CN111950122A - 园区综合能源系统运行优化方法 - Google Patents

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CN111950122A CN202010653488.3A CN202010653488A CN111950122A CN 111950122 A CN111950122 A CN 111950122A CN 202010653488 A CN202010653488 A CN 202010653488A CN 111950122 A CN111950122 A CN 111950122A
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Abstract

本发明一种考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，包括：步骤一：配电网数学建模；步骤二：天然气管网数学建模；步骤三：热力管网数学建模；步骤四：能源供用设备外特性建模；步骤五：数学优化问题构建；步骤六：优化问题求解。本发明的有益效果：1.本专利可实现园区综合能源系统电力、天然气、热力三个能源系统的协调优化；2.本专利提出的方法可计算各能源系统的网络细节(电网中的无功功率、节点电压，天然气系统中的节点气压、管道气流，热力系统中的回水温度，水泵功率等)，并分析设备接入位置对系统的影响。

Description

园区综合能源系统运行优化方法
技术领域
本发明涉及园区综合能源系统运行领域，具体涉及一种考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法。
背景技术
园区综合能源系统以配电网、配气网、内部供热管网为基本骨架，以分布式能源供用设备为核心元件组成，是未来城市能源供应的重要载体。近年来，各国能源行业的科技工作者对园区综合能源系统的大量理论研究以及实际应用尝试证明，系统中各能源供用设备的运行方式以及其与各类已有的异质供能网络之间的协调配合是园区最终能否实现能源高效利用，多能优势互补的核心问题。
当前，绝大多数的园区综合能源系统运行策略优化方法仅能考虑单一的能源形式(如：电力系统运行优化、供热系统运行优化、天然气系统运行优化等)。但随着如光伏、风电、三联供机组、热泵等分布式供能技术的发展，园区内各种能源形式之间的耦合关系不断增强。传统的对单一能源系统的运行优化已难以满足整个园区的整体供能最优要求。在所有形式的能源系统中，电力、热力、天然气三种形式之间的联系最为密切。
现有考虑网络的园区综合能源系统研究一般集中于单一能源系统的独立运行优化或热电、气电耦合系统的分析。少数可实现电、热、气三种能源形式统一优化的研究所采用的多能流模型也过于简单。当耦合系统所考虑的能源网络品类增加时，网络建模难度、优化问题变量数、算法求解难度都显著增加。
发明内容
由于电网潮流、气网流体、热网能流的计算过程相对复杂，已有的大多数研究采用能量平衡方程来简化多能流计算，忽略了能源网络和各设备接入点差异对系统的影响。同时，现有的园区综合能源系统研究一般集中于单一能源系统的独立运行优化或热电、气电耦合系统的分析。当园区内电、气、热三种能源形式相互关联时，需对三种类型的能源系统进行统一优化，才可使得园区能源系统综合性能最优。少数可实现电、热、气三种能源形式统一优化的研究所采用的多能流模型也过于简单。当耦合系统所考虑的能源网络品类增加时，网络建模难度、优化问题变量数、算法求解难度都显著增加。
为解决上述问题，提高全区综合能源系统运行管理能力，帮助园区优化能源系统综合性能，挖掘各类能源之间的互补优势，提高园区能源供用的灵活性。本专利提出一种可同时考虑配电网、配气管网、供热管网多能流计算的园区综合能源系统运行策略优化方法。在网络和设备数学建模的基础上构建数学优化问题，并成功对其求解，从而构成一套完整的园区综合能源系统运行优化方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，包括：步骤一：配电网数学建模；步骤二：天然气管网数学建模；步骤三：热力管网数学建模；步骤四：能源供用设备外特性建模；步骤五：数学优化问题构建；步骤六：优化问题求解。
在其中一个实施例中，步骤一：配电网数学建模
1.1潮流方程建模
基于交流潮流模型建立优化问题中的潮流约束，如下式所示；
Figure BDA0002575853390000021
Figure BDA0002575853390000031
其中，Ne为电网节点的集合，T为时间的集合；Ee矩阵为电网定位矩阵，用于描述各设备接入于电网中的节点号，其上标对应不同种类设备；
Figure BDA0002575853390000032
与
Figure BDA0002575853390000033
分别表示在t时刻从大电网中注入区域综合能源系统的有功与无功功率；
Figure BDA0002575853390000034
与
Figure BDA0002575853390000035
分别表示在t时刻第i个分布式电源的有功与无功输出功率；
Figure BDA0002575853390000036
与
Figure BDA0002575853390000037
分别表示在t时刻第i个用电负荷的有功与无功功率需求；G与B分别为电网导纳矩阵的实部和虚部；Vei,t与Vfi,t分别为第t时刻第i节点电压的实部和虚部；式(1.1)和式(1.2)基于节点在直角坐标系下列写，分别表示电网的有功平衡等式和无功平衡等式；
1.2电压及其他约束
Figure BDA0002575853390000038
式(1.3)为节点电压约束；其中Vi min和Vi max分别为节点电压的上下限；式中利用Vei,t 2+Vfi,t 2表示节点电压幅值的平方；
Figure BDA0002575853390000039
式(1.4)为电网下网功率约束；其中，Pgrid,min和Pgrid,max分别为下网有功功率上下限；Qgrid,min和Qgrid,max分别为下网无功功率上下限。
在其中一个实施例中，步骤二：天然气管网建模
2.1气流平衡方程
选用基于韦茅斯方程的稳态气流模型对1小时时间尺度的配气管网进行描述；式(2.1)用于描述管网中各节点的气流平衡；
Figure BDA00025758533900000310
其中，Ng为配气网节点集合；Eg矩阵为气网定位矩阵，用于描述各设备接入于气网中的节点号，其上标对应不同种类设备；
Figure BDA0002575853390000041
为第t时刻第i节点的基础天然气负荷流量；
Figure BDA0002575853390000042
为分布式用气设备的耗气流量，包括燃气发电机组、燃气锅炉等设备；
Figure BDA0002575853390000043
为和第i节点相连管道流入或流出该节点的管道气流量；式(2.1)对天然气系统节点列写，表示流入和流出该节点的气流量之和等于节点的净天然气负荷流量；
Figure BDA0002575853390000044
式(2.2)用于表示管道中气体的流向；
Figure BDA0002575853390000045
表示气流从第i节点流向第k节点；
2.2气压降方程
Figure BDA0002575853390000046
c＝2g/(z·Ra·T)
式(2.3)即气网稳态韦茅斯方程，也是气网中用于描述气压降的关键公式；为区别电网变量中的功率，此处用小写pg表示节点气压；式(2.3)中，Δh为管道首端和末端的海拔差；λ为Darcy摩擦系数，用于描述管道内壁的粗糙程度；z为气体压缩比；T为管道中气体的温度；在稳态情况下采用了等温条件假设，该值在计算中可设置为常数；di,k和Li,k分别为连接第i节点和第k节点管道的内径和管长；g为重力加速度；Ra为天然气气体常数；
Figure BDA0002575853390000047
式(2.4)表示节点气压的上下限约束；其中，pi max和pi min分别为节点的上限气压和下限气压。
在其中一个实施例中，步骤三：热力管网建模
3.1循环水流体计算
采用质量调节的运行方式建模：
Figure BDA0002575853390000051
Figure BDA0002575853390000052
式(3.1)和式(3.2)中
Figure BDA0002575853390000053
与
Figure BDA0002575853390000054
分别为一次供热网中供水网络和回水网络的节点集合；T为时间集合；Ss,i与Sr,i分别为供水网络和回水网络中管道的集合，其上标end与start分别表示，以k节点为终点和以k节点为起始点；小写q表示管道中的介质水流量；上述两式根据基尔霍夫定律列写，其物理意义为流入某一节点的介质水流量等于流出该节点的介质水流量；
Figure BDA0002575853390000055
Figure BDA0002575853390000056
每条管道中介质水流量与管道首末两端的水压差关系由式(3.3)和式(3.4)表示；其中，ΔpT表示管道首末两端的水压差；该压力差将由循环水泵进行补充；ppump为水泵提供的压力补充；κ为描述压力降方程的系数；
3.2热力计算
Figure BDA0002575853390000057
Figure BDA0002575853390000058
Figure BDA0002575853390000059
式(3.5)与式(3.6)用于描述每条供回水管道中热能流的状态；由于采用质量调节的运行方式，上式中仅温度为自由变量；H表示热能功率，其下标s，r，d分别表示供水管道，回水管道，以及负荷；C为介质水的比热容；T为水温；ε为单位转换常数；
Figure BDA0002575853390000061
Figure BDA0002575853390000062
根据热力学定律，对于每个节点，流入该节点的热能应等于流出该节点的热能；若供热网络中出现分支，可据此对供回水管网列写式(3.8)和式(3.9)。
在其中一个实施例中，步骤四：能源设备建模
4.1燃气发电机组
燃气发电机组的天然气耗量与电输出功率直接相关，同时运行点的变化将影响燃气机组发电效率；采用二次函数对燃气发电机组耗气流量与电输出功率之间的关系进行拟合；同样采用二次函数对机组产热功率进行拟合；
Figure BDA0002575853390000063
Figure BDA0002575853390000064
式(4.1)和式(4.2)中
Figure BDA0002575853390000065
为燃气机组的电输出功率；
Figure BDA0002575853390000066
为燃气机组的耗气流量；
Figure BDA0002575853390000067
为燃气机组的产热功率；ae,i、be,i、ce,i、aH,i、bH,i、cH,i为拟合参数；
Figure BDA0002575853390000068
对燃气机组还应列写式(4.3)，表示其电输出功率受上下限约束；
4.2分布式新能源发电设备
以新能源发电设备的预测输出功率作为优化的输入条件；
4.3热泵设备
热泵设备建模方式如下：
Figure BDA0002575853390000071
Figure BDA0002575853390000072
式(4.4)中
Figure BDA0002575853390000073
为热泵的耗电功率；
Figure BDA0002575853390000074
为热泵的供热/冷功率；COP为热泵能量转换参数，当热泵被唯一确定时，该参数为常数。
在其中一个实施例中，步骤五：园区综合能源系统运行策略优化问题建模运行优化模型包括目标函数与约束条件两部分；
5.1模型目标函数
对于园区综合能源系统运行，系统性能指标为系统经济性与系统环保两种；分别针对这两种导向建立数学优化模型的目标函数；
系统经济性导向目标函数：
Figure BDA0002575853390000075
式中，T为时间的集合，Ne为配电网节点集合，Ng为天然气管网节点集合；Pt grid表示电网中联络节点的下网有功功率；
Figure BDA0002575853390000079
为购电价格，注意到该参数时间相关，即可采用峰谷电价或实时电价；ft total为天然气系统调压站节点的注入气流量；ρgas为天然气购气价格；
Figure BDA0002575853390000076
表示电网中某节点的电能切负荷功率；ρelecut为电网切负荷惩罚；
Figure BDA0002575853390000077
为燃气系统中某节点的失负荷气流；ρgascut为气网失负荷惩罚；
系统环保导向目标函数：
Figure BDA0002575853390000078
式中，eele为大电网中生产一单位电能所排放的CO2量；egas为燃烧一单位天然气所排放的CO2量；采用系统的总CO2排放量作为环境指标；
5.2约束条件
园区综合能源系统优化运行的约束条件分为电网络约束、天然气网络约束、供热网络约束、设备运行特性约束四大类；根据前三项步骤所构建的网络数学模型可依次建立优化问题中的电网络、天然气网络、供热网络的约束条件，根据第四项步骤可进一步构建优化问题中的设备运行特性约束；其中电网络约束包括式(1.1-1.4)，在优化问题中考虑电网潮流计算，天然气网络约束包括式(2.1-2.4)，考虑管网气体流体计算；供热网络约束包括式(3.1-3.9)，考虑热网能交换与循环水流体计算；设备运行约束包括式(4.1-4.5)；
最终园区综合能源系统优化运行数学模型由5.1所提出的优化问题目标函数与5.2所包含的约束条件共同组合。
在其中一个实施例中，步骤六具体如下：采用序列二次规划算法求解步骤五的园区综合能源系统优化运行数学模型。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任一项所述的方法。
本发明的有益效果：
1.本专利可实现园区综合能源系统电力、天然气、热力三个能源系统的协调优化；
2.本专利提出的方法可计算各能源系统的网络细节(电网中的无功功率、节点电压，天然气系统中的节点气压、管道气流，热力系统中的回水温度，水泵功率等)，并分析设备接入位置对系统的影响。
3.对于已建成的园区该方法可优化其运行方式，提高系统整体运行性能。针对规划中的园区，可在其设备类型容量和网络结构规划方案确定后，对其未来的运行情况进行仿真分析，从而帮助综合能源系统规划者完善系统设计方案。
附图说明
图1是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的流程图。
图2是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的优化程序输出结果。
图3是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的区域综合能源系统拓扑结构图。
图4是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的电负荷功率曲线图。
图5是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的天然气负荷功率曲线图。
图6是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的供热负荷功率曲线图。
图7是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的新能源预测出力曲线图。
图8是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的电价曲线图。
图9是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的电压分布图。
图10是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的燃气机组电输出功率图。
图11是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的园区与电网的有功无功交换功率图。
图12是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的气压分布图。
图13是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的园区天然气购买量示意图。
图14是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的温度分布图。
图15是本发明考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法的供热设备输出功率图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本专利针对园区综合能源系统的优化运行问题，提出了一种可同时考虑配电网、配气管网、供热管网多能流计算的园区综合能源系统运行策略优化方法。将电网中的交流潮流计算、气网中的稳态流体计算、热网中的流体与热能计算同时嵌入优化问题中，并采用序列二次规划算法成功对其求解，真正意义上实现了园区能源系统的统一优化。对于已建成的园区该方法可优化其运行方式，提高系统整体运行性能。针对规划中的园区，可在其设备类型容量和网络结构规划方案确定后，对其未来的运行情况进行仿真分析，从而帮助综合能源系统规划者完善系统设计方案。
本专利所提出的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法包含以下六个步骤：
步骤一：配电网数学建模；
步骤二：天然气管网数学建模；
步骤三：热力管网数学建模；
步骤四：能源供用设备外特性建模；
步骤五：数学优化问题构建；
步骤六：优化问题求解。
各步骤之间的关系如图2所示：
步骤一：配电网数学建模
1.1潮流方程建模
一般同类研究中为简化计算通常基于直流潮流模型列写电网潮流约束，或忽略网络约束直接列写功率平衡等式。本专利所针对的园区综合能源系统对应的电网等级一般为配电网。相对于输电网，配电网主要具有如下几点特征：1.网络一般采用辐射型结构；2.线路电阻值与电抗值接近；3.有功和无功功率耦合性强。上述特点已不再符合输电网中常用的直流潮流模型的假设条件。同时，由于网络中功率损耗的存在，直接忽略网络约束也将导致计算的偏差，甚至导致最终解的不可行。因此本文基于交流潮流模型建立优化问题中的潮流约束，如下式所示。
Figure BDA0002575853390000111
Figure BDA0002575853390000112
其中，Ne为电网节点的集合，T为时间的集合。Ee矩阵为电网定位矩阵，用于描述各设备接入于电网中的节点号，其上标对应不同种类设备。Pt grid与Qt grid分别表示在t时刻从大电网中注入区域综合能源系统的有功与无功功率。
Figure BDA0002575853390000121
与
Figure BDA0002575853390000122
分别表示在t时刻第i个分布式电源的有功与无功输出功率。
Figure BDA0002575853390000123
与
Figure BDA0002575853390000124
分别表示在t时刻第i个用电负荷的有功与无功功率需求。G与B分别为电网导纳矩阵的实部和虚部。Vei,t与Vfi,t分别为第t时刻第i节点电压的实部和虚部。式(1.1)和式(1.2)基于节点在直角坐标系下列写，分别表示电网的有功平衡等式和无功平衡等式。
1.2电压及其他约束
Figure BDA0002575853390000125
式(1.3)为节点电压约束。其中Vi min和Vi max分别为节点电压的上下限。式中利用Vei,t 2+Vfi,t 2表示节点电压幅值的平方。
Figure BDA0002575853390000126
式(1.4)为电网下网功率约束。其中，Pgrid,min和Pgrid,max分别为下网有功功率上下限。Qgrid,min和Qgrid,max分别为下网无功功率上下限。该条约束也可采用视在功率限制的方式列写。由于式(1.1-1.3)中已出现了非线性约束，因此即使采用视在功率约束也不会继续增大优化问题的求解难度。
步骤二：天然气管网建模
2.1气流平衡方程
天然气管网的动态时间尺度与电网并不相同。通常电网的动态特性表现为毫秒级到分钟级，而天然气管道的动态特性一般表现为分钟级到小时级。需要指出的是，天然气管网的特性与其管道长度、直径、气压级别等多个因素有关，本专利分析的问题聚集于城市中压配气管网每小时的状态。因此本节选用基于韦茅斯方程的稳态气流模型对1小时时间尺度的配气管网进行描述。式(2.1)用于描述管网中各节点的气流平衡。
Figure BDA0002575853390000131
其中，Ng为配气网节点集合。Eg矩阵为气网定位矩阵，用于描述各设备接入于气网中的节点号，其上标对应不同种类设备。
Figure BDA0002575853390000132
为第t时刻第i节点的基础天然气负荷流量。
Figure BDA0002575853390000133
为分布式用气设备的耗气流量，包括燃气发电机组、燃气锅炉等设备。
Figure BDA0002575853390000134
为和第i节点相连管道流入或流出该节点的管道气流量。式(2.1)对天然气系统节点列写，表示流入和流出该节点的气流量之和等于节点的净天然气负荷流量。
Figure BDA0002575853390000135
式(2.2)用于表示管道中气体的流向。
Figure BDA0002575853390000136
表示气流从第i节点流向第k节点。
2.2气压降方程
Figure BDA0002575853390000137
c＝2g/(z·Ra·T)
式(2.3)即气网稳态韦茅斯方程，也是气网中用于描述气压降的关键公式。为区别电网变量中的功率，此处用小写pg表示节点气压。式(2.3)中，Δh为管道首端和末端的海拔差。λ为Darcy摩擦系数，用于描述管道内壁的粗糙程度，在本文中取0.033。z为气体压缩比，在配气网中一般取1。T为管道中气体的温度，本文在稳态情况下采用了等温条件假设，该值在计算中可设置为常数。di,k和Li,k分别为连接第i节点和第k节点管道的内径和管长。g为重力加速度。Ra为天然气气体常数。
Figure BDA0002575853390000138
式(2.4)表示节点气压的上下限约束。其中，pi max和pi min分别为节点的上限气压和下限气压。在天然气管道中，节点气压过高可能导致漏气甚至管道元件受损，节点气压过低将使得管道气流流速下降，或不能满足用户的气压需求。
步骤三：热力管网建模
3.1循环水流体计算
区域供热网络一般可被分为一级供热网络和二级供热网络，两套管网通过二级换热站连接，并且各包括一套供水管道和回水管道。供热单元生产的热能通过一次换热站传递到一次供热网络中，并以水为介质通过二级换热站和二次供热网络分配到每个用户。需要指出的是，尽管一次供热网络和二次供热网络之间存在热能上的相互影响，但其中的水循环彼此独立。
供热管网的运行方式有两种，分别为质量调节(quality regulation)和流量调节(quantity regulation)。质量调节的原理为保持管网中水流的流量流速不变，水温随供热功率与负荷变化而调整。流量调节的原理为保持介质水的温度不变，通过调节流量来改变系统运行状态。本文采用质量调节的运行方式建模，若实际工程为流量调节模式，仅需对部分公式进行修改，并不改变整体优化问题的数学属性。
Figure BDA0002575853390000141
Figure BDA0002575853390000142
式(3.1)和式(3.2)中
Figure BDA0002575853390000143
与
Figure BDA0002575853390000144
分别为一次供热网中供水网络和回水网络的节点集合。T为时间集合。Ss,i与Sr,i分别为供水网络和回水网络中管道的集合，其上标end与start分别表示，以k节点为终点和以k节点为起始点。小写q表示管道中的介质水流量。上述两式根据基尔霍夫定律列写，其物理意义为流入某一节点的介质水流量等于流出该节点的介质水流量。
Figure BDA0002575853390000151
Figure BDA0002575853390000152
每条管道中介质水流量与管道首末两端的水压差关系由式(3.3)和式(3.4)表示。其中，ΔpT表示管道首末两端的水压差。该压力差将由循环水泵进行补充。ppump为水泵提供的压力补充。κ为描述压力降方程的系数，该系数当管网的结构、管型、管长等信息明确后被唯一确定，在优化问题中为常数。
3.2热力计算
Figure BDA0002575853390000153
Figure BDA0002575853390000154
Figure BDA0002575853390000155
式(3.5)与式(3.6)用于描述每条供回水管道中热能流的状态。由于采用质量调节的运行方式，上式中仅温度为自由变量。H表示热能功率，其下标s，r，d分别表示供水管道，回水管道，以及负荷(二次换热站用热量)。C为介质水的比热容。T为水温。ε为单位转换常数。
Figure BDA0002575853390000156
Figure BDA0002575853390000157
根据热力学定律，对于每个节点，流入该节点的热能应等于流出该节点的热能。若供热网络中出现分支，可据此对供回水管网列写式(3.8)和式(3.9)。
步骤四：能源设备建模
园区综合能源系统涉及各种类型种类繁杂的供用能设备，包括：燃气发电机组、分布式新能源发电设备、各类热泵设备、燃气锅炉、电锅炉、冷水机组、吸收式制冷机组等。本节将重点针对几种典型的设备建模方法进行阐述，其他设备也可依据此思路进行建模。
4.1燃气发电机组
园区中的燃气发电机组可构成热电联供(CHP)或冷热电三联供(CCHP)系统，可实现能源的梯级利用，具有较高的综合能效。园区所采用的小型燃气发电机的可分为内燃机和燃气轮机两类，两种设备的稳态建模方式相似。燃气发电机组的天然气耗量与电输出功率直接相关，同时运行点的变化将影响燃气机组发电效率。一般采用二次函数对燃气发电机组耗气流量与电输出功率之间的关系进行拟合。同样采用二次函数对机组产热功率进行拟合。
Figure BDA0002575853390000161
Figure BDA0002575853390000162
式(4.1)和式(4.2)中
Figure BDA0002575853390000163
为燃气机组的电输出功率。
Figure BDA0002575853390000164
为燃气机组的耗气流量。
Figure BDA0002575853390000165
为燃气机组的产热功率。ae,i、be,i、ce,i、aH,i、bH,i、cH,i为拟合参数。
Figure BDA0002575853390000166
对燃气机组还应列写式(4.3)，表示其电输出功率受上下限约束。由于一般分布式燃气机组的功率调节能力很强，并且本专利讨论的优化问题时间间隔为1小时，因此暂且忽略分布式燃气机组的爬坡约束，假设其输出功率可在允许范围内自由调节。
4.2分布式新能源发电设备
以分布式光伏和风电为主的新能源发电设备可直接接入园区综合能源系统中。由于其输出功率具有随机波动特性，因此需提前对其输出功率进行预测。本专利提出的运行优化模型为确定性优化问题，以新能源发电设备的预测输出功率作为优化的输入条件，暂不考虑其随机性。当前日前光伏与风电预测技术已可将预测误差控制在10％左右，对于实际工程已具有一定的参考价值。
4.3热泵设备
热泵设备包括空气源、地源、水源等多种形式，但其建模方式基本相似。对于园区综合能源系统，应重点关注其耗电功率与供热/冷功率。
Figure BDA0002575853390000171
Figure BDA0002575853390000172
式(4.4)中
Figure BDA0002575853390000173
为热泵的耗电功率。
Figure BDA0002575853390000174
为热泵的供热/冷功率。COP为热泵能量转换参数，当热泵被唯一确定时，该参数为常数。
4.4其他设备
如燃气锅炉、电锅炉、吸收式制冷机、电制冷机之类的其他设备，其本质是将一种类型的能源转化为另一种类型的能源。对于园区综合能源系统，重点关注两种能源之间的装换效率，以及设备本身的最大最小出力限制，其建模的基本思想皆相似。
步骤五：园区综合能源系统运行策略优化问题建模
本专利提出的运行优化模型包括目标函数与约束条件两部分。
5.1模型目标函数
对于园区综合能源系统运行，一般决策者最为关注的系统性能指标为系统经济性与系统环保两种。本专利分别针对这两种导向建立数学优化模型的目标函数。
系统经济性导向目标函数：
Figure BDA0002575853390000175
式中，T为时间的集合，Ne为配电网节点集合，Ng为天然气管网节点集合。Pt grid表示电网中联络节点的下网有功功率。
Figure BDA0002575853390000184
为购电价格，注意到该参数时间相关，即可采用峰谷电价或实时电价。ft total为天然气系统调压站节点的注入气流量。ρgas为天然气购气价格。
Figure BDA0002575853390000181
表示电网中某节点的电能切负荷功率。ρelecut为电网切负荷惩罚。
Figure BDA0002575853390000182
为燃气系统中某节点的失负荷气流。ρgascut为气网失负荷惩罚。
系统环保导向目标函数：
Figure BDA0002575853390000183
式中，eele为大电网中生产一单位电能所排放的CO2量。egas为燃烧一单位天然气所排放的CO2量。本文采用系统的总CO2排放量作为环境指标。
5.2约束条件
园区综合能源系统优化运行的约束条件分为电网络约束、天然气网络约束、供热网络约束、设备运行特性约束四大类。根据前三项步骤所构建的网络数学模型可依次建立优化问题中的电网络、天然气网络、供热网络的约束条件，根据第四项步骤可进一步构建优化问题中的设备运行特性约束。其中电网络约束包括式(1.1-1.4)，在优化问题中考虑电网潮流计算，天然气网络约束包括式(2.1-2.4)，考虑管网气体流体计算。供热网络约束包括式(3.1-3.9)，考虑热网能交换与循环水流体计算。设备运行约束包括式(4.1-4.5)。
最终园区综合能源系统优化运行数学模型由5.1所提出的优化问题目标函数与5.2所包含的约束条件共同组合。
步骤六：优化问题求解
6.1基于Tomlab平台编写优化问题程序
步骤五所构建的优化问题需在软件平台上通过代码的方式实现。本专利采用基于Matlab软件的Tomlab平台编写优化问题程序。该平台可内置针对不同类型数学优化问题的多种求解器，对于复杂优化问题的求解效率高于Matlab软件自带的优化工具箱。同时，相对于直接其他平台，该平台的代码书写格式与常规数学表达更相近，因此便于编程人员修改和检验程序。
本专利共编写了三个程序，包括：网络信息子程序、设备信息子程序、以及优化问题主程序。通过两个子程序收集系统和设备参数并输入到主程序中进行优化计算。
6.2采用序列二次规划算法求解优化问题
本专利构建的园区综合能源系统运行优化模型的数学本质为非线性规划问题。针对该问题目前大多数研究采用启发式算法进行求解。但目前启发式算法并无严格的数学证明，求解过程并不稳定。同时其求解参数的整定大多凭借经验，容易陷入局部最优。本文模型的求解调用Tomlab平台中内嵌的求解器SNOPT，该求解器内置算法为序列二次规划算法(SQP)。求解设置如所示。
Figure BDA0002575853390000191
该算法目前已被公认为求解非线性规划问题最高效的算法之一，已被数学证明具有全局收敛性和超线性收敛速度，其求解稳定性高于目前已有的各类启发式算法。采用上述算法求解一个含13节点配电网、9节点热力网、以及11节点配气网的园区综合能源系统1天24小时，1小时为时间间隔的案例平均用时在30秒以内，满足工程时间对计算效率的要求。
6.3输出求解结果并检验其可行性
优化问题的计算结果包括：网络中各类设备的理想输出功率(如发电机电输出功率、锅炉供热功率等)，多能网络的运行细节(如电网节点电压、气网节点气压等)。程序输出结果如图3所示。
由于数学建模过程与物理实际必然存在偏差，因此在提取优化计算结果后，还需检验各设备与网络的运行状态是否符合工程实际需求。若偏离实际系统运行要求，则需调整优化问题中的设备或系统约束参数，再次进行优化求解，直至满足现场要求。
下面给出本发明的一个具体应用场景：
1.案例能源系统介绍
本专利选用天津某一实际工业园区为案例来验证所提出方法效果，该系统的基础数据来源于文献《Operation optimization of regional integrated energy systembased on the modeling of electricity-thermal-natural gas network》。系统为一个包含配电网、配气网、供热管网的区域综合能源系统。配电网电压等级为10kV，13个节点，其中1号节点EP1被设置为平衡节点，其余节点为PQ节点。配气网为城市中压配气网，网络气压范围为0.2MPa至0.4MPa，在中压配气网中无压缩机，一号节点GP1连接调压站。对于供热管网，由于网络中可能存在多个供热源，并且部分节点根据运行方式的不同可能由热源转化为负荷。因此供热国网采用能源总线的思路设计。区域综合能源系统的拓扑结构如图3所示。
如图3所示，仿真系统中含有两个CCHP系统，分别接入电网中的12和13号节点，接入天然气网络中的6和11号节点，接入热网中的1和9号节点。CCHP系统中的燃气发电机组的最大输出功率都为1MW。一个分布式风力发电厂通过9号节点接入电网。一个分布式光伏电站通过11号节点接入电网。系统中包含一个燃气锅炉GB，接入热网2号节点TP2和气网7号节点GP7。一个电锅炉EB，接入热网5号节点TP5，电网3号节点EP3。系统多能负荷预测数据如图4、图5、图6所示。
如前文所述，区域综合能源系统中有一个风电接入点和一个光伏接入点。本文忽略日前光伏与风电输出功率的预测误差，两者输出功率如图7所示。
仿真电价采用三段式阶梯电价，如图8所示。天然气价格为恒定天然气价格，设置为3.2RMB/m3。
2.案例计算结果展示
本案例运行策略优化以系统经济性最优为目标函数，最终一天24小时运行费用相比未经过优化，各节点独立供能的案例，总运行成本下降11％。
2.1电力系统
由于本文提出的园区综合能源系统运行优化方法涉及到配电网的潮流计算，在配电网中各节点的电压幅值为关键指标，因此图9绘制了配电网中14个节点24小时的电压变化情况。
从图9中可以看出，园区内各节点在不同时刻的电压情况均可通过本专利提出的方法进行计算。同时由于电压幅值范围为优化问题中的约束，在经过优化求解后，各节点各时刻电压均保持在9.5kV到10.5kV之间，满足配电网的电压要求。
两个能源站中燃气机组的有功输出功率如图10所示，园区向电网购电量如图11所示。
两个能源站的容量及设备参数均相同，唯一区别为接入网络的位置不同。若仅采用能量平衡方程来描述能量流，两个能源站的出力应完全一致。但如图10所示，采用本专利提出的方法后，2号能源站中燃气机组出力明显大于1号。这是由于所采用的方法可考虑网络细节和损耗，2号能源站距离电网联络点的电气距离要大于1号能源站，因此加大2号能源站电出力可帮助减小系统有功无功损耗。采用本专利所处的方法可客观反映出这一物理事实。
5.2.2天然气系统
天然气系统中涉及气体流体计算，其关键指标为系统中各节点的气压水平是否在合理范围内。图12为天然气系统各节点气压。如图12所示，气网中各节点在不同时刻的气压也能被直接计算。并且由于所有网络约束均被直接嵌入优化问题中统一求解，因此气压幅值范围也在0.2MPa到0.4MPa之间，满足安全运行要求。图13为园区的购气量，为园区运营者所关注的重要经济性和环保指标。
5.2.3供热系统
供热系统中优化的关键为应由哪种设备进行供热，并检测网络中各节点的介质水温度。图13为一次回水管网中各节点介质水的温度。图14为各供热设备的输出功率。从图15可以看出，系统主要热负荷是由燃气锅炉和CHP系统提供的，两套CHP系统的供热功率与其电输出功率的变化趋势保存一致，剩余的热负荷由燃气锅炉补充。由于电锅炉在案例当天的电价和天然气价格下不具有优势，因此当天未利用电锅炉供热。
以上对本发明提供的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法做了详细的描述，还有以下几点需要说明：
1.本专利基于配网交流潮流、气网水力计算和热网能流计算，提出了一套电、气、热耦合园区综合能源系统的运行策略优化模型，并采用序列二次规划算法成功对其求解；
2.本专利提出的方法可计算各能源系统的网络细节(电网中的无功功率、节点电压，天然气系统中的节点气压、管道气流，热力系统中的回水温度，水泵功率等)，并分析设备接入位置对系统的影响；
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，包括：步骤一：配电网数学建模；步骤二：天然气管网数学建模；步骤三：热力管网数学建模；步骤四：能源供用设备外特性建模；步骤五：数学优化问题构建；步骤六：优化问题求解。
2.如权利要求1所述的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤一：配电网数学建模
1.1潮流方程建模
基于交流潮流模型建立优化问题中的潮流约束，如下式所示；
Figure FDA0002575853380000011
Figure FDA0002575853380000012
其中，Ne为电网节点的集合，T为时间的集合；Ee矩阵为电网定位矩阵，用于描述各设备接入于电网中的节点号，其上标对应不同种类设备；Pt grid与
Figure FDA0002575853380000013
分别表示在t时刻从大电网中注入区域综合能源系统的有功与无功功率；
Figure FDA0002575853380000014
与
Figure FDA0002575853380000015
分别表示在t时刻第i个分布式电源的有功与无功输出功率；
Figure FDA0002575853380000016
与
Figure FDA0002575853380000017
分别表示在t时刻第i个用电负荷的有功与无功功率需求；G与B分别为电网导纳矩阵的实部和虚部；Vei,t与Vfi,t分别为第t时刻第i节点电压的实部和虚部；式(1.1)和式(1.2)基于节点在直角坐标系下列写，分别表示电网的有功平衡等式和无功平衡等式；
1.2电压及其他约束
Figure FDA0002575853380000018
式(1.3)为节点电压约束；其中Vi min和Vi max分别为节点电压的上下限；式中利用Vei,t 2+Vfi,t 2表示节点电压幅值的平方；
Figure FDA0002575853380000021
式(1.4)为电网下网功率约束；其中，Pgrid,min和Pgrid,max分别为下网有功功率上下限；Qgrid,min和Qgrid,max分别为下网无功功率上下限。
3.如权利要求1所述的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤二：天然气管网建模
2.1气流平衡方程
选用基于韦茅斯方程的稳态气流模型对1小时时间尺度的配气管网进行描述；式(2.1)用于描述管网中各节点的气流平衡；
Figure FDA0002575853380000022
其中，Ng为配气网节点集合；Eg矩阵为气网定位矩阵，用于描述各设备接入于气网中的节点号，其上标对应不同种类设备；
Figure FDA0002575853380000023
为第t时刻第i节点的基础天然气负荷流量；
Figure FDA0002575853380000024
为分布式用气设备的耗气流量，包括燃气发电机组、燃气锅炉等设备；
Figure FDA0002575853380000025
为和第i节点相连管道流入或流出该节点的管道气流量；式(2.1)对天然气系统节点列写，表示流入和流出该节点的气流量之和等于节点的净天然气负荷流量；
Figure FDA0002575853380000026
式(2.2)用于表示管道中气体的流向；
Figure FDA0002575853380000027
表示气流从第i节点流向第k节点；
2.2气压降方程
Figure FDA0002575853380000031
式(2.3)即气网稳态韦茅斯方程，也是气网中用于描述气压降的关键公式；为区别电网变量中的功率，此处用小写pg表示节点气压；式(2.3)中，Δh为管道首端和末端的海拔差；λ为Darcy摩擦系数，用于描述管道内壁的粗糙程度；z为气体压缩比；T为管道中气体的温度；在稳态情况下采用了等温条件假设，该值在计算中可设置为常数；di,k和Li,k分别为连接第i节点和第k节点管道的内径和管长；g为重力加速度；Ra为天然气气体常数；
Figure FDA0002575853380000032
式(2.4)表示节点气压的上下限约束；其中，
Figure FDA0002575853380000033
和
Figure FDA0002575853380000034
分别为节点的上限气压和下限气压。
4.如权利要求1所述的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤三：热力管网建模
3.1循环水流体计算
采用质量调节的运行方式建模：
Figure FDA0002575853380000035
Figure FDA0002575853380000036
式(3.1)和式(3.2)中
Figure FDA0002575853380000037
与
Figure FDA0002575853380000038
分别为一次供热网中供水网络和回水网络的节点集合；T为时间集合；Ss,i与Sr,i分别为供水网络和回水网络中管道的集合，其上标end与start分别表示，以k节点为终点和以k节点为起始点；小写q表示管道中的介质水流量；上述两式根据基尔霍夫定律列写，其物理意义为流入某一节点的介质水流量等于流出该节点的介质水流量；
Figure FDA0002575853380000041
Figure FDA0002575853380000042
每条管道中介质水流量与管道首末两端的水压差关系由式(3.3)和式(3.4)表示；其中，ΔpT表示管道首末两端的水压差；该压力差将由循环水泵进行补充；ppump为水泵提供的压力补充；κ为描述压力降方程的系数；
3.2热力计算
Figure FDA0002575853380000043
Figure FDA0002575853380000044
Figure FDA0002575853380000045
式(3.5)与式(3.6)用于描述每条供回水管道中热能流的状态；由于采用质量调节的运行方式，上式中仅温度为自由变量；H表示热能功率，其下标s，r，d分别表示供水管道，回水管道，以及负荷；C为介质水的比热容；T为水温；ε为单位转换常数；
Figure FDA0002575853380000046
Figure FDA0002575853380000047
根据热力学定律，对于每个节点，流入该节点的热能应等于流出该节点的热能；若供热网络中出现分支，可据此对供回水管网列写式(3.8)和式(3.9)。
5.如权利要求1所述的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤四：能源设备建模
4.1燃气发电机组
燃气发电机组的天然气耗量与电输出功率直接相关，同时运行点的变化将影响燃气机组发电效率；采用二次函数对燃气发电机组耗气流量与电输出功率之间的关系进行拟合；同样采用二次函数对机组产热功率进行拟合；
Figure FDA0002575853380000051
Figure FDA0002575853380000052
式(4.1)和式(4.2)中
Figure FDA0002575853380000053
为燃气机组的电输出功率；
Figure FDA0002575853380000054
为燃气机组的耗气流量；
Figure FDA0002575853380000055
为燃气机组的产热功率；ae,i、be,i、ce,i、aH,i、bH,i、cH,i为拟合参数；
Figure FDA0002575853380000056
对燃气机组还应列写式(4.3)，表示其电输出功率受上下限约束；
4.2分布式新能源发电设备
以新能源发电设备的预测输出功率作为优化的输入条件；
4.3热泵设备
热泵设备建模方式如下：
Figure FDA0002575853380000057
Figure FDA0002575853380000058
式(4.4)中
Figure FDA0002575853380000059
为热泵的耗电功率；
Figure FDA00025758533800000510
为热泵的供热/冷功率；COP为热泵能量转换参数，当热泵被唯一确定时，该参数为常数。
6.如权利要求1所述的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤五：园区综合能源系统运行策略优化问题建模
运行优化模型包括目标函数与约束条件两部分；
5.1模型目标函数
对于园区综合能源系统运行，系统性能指标为系统经济性与系统环保两种；分别针对这两种导向建立数学优化模型的目标函数；
系统经济性导向目标函数：
Figure FDA0002575853380000061
式中，T为时间的集合，Ne为配电网节点集合，Ng为天然气管网节点集合；Pt grid表示电网中联络节点的下网有功功率；
Figure FDA0002575853380000062
为购电价格，注意到该参数时间相关，即可采用峰谷电价或实时电价；ft total为天然气系统调压站节点的注入气流量；ρgas为天然气购气价格；
Figure FDA0002575853380000063
表示电网中某节点的电能切负荷功率；ρelecut为电网切负荷惩罚；
Figure FDA0002575853380000064
为燃气系统中某节点的失负荷气流；ρgascut为气网失负荷惩罚；
系统环保导向目标函数：
Figure FDA0002575853380000065
式中，eele为大电网中生产一单位电能所排放的CO2量；egas为燃烧一单位天然气所排放的CO2量；采用系统的总CO2排放量作为环境指标；
5.2约束条件
园区综合能源系统优化运行的约束条件分为电网络约束、天然气网络约束、供热网络约束、设备运行特性约束四大类；根据前三项步骤所构建的网络数学模型可依次建立优化问题中的电网络、天然气网络、供热网络的约束条件，根据第四项步骤可进一步构建优化问题中的设备运行特性约束；其中电网络约束包括式(1.1-1.4)，在优化问题中考虑电网潮流计算，天然气网络约束包括式(2.1-2.4)，考虑管网气体流体计算；供热网络约束包括式(3.1-3.9)，考虑热网能交换与循环水流体计算；设备运行约束包括式(4.1-4.5)；
最终园区综合能源系统优化运行数学模型由5.1所提出的优化问题目标函数与5.2所包含的约束条件共同组合。
7.如权利要求1所述的考虑网络多能流的电、热、气耦合园区综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤六具体如下：采用序列二次规划算法求解步骤五的园区综合能源系统优化运行数学模型。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1到7任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1到7任一项所述方法的步骤。
10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1到7任一项所述的方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112668188A (zh) * 2020-12-31 2021-04-16 福州大学 多园区综合能源系统的分布式鲁棒协同优化调度方法
CN112989612A (zh) * 2021-03-18 2021-06-18 贵州电网有限责任公司 一种基于麦考密克包络的电热综合能源系统线性建模方法
CN112990686A (zh) * 2021-03-10 2021-06-18 国网电力科学研究院武汉能效测评有限公司 综合能源系统设备选型及容量配置方法
CN113408924A (zh) * 2021-06-30 2021-09-17 中国农业大学 基于统计机器学习的园区综合能源系统的规划方法
CN113642184A (zh) * 2021-08-18 2021-11-12 西南石油大学 一种碳中和目标下的天然气管道操作优化方法
CN116523250A (zh) * 2023-05-08 2023-08-01 上海枢源节能科技有限公司 一种能源调控辅助决策方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108960503A (zh) * 2018-07-02 2018-12-07 河海大学 基于内点法的综合能源系统多场景优化分析方法
CN110110913A (zh) * 2019-04-26 2019-08-09 国网福建省电力有限公司 大型园区综合能源系统能源站优化配置方法
CN110163411A (zh) * 2019-04-11 2019-08-23 华北电力大学 一种区域综合能源系统运行优化方法
CN110263387A (zh) * 2019-05-29 2019-09-20 国网福建省电力有限公司 基于能源集线器的配电网、天然气网建立的综合能源系统优化运行模型及其线性处理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108960503A (zh) * 2018-07-02 2018-12-07 河海大学 基于内点法的综合能源系统多场景优化分析方法
CN110163411A (zh) * 2019-04-11 2019-08-23 华北电力大学 一种区域综合能源系统运行优化方法
CN110110913A (zh) * 2019-04-26 2019-08-09 国网福建省电力有限公司 大型园区综合能源系统能源站优化配置方法
CN110263387A (zh) * 2019-05-29 2019-09-20 国网福建省电力有限公司 基于能源集线器的配电网、天然气网建立的综合能源系统优化运行模型及其线性处理方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蒋一博: "气—电区域综合能源系统协调优化运行策略研究", 中国博士学位论文全文数据库, no. 06, pages 039 - 5 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112668188A (zh) * 2020-12-31 2021-04-16 福州大学 多园区综合能源系统的分布式鲁棒协同优化调度方法
CN112990686A (zh) * 2021-03-10 2021-06-18 国网电力科学研究院武汉能效测评有限公司 综合能源系统设备选型及容量配置方法
CN112989612A (zh) * 2021-03-18 2021-06-18 贵州电网有限责任公司 一种基于麦考密克包络的电热综合能源系统线性建模方法
CN112989612B (zh) * 2021-03-18 2023-09-19 贵州电网有限责任公司 一种基于麦考密克包络的电热综合能源系统线性建模方法
CN113408924A (zh) * 2021-06-30 2021-09-17 中国农业大学 基于统计机器学习的园区综合能源系统的规划方法
CN113408924B (zh) * 2021-06-30 2024-02-02 中国农业大学 基于统计机器学习的园区综合能源系统的规划方法
CN113642184A (zh) * 2021-08-18 2021-11-12 西南石油大学 一种碳中和目标下的天然气管道操作优化方法
CN116523250A (zh) * 2023-05-08 2023-08-01 上海枢源节能科技有限公司 一种能源调控辅助决策方法

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