CN111652441B - 考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法，以最小化配网系统运行成本为目标并结合设定的相关运行约束，建立气电综合能源系统配网优化运行模型。针对配电网的非线性交流潮流方程约束，采用了二阶锥松弛方法进行处理；针对配气网的非线性Weymouth潮流方程提出了在目标函数中加入气压惩罚项的增强二阶锥松弛方法将松弛后的约束条件进一步收紧，将非凸优化问题转化为凸优化问题进行求解，以达到较高的松弛精度。在配网优化调度模型的基础上，提出了利用气电联合需求响应来提高配网系统的新能源消纳能力及运行经济性的运行策略。
Description
技术领域
本发明属于综合能源系统优化运行技术领域，特别涉及一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法。
背景技术
低成本、高效环保的天然气已经成为世界能源消耗的第二大来源，其极大地促进了燃气机组(NGU)的快速发展。近年来，燃气机组投入量的显著增长和电转气技术的日益成熟加强了电力和天然气系统之间的相互依赖性，为气电综合能源系统的形成奠定了基础。气电综合能源系统利用天然气系统的慢惯性将新能源发电等过剩的电能转化为天然气的形式进行能源储存，进而通过燃气机组和电转气设备等能源转换装置来达到能量的双向流动。其作为能源互联网发展的重要组成，对提高能源利用效率、促进可再生能源发展和消纳以及节能减排具有重要意义。
利用电力系统与天然气系统的耦合特性来协调优化气电综合能源系统的能量传输、分配。气电配网系统作为综合能源系统的能量传输末端，是与用户互动最紧密的部分，同时也是能量损耗最大的部分。由于电力和天然气配网中的某些物理运行特性，所建立的气电综合系统优化运行模型大多数都是非线性非凸的，这将会给模型求解带来较大的困难。国内外学者针对气电综合能源系统中非线性运行约束条件的处理方法进行了大量研究，目前研究成果多采用线性化方法和凸优化方法直接对非线性约束条件进行处理，可能无法在任意运行状态下达到潮流最优的要求。随着能源互联网的不断发展，冷、热、气、电等多种负荷形式的需求响应在综合能源系统的协调规划和运行方面发挥了有效作用。结合需求响应机制，对其进行协调优化运行能够提高能源系统运行的灵活性和经济性以及新能源的消纳能力。
因此，在含燃气机组、电转气等耦合设备的配网优化运行模型基础上，进一步研究具有良好近似精度的气电综合能源配网系统最优潮流凸优化方法以及气电联合需求响应机制对气电综合能源系统配网协调优化运行具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法，利用增强二阶锥松弛与泰勒级数展开相结合的方法将非凸优化问题转化为凸优化问题，提高模型的松弛精度和求解速度；并在此基础上引入了气电联合需求响应机制来有效提升配网系统运行的经济性和新能源的消纳能力。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法，包括以下步骤：
步骤1：建立电力、天然气配网系统模型，包括电力交流潮流模型和天然气传输管道潮流模型；
步骤2：建立耦合设备运行模型，包括进行气转电的燃气机组运行模型和进行电转气的P2G设备运行模型；
步骤3：分别对可中断和可转移电、气负荷进行建模，引入气电联合需求响应；
步骤4：构建以最小化配网系统运行成本为目标函数，考虑配电网、配气网各种运行约束条件以及气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化运行模型；
步骤5：利用二阶锥松弛方法对非线性配电网潮流方程约束进行处理以及增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法对天然气潮流方程约束进行处理，将非线性的气电综合能源系统配网优化调度模型转化为混合整数二阶锥规划问题；
步骤6：输入气电综合能源系统配网系统数据、设备参数、配网运行参数，采用商业求解器Gurobi对综合能源配网优化运行模型进行求解，得出配网经济调度优化结果。
进一步地，在步骤1中：
电力交流潮流模型具体为：
式中：π(j)为配电网中以j为末端节点的支路首端节点集合；δ(j)为配电网中以j为首端节点的支路末端节点集合；Rij、Xij分别为配电线路ij段的电阻、电抗值；Iij,t为配电线路ij段的电流；Vit为节点i的电压大小；Pgt、Pat分别为t时刻第g台燃气机组和第a台电转气设备的发电功率及耗电功率；
为t时刻上级电网向配电网输送的有功功率；
为t时刻上级电网向配电网输送的无功功率；Pij指配电网配电线路ij段的有功功率；Qij指配电网配电线路ij段的无功功率；
为t时刻的预测电负荷值；
为t时刻负荷的功率因数；
天然气传输管道潮流模型具体为：
式中：
和
分别为天然气网络节点m最小和最大的气压限制；GLmn,t为t时刻天然气管道所传输的潮流；πmt和πnt分别为天然气节点m和n的气压；Kmn为天然气管道的特性参数。
进一步地，步骤2中：
电转气设备运行模型具体为：
式中：Iat为电转气设备的工作状态；Gat为电转气设备产生的天然气量；
为电转气设备的最大消耗电量；φ为能量转换系数；HHV为高发热值；
为电转气设备的工作效率；
燃气机组运行模型具体为：
SUgt≥sug·(Igt-Ig(t-1)),SUgt≥0
SDgt≥sdg·(Ig(t-1)-Igt),SDgt≥0
Pgt-Pg(t-1)≤urg·Ig(t-1)+Pmin·(Igt-Ig(t-1))+Pmax·(1-Igt)
Pg(t-1)-Pgt≤drg·Igt+Pmin·(Ig(t-1)-Igt)+Pmax·(1-Ig(t-1))
式中：Igt为燃气机组的工作状态；Pgt为t时刻第g台燃气机组的发电功率；F(·)为热耗率曲线；
和
分别为燃气机组出力的最小和最大限制；
和
分别指燃气机组的开机和停机时间计数器；
和
分别指机组的最小开机和停机时间；sug和sdg分别为机组g在进行开启和关停一次时产生的热耗成本；SUgt和SDgt分别为燃气机组g在t时刻进行开、停机所产生的费用；urg和drg分别为机组的上爬坡率和下爬坡率；
约束条件：连接同一个电力系统节点上的燃气机组和电转气设备不能同时运行；
Iat+Igt≤1,for g,a∈N(i)
式中：N(i)为一系列连接到节点i的设备集合；Igt为燃气机组的工作状态；燃气机组g和电转气设备a是连接在同一电力系统节点i的设备。
进一步地，其特征在于，所述步骤3中：
电负荷需求响应模型具体为：
式中：
分别为t时刻需求响应后的电负荷值、参与需求响应的电负荷值及需求侧可转移电负荷值；
分别为t时刻配网系统允许的最大电负荷及最大可中断电负荷量；
分别为t时刻可中断及可平移的电负荷比例；其中，当
为正时，表示转出可转移电负荷，反之表示转入可转移电负荷；
气负荷需求响应模型具体为：
式中：
分别为t时刻需求响应后的气负荷值、需求响应气负荷值及需求侧可转移气负荷值；
分别为t时刻配网系统允许的最大气负荷及最大可中断气负荷量；
分别为t时刻可中断及可平移的气负荷比例；其中，当
为正时，表示转出可转移气负荷，反之表示转入可转移气负荷。
进一步地，所述步骤4中气电综合能源系统配网优化运行模型具体为：
目标函数：气电综合能源配网系统日前协调优化运行模型以最小化综合能源配网系统的总运行成本为优化目标；
其中：
式中：t为时间索引；d为负荷节点索引；NWT为风机的数量；
分别为向上级电、天然气网购电、气费用；
分别为需求侧响应中断电、气负荷的补偿成本；
为风电运维费用；
为失电负荷惩罚费用，
为失气负荷惩罚费用；
分别为单位购电、购气价格；
分别为单位需求侧响应中断电、气负荷的补偿价格；cWT为单位风力发电运维费用；
分别为单位失电负荷、失气负荷的惩罚价格；
分别为购电、购气功率；
为需求侧中断电、气负荷功率；
为第w台风机在t时刻的实际并网功率；
分别为失电、气负荷功率；
配气网节点能量平衡约束：
式中：π(n)为配气网中以n为末端节点的支路首端节点集合；δ(n)为配气网中以n为首端节点的支路末端节点集合；Gmn指配气网传输管道mn段的潮流；
为t时刻的气负荷预测值；Ggt、Gat分别为燃气机组g的天然气消耗量和电转气设备a的天然气产生量；
配电网传输线路约束：
式中：
指输电线路ij能够传输的最大电流限制；
和
分别为电力网络母线电压Vi幅值的最小及最大限制；
新能源出力约束：
式中：
为第w台风机的预测发电功率；
配网系统与上级网络功率交换约束：
式中：Pin,min、Pin,max分别为配电网与上级电网交换的最小和最大有功功率限制；Qin,min、Qin,max分别为配电网与上级电网交换的最小和最大无功功率限制；Gin,min、Gin,max分别为配气网与天然气供应商交换的最小和最大购气功率限制；
失负荷约束：
式中：αP为最大可失电负荷比例；αG为最大可失气负荷比例。
进一步地，所述步骤5中非线性气电综合能源系统配网优化运行模型的处理方法具体为：
二阶锥松弛方法对配电网潮流方程约束进行处理，定义
和
这两个中间变量，结合支路电流与功率关系式对节点电压降落方程进行松弛处理：
增强二阶锥松弛方法对配气网潮流方程约束进行处理，在基础二阶锥松弛的前提下对目标函数进行处理，即加入有关节点气压差的惩罚项：
(GLmn,t)2≤(Kmnπmt)2-(Kmnπnt)2
式中：φmn为配气网传输管道mn两端的气压差惩罚系数；
泰勒级数展开方法对配气网潮流方程约束进行处理，利用一阶泰勒级数展开将式表示为天然气管道两端任意固定气压节点
附近的线性化方程：
式中：
为天然气管道在节点气压
下的传输潮流；ΔGLmn,t为一阶泰勒展开后的潮流余项；
为
内的第b个断点，其中b＝1,2,...,B且有
泰勒级数展开与增强二阶锥相结合方法对配气网潮流方程约束进行处理，在保证配气网二阶锥松弛高精度的基础上进一步提高计算效率。
进一步地，所述步骤6中综合能源系统配网系统数据包括配网系统拓扑结构以及输电线路/传输管道参数，所述设备参数包括燃气机组、电转气设备、风力发电机的数量、容量以及出力上下限，所述配网运行参数包括向上级网络购入能源的价格、设备的各种运行参数、负荷侧需求响应限值以及电、气负荷预测数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)增强二阶锥规划方法在处理天然气系统最优潮流的松弛精度问题上优于二阶锥松弛方法，但在配网系统重载时某些节点达到气压上下限，松弛后精度可能达不到运行要求，需要结合泰勒级数展开方法来提高精度。增加气压断点的数量能够有效提高泰勒级数展开方法的近似精度。本发明所提的增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法能够明显降低天然气潮流的凸松弛误差，在系统轻重载情况下都能保持较高的精度，优于其他两种方法。
2)考虑联合气电需求响应的优化调度策略，有利于提高配网系统运行的灵活性和可控性、系统运行经济性、能源利用效率。结合气电之间的耦合特性，在分时电价和气价的引导下通过一定比例的需求响应在不同时段对电、气两种类型的负荷进行转入、转出或中断，灵活安排设备的运行，有效降低系统的失负荷量，提高新能源的消纳能力，达到气电综合能源配网系统的经济优化调度。
附图说明
图1是本发明方法的步骤流程图。
图2是气电综合能源系统配网能量流分布图。
图3是IEEE33节点电力系统和20节点天然气系统耦合形成的气电综合能源系统配网实施例图。
图4是配网系统进行气电联合需求响应后的净电、气负荷值对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法，具体实施步骤流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：建立电力、天然气配网系统模型，包括电力交流潮流模型和天然气传输管道潮流模型。
(1.1)电力交流潮流模型：由于配电线路电压等级较低，只能通过交流潮流法(ACpower flow)利用DistFlow模型来描述配电网节点功率平衡。
式中：π(j)为配电网中以j为末端节点的支路首端节点集合；δ(j)为配电网中以j为首端节点的支路末端节点集合；Rij、Xij分别为配电线路ij段的电阻、电抗值；Iij,t为配电线路ij段的电流；Vit为节点i的电压大小；Pgt、Pat分别为t时刻第g台燃气机组和第a台电转气设备的发电功率及耗电功率；
为t时刻上级电网向配电网输送的有功功率；
为t时刻上级电网向配电网输送的无功功率；Pij指配电网配电线路ij段的有功功率；Qij指配电网配电线路ij段的无功功率；
为t时刻的预测电负荷值；
为t时刻负荷的功率因数。
(1.2)天然气传输管道潮流模型：天然气管道中的天然气潮流可以利用节点气压和管道特性的非线性关系来表示。由于配气网是辐射状的，即天然气潮流的方向是预先设定的。在一定条件下，使用著名的Weymouth方程来对天然气潮流进行近似化处理。
式中：
和
分别为天然气网络节点m最小和最大的气压限制；GLmn,t为t时刻天然气管道所传输的潮流；πmt和πnt分别为天然气节点m和n的气压；Kmn为天然气管道的特性参数。
步骤2：建立耦合设备运行模型，包括进行气转电的燃气机组运行模型和进行电转气的P2G设备运行模型。气电综合能源系统配网是在能源枢纽处通过燃气机组和电转气设备将配电网和配气网耦合在一起的，在配网系统运行时也将会受到耦合设备的运行约束。
(2.1)电转气设备运行模型：电转气设备在天然气网络中被视作气源，在电力系统中被视作负荷。电转气设备的产气量和所消耗的电能之间的关系如下所示。
式中：Iat为电转气设备的工作状态；Gat为电转气设备产生的天然气量；
为电转气设备的最大消耗电量；φ为能量转换系数，有φ＝3.4MBtu/MWh；HHV为高发热值，其值取1.026MBtu/kcf；
为电转气设备的工作效率。
(2.2)燃气机组运行模型：燃气机组在天然气网络中被视作负荷，在电力系统中被视作电源。在配电系统中，燃气机组的出力受到最大最小容量的限制，且应该满足最小机组启停时间、机组开停机的费用约束和上、下爬坡率约束。
SUgt≥sug·(Igt-Ig(t-1)),SUgt≥0
SDgt≥sdg·(Ig(t-1)-Igt),SDgt≥0
Pgt-Pg(t-1)≤urg·Ig(t-1)+Pmin·(Igt-Ig(t-1))+Pmax·(1-Igt)
Pg(t-1)-Pgt≤drg·Igt+Pmin·(Ig(t-1)-Igt)+Pmax·(1-Ig(t-1))
式中：Igt为燃气机组的工作状态；Pgt为t时刻第g台燃气机组的发电功率；F(·)为热耗率曲线；
和
分别为燃气机组出力的最小和最大限制；
和
分别指燃气机组的开机和停机时间计数器；
和
分别指机组的最小开机和停机时间；sug和sdg分别为机组g在进行开启和关停一次时产生的热耗成本；SUgt和SDgt分别为燃气机组g在t时刻进行开、停机所产生的费用；urg和drg分别为机组的上爬坡率和下爬坡率。
(2.3)约束条件：连接同一个电力系统节点上的燃气机组和电转气设备不能同时运行。
Iat+Igt≤1,for g,a∈N(i)
式中：N(i)为一系列连接到节点i的设备集合；Igt为燃气机组的工作状态；燃气机组g和电转气设备a是连接在同一电力系统节点i的设备。
步骤3：分别对可中断和可转移电、气负荷进行建模，引入气电联合需求响应。通过灵活对负荷进行削减以及转移负荷的用电时间，来响应上级网络的分时能源价格，更好地匹配可再生能源的出力，降低系统的运行成本。
(3.1)电负荷需求响应模型：需求侧可中断电负荷量受一定比例的限制，可转移电负荷量受一定比例的限制且需要在总调度时段内维持不变。
式中：
分别为t时刻需求响应后的电负荷值、参与需求响应的电负荷值及需求侧可转移电负荷值；
分别为t时刻配网系统允许的最大电负荷及最大可中断电负荷量；
分别为t时刻可中断及可平移的电负荷比例；其中，当
为正时，表示转出可转移电负荷，反之表示转入可转移电负荷。
(3.2)气负荷需求响应模型：需求侧可中断气负荷量受一定比例的限制，可转移气负荷量受一定比例的限制且需要在总调度时段内维持不变。
式中：
分别为t时刻需求响应后的气负荷值、需求响应气负荷值及需求侧可转移气负荷值；
分别为t时刻配网系统允许的最大气负荷及最大可中断气负荷量；
分别为t时刻可中断及可平移的气负荷比例；其中，当
为正时，表示转出可转移气负荷，反之表示转入可转移气负荷。
步骤4：构建以最小化配网系统运行成本为目标函数，考虑配电网、配气网节点能量平衡等各种运行约束条件以及气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化运行模型。
(4.1)目标函数：气电综合能源配网系统日前协调优化运行模型以最小化综合能源配网系统的总运行成本为优化目标。其运行费用主要包括：向上级电网、天然气网进行购买电、气等能源的费用；能源枢纽处燃气机组、电转气设备的运行成本费用；风电的运行维护成本费用；需求响应中断电、气负荷的补偿成本费用以及将失负荷以惩罚项的形式加至目标函数中。其中，燃气机组的运行维护费用，包括调度成本和启停成本都通过配气网根节点向上级气网进行购买的购气成本进行计算。
其中：
式中：t为时间索引；d为负荷节点索引；NWT为风机的数量；
分别为向上级电、天然气网购电、气费用；
分别为需求侧响应中断电、气负荷的补偿成本；
为风电运维费用；
为失电负荷惩罚费用，
为失气负荷惩罚费用；
分别为单位购电、购气价格；
分别为单位需求侧响应中断电、气负荷的补偿价格；cWT为单位风力发电运维费用；
分别为单位失电负荷、失气负荷的惩罚价格；
分别为购电、购气功率；
为需求侧中断电、气负荷功率；
为第w台风机在t时刻的实际并网功率；
分别为失电、气负荷功率。
(4.2)配气网节点能量平衡约束：配气网的运行也必须满足能量的节点平衡守恒规律。配气系统的节点平衡代表了流入节点的天然气量等于流出节点的天然气量。
式中：π(n)为配气网中以n为末端节点的支路首端节点集合；δ(n)为配气网中以n为首端节点的支路末端节点集合；Gmn指配气网传输管道mn段的潮流；
为t时刻的气负荷预测值；Ggt、Gat分别为燃气机组g的天然气消耗量和电转气设备a的天然气产生量。
(4.3)配电网传输线路约束：由于输电线路的传输容量有一定的限制，故输电线路上通过的电流受到上下界的限制；配电网络母线电压受到其上下界的限制。
式中：
指输电线路ij能够传输的最大电流限制；
和
分别为电力网络母线电压Vi幅值的最小及最大限制。
(4.4)新能源出力约束：每个时刻的风电场调度都受到预测的可用风力发电的限制，注意在含电转气设备的气电综合能源配网系统优化运行中，风力发电应该尽可能地被完全利用。
式中：
为第w台风机的预测发电功率。
(4.5)配网系统与上级网络功率交换约束：
式中：Pin,min、Pin,max分别为配电网与上级电网交换的最小和最大有功功率限制；Qin,min、Qin,max分别为配电网与上级电网交换的最小和最大无功功率限制；Gin,min、Gin,max分别为配气网与天然气供应商交换的最小和最大购气功率限制。
(4.6)失负荷约束：
式中：αP为最大可失电负荷比例；αG为最大可失气负荷比例。
步骤5：利用二阶锥松弛方法对非线性配电网潮流方程约束进行处理以及增强二阶锥规划(Enhanced Second-Order Cone Programming，ESOCP)与泰勒级数展开(Taylor-Series-Expansion,TSE)相结合的方法对天然气潮流方程约束进行处理，将非线性的气电综合能源系统配网优化调度模型转化为混合整数二阶锥规划(MISOCP)问题。
(5.1)二阶锥松弛方法对配电网潮流方程约束进行处理：配电网节点降落方程是非线性非凸的，本发明定义
和
这两个中间变量，结合支路电流与功率关系式对节点平衡非线性约束进行了一定程度的松弛，进一步转换得到二阶锥松弛方程，将其转化为二阶锥优化模型进行求解。
(5.2)增强二阶锥松弛方法对配气网潮流方程约束进行处理：在基础二阶锥松弛的前提下，对目标函数进行处理，即加入有关节点气压差的惩罚项。该方法的本质是在能满足天然气管道输送潮流最大化的条件下使管道两端的节点气压差尽可能的小。
(GLmn,t)2≤(Kmnπmt)2-(Kmnπnt)2
式中：φmn为配气网传输管道mn两端的气压差惩罚系数。
(5.3)泰勒级数展开方法对配气网潮流方程约束进行处理：可以利用泰勒级数展开(Taylor Series Expansion，TSE)方法来对天然气潮流方程进行线性化处理，将非线性规划问题转化为线性规划问题。
式中：
为天然气管道在节点气压
下的传输潮流；ΔGLmn,t为一阶泰勒展开后的潮流余项；
为
内的第b个断点，其中b＝1,2,...,B且有
(5.4)泰勒级数展开与增强二阶锥相结合方法对配气网潮流方程约束进行处理：考虑到增强二阶锥松弛方法无法在任意运行情况下，对配气网潮流松弛精度的提升达到运行要求。而泰勒级数展开方法的近似精确度需要大量较多的断点数来支撑，也即达到高精确度需要较高的计算量。为了同时达到松弛精确度高、计算高效的目的，本发明提出利用泰勒级数展开与增强二阶锥相结合的方法(ESOCP&TSE)，在保证配气网二阶锥松弛高精度的基础上进一步提高计算效率。
步骤6：输入气电综合能源系统配网系统数据、设备参数、运行参数等，采用商业求解器Gurobi对综合能源配网优化运行模型进行求解，得出配网经济调度优化结果。
下面通过具体实施例详细说明本发明有益技术效果。
(1)算例介绍。
如图3所示，利用IEEE33节点电力系统和20节点天然气系统构建气电综合能源系统配网算例。在IEEE33节点电力系统节点21处添加一台风力发电机；燃气机组、P2G设备接入电力系统的节点8和天然气系统的节点3。以1小时为间隔，24小时为调度周期。测试工具采用Matlab2018a编程软件和GUROBI8.1商用求解器。
(2)实施例场景描述。
为验证增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合(ESOCP&TSE)方法的有效性，设置以下算例1-4；为验证气电联合需求响应的优势，设置不考虑需求响应、分别考虑电负荷需求响应、气负荷响应以及气电联合需求响应的四类运行方式，设置算例5-9如下表1。
算例1：运用原始二阶锥规划(SOCP)方法进行松弛；
算例2：运用增强二阶锥规划(ESOCP)方法进行松弛；
算例3：不同断点数的泰勒级数展开(TSE)；
算例4：运用ESOCP&TSE的方法。
表1算例5-9的需求响应比例
(3)实施例结果分析。
表2给出了不同负载比例下运用三种方法进行求解的误差对比，从中可以得到：ESOCP&TSE方法在配气网轻载、重载情况下都能保证较好的精度，相较增强二阶锥规划方法和泰勒级数展开相结合方法在松弛精度和求解速度方面效果更好。
表3给出了不同DR类型下的配网系统优化运行结果，容易得到：利用电、气双侧的需求响应以及电、气负荷间的耦合特性使得其灵活性相较单一的电力、天然气需求响应更高，且需求响应的比例越大，负荷侧的可调节空间越大，配网系统运行的灵活性和可控性越高，运行成本越低。
表2不同方法的误差对比
表3不同DR类型下的配网系统优化运行结果
以上所述，仅为本发明的具体实施例，但并不因此限值本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书以及附图内容进行等效变化或替换，直接或间接运用到其他相关技术领域，都应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立电力、天然气配网系统模型，包括电力交流潮流模型和天然气传输管道潮流模型；
步骤2：建立耦合设备运行模型，包括进行气转电的燃气机组运行模型和进行电转气的P2G设备运行模型；
步骤3：分别对可中断和可转移电、气负荷进行建模，引入气电联合需求响应；
步骤4：构建以最小化配网系统运行成本为目标函数，考虑配电网、配气网各种运行约束条件以及气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化运行模型；
步骤5：利用二阶锥松弛方法对非线性配电网潮流方程约束进行处理以及增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法对天然气潮流方程约束进行处理，将非线性的气电综合能源系统配网优化调度模型转化为混合整数二阶锥规划问题；
步骤6：输入气电综合能源系统配网系统数据、设备参数、配网运行参数，采用商业求解器Gurobi对综合能源配网优化运行模型进行求解，得出配网经济调度优化结果；
在步骤1中：
电力交流潮流模型具体为：
式中：π(j)为配电网中以j为末端节点的支路首端节点集合；δ(j)为配电网中以j为首端节点的支路末端节点集合；Rij、Xij分别为配电线路ij段的电阻、电抗值；Iij,t为配电线路ij段的电流；Vit为节点i的电压大小；Pgt、Pat分别为t时刻第g台燃气机组和第a台电转气设备的发电功率及耗电功率；Pt in为t时刻上级电网向配电网输送的有功功率；
为t时刻上级电网向配电网输送的无功功率；Pij指配电网配电线路ij段的有功功率；Qij指配电网配电线路ij段的无功功率；
为t时刻的预测电负荷值；
为t时刻负荷的功率因数；
天然气传输管道潮流模型具体为：
式中：
和
分别为天然气网络节点m最小和最大的气压限制；GLmn,t为t时刻天然气管道所传输的潮流；πmt和πnt分别为天然气节点m和n的气压；Kmn为天然气管道的特性参数；
步骤2中：
电转气设备运行模型具体为：
式中：Iat为电转气设备的工作状态；Gat为电转气设备产生的天然气量；
为电转气设备的最大消耗电量；φ为能量转换系数；HHV为高发热值；
为电转气设备的工作效率；
燃气机组运行模型具体为：
SUgt≥sug·(Igt-Ig(t-1)),SUgt≥0
SDgt≥sdg·(Ig(t-1)-Igt),SDgt≥0
Pgt-Pg(t-1)≤urg·Ig(t-1)+Pmin·(Igt-Ig(t-1))+Pmax·(1-Igt)
Pg(t-1)-Pgt≤drg·Igt+Pmin·(Ig(t-1)-Igt)+Pmax·(1-Ig(t-1))
式中：Igt为燃气机组的工作状态；Pgt为t时刻第g台燃气机组的发电功率；F(·)为热耗率曲线；
和
分别为燃气机组出力的最小和最大限制；
和
分别指燃气机组的开机和停机时间计数器；
和
分别指机组的最小开机和停机时间；sug和sdg分别为机组g在进行开启和关停一次时产生的热耗成本；SUgt和SDgt分别为燃气机组g在t时刻进行开、停机所产生的费用；urg和drg分别为机组的上爬坡率和下爬坡率；
约束条件：连接同一个电力系统节点上的燃气机组和电转气设备不能同时运行；
Iat+Igt≤1,for g,a∈N(i)
式中：N(i)为一系列连接到节点i的设备集合；Igt为燃气机组的工作状态；燃气机组g和电转气设备a是连接在同一电力系统节点i的设备；
所述步骤3中：
电负荷需求响应模型具体为：
式中：
分别为t时刻需求响应后的电负荷值、参与需求响应的电负荷值及需求侧可转移电负荷值；
分别为t时刻配网系统允许的最大电负荷及最大可中断电负荷量；
分别为t时刻可中断及可平移的电负荷比例；其中，当
为正时，表示转出可转移电负荷，反之表示转入可转移电负荷；
气负荷需求响应模型具体为：
式中：
分别为t时刻需求响应后的气负荷值、需求响应气负荷值及需求侧可转移气负荷值；
分别为t时刻配网系统允许的最大气负荷及最大可中断气负荷量；
分别为t时刻可中断及可平移的气负荷比例；其中，当
为正时，表示转出可转移气负荷，反之表示转入可转移气负荷；
所述步骤4中气电综合能源系统配网优化运行模型具体为：
目标函数：气电综合能源配网系统日前协调优化运行模型以最小化综合能源配网系统的总运行成本为优化目标；
其中：
式中：t为时间索引；d为负荷节点索引；NWT为风机的数量；
分别为向上级电网购电费用、向上级天然气网购气费用；
分别为需求侧响应中断电、气负荷的补偿成本；
为风电运维费用；
为失电负荷惩罚费用，
为失气负荷惩罚费用；
分别为单位购电、购气价格；
分别为单位需求侧响应中断电、气负荷的补偿价格；cWT为单位风力发电运维费用；
分别为单位失电负荷、失气负荷的惩罚价格；Pt in、
分别为购电、购气功率；
为需求侧中断电、气负荷功率；
为第w台风机在t时刻的实际并网功率；
分别为失电、气负荷功率；
配气网节点能量平衡约束：
式中：π(n)为配气网中以n为末端节点的支路首端节点集合；δ(n)为配气网中以n为首端节点的支路末端节点集合；Gmn指配气网传输管道mn段的潮流；
为t时刻的气负荷预测值；Ggt、Gat分别为燃气机组g的天然气消耗量和电转气设备a的天然气产生量；
配电网传输线路约束：
Vi min≤Vit≤Vi max
式中：
指输电线路ij能够传输的最大电流限制；Vi min和Vi max分别为电力网络母线电压Vi幅值的最小及最大限制；
新能源出力约束：
式中：
为第w台风机的预测发电功率；
配网系统与上级网络功率交换约束：
Pin,min≤Pt in≤Pin,max
式中：Pin,min、Pin,max分别为配电网与上级电网交换的最小和最大有功功率限制；Qin,min、Qin,max分别为配电网与上级电网交换的最小和最大无功功率限制；Gin,min、Gin,max分别为配气网与天然气供应商交换的最小和最大购气功率限制；
失负荷约束：
式中：αP为最大可失电负荷比例；αG为最大可失气负荷比例；
所述步骤5中非线性气电综合能源系统配网优化运行模型的处理方法具体为：
二阶锥松弛方法对配电网潮流方程约束进行处理，定义
和
这两个中间变量，结合支路电流与功率关系式对节点电压降落方程进行松弛处理：
增强二阶锥松弛方法对配气网潮流方程约束进行处理，在基础二阶锥松弛的前提下对目标函数进行处理，即加入有关节点气压差的惩罚项：
(GLmn,t)2≤(Kmnπmt)2-(Kmnπnt)2
式中：φmn为配气网传输管道mn两端的气压差惩罚系数；
泰勒级数展开方法对配气网潮流方程约束进行处理，利用一阶泰勒级数展开将式表示为天然气管道两端任意固定气压节点
附近的线性化方程：
式中：
为天然气管道在节点气压
下的传输潮流；△GLmn,t为一阶泰勒展开后的潮流余项；
为
内的第b个断点，其中b＝1,2,...,B且有
泰勒级数展开与增强二阶锥相结合方法对配气网潮流方程约束进行处理，在保证配气网二阶锥松弛高精度的基础上进一步提高计算效率。
2.根据权利要求1所述的考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法，其特征在于，所述步骤6中综合能源系统配网系统数据包括配网系统拓扑结构以及输电线路/传输管道参数，所述设备参数包括燃气机组、电转气设备、风力发电机的数量、容量以及出力上下限，所述配网运行参数包括向上级网络购入能源的价格、设备的各种运行参数、负荷侧需求响应限值以及电、气负荷预测数据。
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