T^off，dur是停机状态的可持续时间，在剩余可调度时间小于最小停机持续时间时，取时段终点为T，停机持续时间为剩余可调度时间，即：

T^off，end＝min{T，t+T_i ^off-1}

T^off，dur＝min{T_i ^off，T-t+1}

4)启停费用约束

机组启动费用

停机费用

需要满足如下约束：

式中，

和

是机组启动和停机的成本。

进一步地，所述步骤4中，电力系统备用约束，包括电力系统源-荷平衡约束、旋转备用约束、潮流安全约束，分别如下：

1)电力系统源-荷平衡约束

电力系统的燃气发电出力

风电可发电量

弃风量

负荷

满足如下关系：

式中，N^gt、N^wt、N^e分别是燃气发电节点、风力发电节点、电力负荷节点的数目；

2)电力系统旋转备用约束

电力系统旋转备用约束采用绝对值方式或百分比方式，分别如下：

式中，

是机组出力上限，P_t ^spin是以绝对数值方式表示的电力系统中所有机组需要留有的旋转备用容量，r^hs是以百分比形式表示的电力系统中所有机组的旋转备用容量占总负荷的百分比；

3)电力系统潮流安全约束

电力系统潮流安全约束能够反映发电机组输出功率变化引起的联络线潮流变化，采用分布因子的联络线潮流安全约束表示为：

式中，

是联络线j的最大安全潮流，G_j，i描述了节点i有功功率改变单位值时，联络线支路j的有功潮流变化量，发电节点和负荷节点对支路有功潮流的变化作用相反，Ω^gt、Ω^load分别表示发电节点集合、负荷节点集合；考虑燃气发电和风力发电两种方式下的集成气-电能源系统中，以矩阵形式表示的联络线潮流安全约束表示为

式中，M^gt、M^wt、M^eps分别是分布因子矩阵中和发电机组、风电机组、负荷相对应的列向量组成的子矩阵，P_t ^gt、P_t ^wt分别是燃气发电机组、风电机组的t时段出力向量，P_t ^load是t时段的负荷需求向量。

进一步地，所述步骤5中，天然气系统约束包括气源-气负荷平衡约束、燃气机组电-气耦合约束，分别如下：

1)气源-气负荷平衡约束

气源供气量F_t ^s、负荷耗气量F_t ^load、燃气机组耗气量F_t ^gt、管道气流量F_t ^pipe在满足节点能量平衡的关系下建立的矩阵化网络守恒约束表示为：

B^sF_t ^s-B^loadF_t ^load-B^gtF_t ^gt＝AF_t ^pipe

式中，矩阵B^s、B^load、B^gt分别是节点-气源点、节点-气负荷、节点-燃气机组关联矩阵，矩阵A是天然气网络的节点-支路关联矩阵；

2)燃气机组电气耦合约束

燃气发电机组消耗的天然气

和输出的电功率

之间的关系表示为：

式中，α_i、β_i、γ_i是燃耗系数；

采用分段线性化方法，燃气机组功率输出和耗气量的耦合约束线性化表示为：

式中，N^seg表示分段数，下标i表示机组编号，下标s表示分段编号，

表示燃气机组耗气一出力曲线第s线性化分段的电功率值，

表示起始分段的耗气量值，K_i，s表示分段斜率，

表示分段起点功率。

进一步地，所述步骤6中，集成气-电能源系统经济优化目标由气源供气成本F^gs、机组启动/停机成本F^susd、风电成本F^wt构成，其中燃气机组消耗的天然气归属到天然气系统的气源总供气量中，集成气-电能源系统总成本F^IGEs的经济优化目标如下：

min F^IGES＝F^gs+F^susd+F^wt

其中，各项构成分别为：

式中，c^gs、c^wt分别为天然气、风电的成本系数，c^wcur是弃风惩罚成本，T是调度时段数，N^gs是燃气机组数目，N^gt是燃气发电节点数目，N^wtwt是风力发电节点数目，

是气源i在t时段的供气气流量，

分别表示机组启动费用和停机费用，

是风电可发电量，

是弃风量。

进一步地，所述步骤7中，调度数据包括机组出力、机组启停和气源出力相关数据。

本发明的有益效果是：

1)本发明通过分析机组组合建模方法，提出考虑机组启动和停机二进制变量的机组出力约束、爬坡约束、运行和停机持续时间约束，以及开机、停机花费约束。其中，爬坡约束考虑了正常运行状态下的上/下爬坡、由停机状态变为运行状态的上爬坡、由运行状态变为停机状态的下爬坡四种情况；运行和停机持续时间约束考虑了调度周期内剩余可调度时间不满足最小持续时间的情况。本发明为机组调度提供了详实的优化方法。

2)本发明建立了电力系统的平衡和备用模型，并基于发电转移分布因子建立了电力系统联络线安全约束，提供了两种备用方法，解决了传统方法无法反映发电机组输出功率变化引起的联络线潮流变化的问题。

3)本发明以矩阵化方法建立天然气系统平衡模型，基于分段线性法出力燃气机组的二次模型，使问题简化为MILP问题。

附图说明

图1是本发明所述方法的步骤流程框图。

图2是6节点天然气系统、6节点电力系统和燃气机组构成的实施例图。

图3是实施例中各燃气机组出力和风电出力图。

图4是实施例机组启停优化结果图。

图5是实施例中各机组耗气、各负荷耗气、各气源供气气流量图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明公开的是一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其实施步骤流程如图1所示，具体如下：

S1：输入已知的相关能源系统数据，包括源-荷数据和经济指标数据，以及设备参数数据等。

S2：建立机组启停二进制变量关系模型。

描述机组启停的二进制变量包括：启停状态

启动动作

停机动作

其中，

表示机组i在t时刻处于运行状态，

表示机组i在t时刻处于停机状态；

表示机组i在t时刻发生启动动作，

表示机组i在t时刻未发生启动动作；

表示机组i在t时刻发生停机动作，

表示机组i在t时刻未发生停机动作。因此，

之间的关系满足如下关系：

同时，对于同一台机组i，

和

需要满足不等式关系：

S3：建立机组启停约束。

S301：计及启停的机组出力约束

计及启停计划的机组出力约束需要考虑启停二进制变量在约束中的表达方式。建立计及启停的机组出力约束如下：

式中，

P_i 分别表示机组出力上下限。巧妙通过

使得机组在运行状态下出力处于出力范围内，在停机状态下机组出力为0。

S302：计及启停的机组爬坡约束

机组爬坡分为向上爬坡和向下爬坡，建立计及启停状态的机组向上爬坡和向下爬坡约束分别如下：

式中，

分别表示向上爬坡和向下爬坡的上限，是机组在正常运行状态下的爬坡能力限值；

表示最大启动爬坡率，表征机组启动时的最大爬坡能力，

表示最大停机爬坡率，表征停机时的最大向下爬坡能力。

和

实现了对机组由停机变启动和由启动变停机的出力爬坡约束，取值如下：

S303：机组启停持续时间约束

机组启动后的持续开机时间、停机后的持续停机时间均需要满足最小持续时间约束，在调度周期的末期，剩余可调度时间小于开机或停机最小持续时间的情况需要加以考虑，建立计及调度末期剩余可调度时间的启停持续时间约束如下：

式中，T_i ^on表示开机最小持续时间，T_i ^off表示停机最小持续时间。T^on，end是开机状态的累积时间段终点，在剩余可调度时间小于最小开机持续时间时，取时段终点为T，即：

T^off，end是停机状态的累积时间段终点，T^off，dur是停机状态的可持续时间，在剩余可调度时间小于最小停机持续时间时，取时段终点为T，停机持续时间为剩余可调度时间，即：

T^off，end＝min{T，t+T_i ^off-1}

T^off，dur＝min{T_i ^off，T-t+1}

S304：启停费用约束

机组启动和停机过程所产生的费用是系统经济调度最主要的成本之一。机组启动费用

停机费用

需要满足如下约束：

式中，

和

是机组启动和停机的成本。

S4：建立电力系统约束。

S401：电力系统源-荷平衡约束

忽略损耗下的电力系统需要满足源-荷平衡关系，建立考虑风电的电力系统源-荷平衡约束如下：

式中，N^gt、N^wt、N^e分别是燃气发电节点、风力发电节点、电力负荷节点的数目，

是燃气发电厂的出力，

和

分别是风力发电厂的可发电量和弃风量，

是节点负荷。

S402：电力系统旋转备用约束

对于旋转备用的约束可采用绝对值方式或百分比方式，两种方式的约束方法分别如下：

式中，P_t ^spin是以绝对数值方式表示的电力系统中所有机组需要留有的旋转备用容量，r^hs是以百分比形式表示的电力系统中所有机组的旋转备用容量占总负荷的百分比。

S403：电力系统潮流安全约束

电力系统联络线潮流安全约束一般采用对联络线潮流施以功率上下限的方式，无法反映发电机组输出功率变化引起的联络线潮流变化，利用发电机输出功率转移分布因子可调整发电机组的输出功率，使得某些线路的潮流控制在制定的范围内。采用分布因子的联络线潮流安全约束可表示为：

式中，G_j，i描述了节点i有功功率改变单位值时，联络线支路j的有功潮流变化量，发电节点和负荷节点对支路有功潮流的变化作用相反。考虑燃气发电和风力发电两种方式下的集成气-电能源系统中，以矩阵形式表示的联络线潮流安全约束可表示为：

式中，M^gt、M^wt、M^eps分别是分布因子矩阵中和发电机组、风电机组、负荷相对应的列向量组成的子矩阵，表示发电机组、风电机组、负荷的功率变化对联络线支路潮流的影响。

S5：建立天然气系统约束。

S501：天然气系统平衡约束

基于节点能量平衡建立矩阵化的天然气网络守恒约束可表示为：

B^sF_t ^s-B^loadF_t ^load-B^gtF_t ^gt＝AF_t ^pipe

式中，向量F_t ^s、F_t ^load、F_t ^gt分别是气源供气量、负荷耗气量、燃气机组耗气量，向量F_t ^pipe是管道气流量，矩阵B^s、B^load、B^gt分别是节点-气源点、节点-气负荷、节点-燃气机组关联矩阵，矩阵A是天然气网络的节点-支路关联矩阵。

S502：燃气机组电气耦合约束

在集成气-电能源系统中，燃气发电机组是气-电能量耦合的重要设备之一。燃气发电机组消耗的天然气和输出的电功率之间的关系可以表示为：

其中，

表示燃气机组消耗的天然气流量，

是燃气机组输出的电功率，α_i、β_i、γ_i是燃耗系数。

燃气轮机的二次曲线特性，将使得本文的混合整数规划问题变为混合整数二次规划问题。采用分段线性化方法，对燃气机组的耗气-出力曲线进行线性化，继而可将MIQP问题简化为MILP问题。

假设将二次曲线等分为N^seg分段，以P_i ^gt为起点，以

为范围进行线性化，则分段的宽度P_i ^seg_len、起点功率

起点气耗流量

斜率K_i，s可分别表示为：

式中，下标i表示机组编号，下标s表示分段编号。继而，燃气机组输出功率及约束可表示为：

式中，

表示燃气机组耗气出力曲线第s线性化分段的电功率值，其通过乘以各自分段的斜率K_i，s即可以线性化关系求得天然气消耗值。燃气机组功率输出和耗气量的耦合约束可线性化表示为：

S6：建立集成气电能源系统经济优化目标函数。

对于集成气-电能源系统，在电力系统的电力来源由燃气机组和风电机组供应的情况下，电力系统的总成本可由燃气机组消耗的天然气成本、机组启动/停机成本、风力发电成本和弃风惩罚成本共同构成，而燃气机组是天然气系统的负荷，其消耗的天然气可归属到天然气系统的气源总供气量中，天然气系统的总成本即气源供气成本，因此集成气-电系统的总成本由气源供气成本F^gs、机组启动/停机成本F^susd、风电成本F^wt构成，优化目标如下：

min F^IGES＝F^gs+F^susd+F^wt

其中，各项构成分别为：

S7：实施例及优化结果。

S701：算例介绍

以6节点天然气系统和6母线节点电力系统为算例进行分析，构建图2所示的算例系统。实施例实验以MATLAB 2018b为平台，基于Yalmip工具箱进行建模，调用Cplex 12.9求解器进行求解。

电力系统中的G1、G2、G3代表燃气机组，分别接入电力系统的节点nG1、nG2、nG3，燃气机组所消耗天然气的成本计算在天然气系统中。母线节点nG5接入一个风电场。天然气系统中，气源S1、S2分别接入节点nG4、nG6，气源S1的供应能力是[15000，35000](立方米/小时)，气源S2的供应能力是[12000，27000](立方米/小时)，节点1、3还存在合同供气负荷，节点nG1的合同供气方式是，在7～17h，8立方米每小时，在18～21h，4立方米每小时，节点nG3的供气方式是，在7～21h，2立方米每小时，在22～24h、0～6h，9立方米每小时。

S702：结果分析

以一小时为时间步长，以一天为一个优化周期。电负荷和风电出力曲线如图3所示。风电机组的整体出力水平相对燃机机组较低，燃气机组G1、G2、G3的出力水平一次递减，在电负荷低谷的0-6h，主要由燃气机组G1和G3满足电负荷需求，同时风电资源处于一天之内的较大出力水平，在电负荷高峰的10～22h，燃气机组G2和G3处于满足备用容量下的最大出力水平，容量较大且爬坡能力较大的燃气机组G1担当调峰功能，此时风电资源处于一天之内的较小出力水平。因此可见，容量较小的燃气机组G3出力变化不大，基本处于满发水平，燃气机组G2只在电负荷高峰期间以较大出力水平运行，燃气机组G1担负的负荷比例最大。此外，由于风电资源相对较少，且风力发电成本较低，弃风惩罚成本相对较高，本地区的风力发电能够很好地消纳。

根据本文所研究的机组启动和停机约束，初始运行状态为

的燃气机组G1、G2、G3，在经济运行方式下的二进制运行状态优化结果如图4所示，图中截取机组在1至6h的发生启动或停机的部分。可见，初始状态为停机状态的机组G2和G3在1h均发生开机启动操作，燃气机组G2在4h发生停机动作，在6h发生开机动作。由图3可知，4-5时段正是电负荷最低的两个时段，且风电出力水平处于一天之内的较高出力水平，机组G2停机2小时实现了整体经济成本最优的运行需求。

天然气系统中，各燃气机组和气负荷所消耗的天然气以及气源S1和S2的供气流量如图5所示。机组G1消耗天燃气占比较大，机组G2在10-22时段消耗天然气较多，机组G3消耗天然气相对较少但变化幅度不大，节点1的合同购气是在白昼和晚上两个时段，节点3的合同购气主要是在夜间。机组G1、G2和节点1的气负荷共同决定了用气高峰发生在10-22h，在16-17h达到用气最高峰。在气负荷低谷期，气源S1输出气流量平稳维持在较低水平，气源S2输出气流量变化趋势跟随总用气需求，在气负荷逐渐增大至高峰期时，气源S2输出气流量平稳维持在其所能达到的较高出力水平，气源S1输出气流量跟随气负荷变化，满足高峰期间的用气需求。可见，在价格和拓扑结构的共同影响下，气源S2担当了优先供气责任，气源S1负责气负荷调峰。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：输入系统数据信息；

步骤2：建立机组启停二进制变量关系模型；

步骤3：建立机组启停约束；

步骤4：建立电力系统约束；

步骤5：建立天然气系统约束并线性化；

步骤6：建立集成气-电能源系统经济优化目标函数；

步骤7：求解优化调度结果并输出调度数据。

2.如权利要求1所述的一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其特征在于：所述步骤1中，系统数据信息包括源荷数据、经济指标数据以及设备参数数据。

3.如权利要求1所述的一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其特征在于：所述步骤2中，机组启停二进制变量包括启停状态

启动动作

停机动作

机组启停二进制变量关系模型如下：

式中，

表示机组i在t时刻处于运行状态，

表示机组i在t时刻处于停机状态；

表示机组i在t时刻发生启动动作，

表示机组i在t时刻未发生启动动作；

表示机组i在t时刻发生停机动作，

表示机组i在t时刻未发生停机动作。

4.如权利要求3所述的一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其特征在于：所述步骤3中，启停约束包括计及启停状态的燃气机组出力约束、爬坡约束、持续时间约束、启停费用约束，分别如下：

1)计及启停状态的燃气机组出力约束

计及启停状态的燃气机组出力约束通过

使得机组在运行状态下出力处于出力范围内，在停机状态下机组出力为0；计及启停状态的燃气机组出力约束如下：

式中，

P _i分别表示机组出力上下限；

2)计及启停状态的燃气机组爬坡约束

计及启停状态的燃气机组爬坡约束考虑机组正常运行状态的上下爬坡约束和机组由停机状态变为运行状态的上爬坡约束、由运行状态变为停机状态的下爬坡约束；由机组启停状态变量构建的机组爬坡约束统一化模型如下：

式中，

分别表示向上爬坡和向下爬坡的上限，是机组在正常运行状态下的爬坡能力限值；

表示最大启动爬坡率，表征机组启动时的最大爬坡能力，

表示最大停机爬坡率，表征停机时的最大向下爬坡能力；

和

实现了对机组由停机变启动和由启动变停机的出力爬坡约束，取值如下：

3)计及启停状态的持续时间约束

计及启停状态的持续时间约束考虑了调度周期末期的剩余可调度时间小于开机或停机最小持续时间的情况；持续时间约束如下：

式中，T _i ^on表示开机最小持续时间，T _i ^off表示停机最小持续时间；T^on，end是开机状态的累积时间段终点，在剩余可调度时间小于最小开机持续时间时，取时段终点为T，即：

T^off，end是停机状态的累积时间段终点，T^off，dur是停机状态的可持续时间，在剩余可调度时间小于最小停机持续时间时，取时段终点为T，停机持续时间为剩余可调度时间，即：

T^off，end＝min{T，t+T _i ^off-1)

T^off，dur＝min{T _i ^off，T-t+1}

4)启停费用约束

机组启动费用

停机费用

需要满足如下约束：

式中，

和

是机组启动和停机的成本。

5.如权利要求3所述的一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其特征在于：所述步骤4中，电力系统备用约束，包括电力系统源-荷平衡约束、旋转备用约束、潮流安全约束，分别如下：

1)电力系统源-荷平衡约束

电力系统的燃气发电出力

风电可发电量

弃风量

负荷

满足如下关系：

式中，N^gt、N^wt、N^e分别是燃气发电节点、风力发电节点、电力负荷节点的数目；

2)电力系统旋转备用约束

电力系统旋转备用约束采用绝对值方式或百分比方式，分别如下：

式中，

是机组出力上限，P_t ^spin是以绝对数值方式表示的电力系统中所有机组需要留有的旋转备用容量，r^hs是以百分比形式表示的电力系统中所有机组的旋转备用容量占总负荷的百分比；

3)电力系统潮流安全约束

电力系统潮流安全约束能够反映发电机组输出功率变化引起的联络线潮流变化，采用分布因子的联络线潮流安全约束表示为：

式中，

是联络线j的最大安全潮流，G_j，i描述了节点i有功功率改变单位值时，联络线支路j的有功潮流变化量，发电节点和负荷节点对支路有功潮流的变化作用相反，Ω^gt、Ω^load分别表示发电节点集合、负荷节点集合；考虑燃气发电和风力发电两种方式下的集成气-电能源系统中，以矩阵形式表示的联络线潮流安全约束表示为

式中，M^gt、M^wt、M^eps分别是分布因子矩阵中和发电机组、风电机组、负荷相对应的列向量组成的子矩阵，P_t ^gt、P_t ^wt分别是燃气发电机组、风电机组的t时段出力向量，P_t ^load是t时段的负荷需求向量。

6.如权利要求3所述的一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其特征在于：所述步骤5中，天然气系统约束包括气源-气负荷平衡约束、燃气机组电-气耦合约束，分别如下：

1)气源-气负荷平衡约束

气源供气量F_t ^s、负荷耗气量F_t ^load、燃气机组耗气量F_t ^gt、管道气流量F_t ^pipe在满足节点能量平衡的关系下建立的矩阵化网络守恒约束表示为：

B^sF_t ^s-B^loadF_t ^load-B^gtF_t ^gt＝AF_t ^pipe

式中，矩阵B^s、B^load、B^gt分别是节点-气源点、节点-气负荷、节点-燃气机组关联矩阵，矩阵A是天然气网络的节点-支路关联矩阵；

2)燃气机组电-气耦合约束

燃气发电机组消耗的天然气

和输出的电功率

之间的关系表示为：

式中，α_i、β_i、γ_i是燃耗系数；

采用分段线性化方法，燃气机组功率输出和耗气量的耦合约束线性化表示为：

式中，N^seg表示分段数，下标i表示机组编号，下标s表示分段编号，

表示燃气机组耗气-出力曲线第s线性化分段的电功率值，

表示起始分段的耗气量值，K_i，s表示分段斜率，

表示分段起点功率。

7.如权利要求3所述的一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其特征在于：所述步骤6中，集成气电能源系统经济优化目标由气源供气成本F^gs、机组启动/停机成本F^susd、风电成本F^wt构成，其中燃气机组消耗的天然气归属到天然气系统的气源总供气量中，集成气电能源系统总成本F^IGES的经济优化目标如下：

min F^IGES＝F^gs+F^susd+F^wt

其中，各项构成分别为：

式中，c^gs、c^wt分别为天然气、风电的成本系数，c^wcur是弃风惩罚成本，T是调度时段数，N^gs是燃气机组数目，N^gt是燃气发电节点数目，N^wt是风力发电节点数目，

是气源i在t时段的供气气流量，

分别表示机组启动费用和停机费用，

是风电可发电量，

是弃风量。

8.如权利要求1所述的一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法，其特征在于：所述步骤7中，优化输出的调度数据包括机组出力相关数据

机组启停相关数据

气源出力相天数据

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