CN114498675A - 电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法 - Google Patents
电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114498675A CN114498675A CN202210088625.2A CN202210088625A CN114498675A CN 114498675 A CN114498675 A CN 114498675A CN 202210088625 A CN202210088625 A CN 202210088625A CN 114498675 A CN114498675 A CN 114498675A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- constraint
- natural gas
- power system
- gas system
- time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 204
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 68
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 39
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 38
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 6
- 230000009194 climbing Effects 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 claims description 2
- 108010074506 Transfer Factor Proteins 0.000 claims description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
- H02J3/241—The oscillation concerning frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/466—Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明实施例提供了一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法，该方法包括：建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数；构建频率安全约束；构建电力系统运行约束；构建天然气系统运行约束；构建电力系统和天然气系统耦合约束；根据电力系统运行成本最小化目标函数、频率安全约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束以及电力系统和天然气系统耦合约束，确定机组组合的最优工作状态。该方法考虑天然气系统运行约束、电力系统和天然气系统耦合约束对电力系统频率安全约束机组的影响，在规定的约束下优化电力系统运行成本目标函数，使得电力系统的运行成本最低。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电力系统运行调度领域，尤其涉及一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法。
背景技术
随着环境问题的日益突出，电力系统中的传统火电同步机组逐渐被高比例风光等可再生能源替代。由于风电和光伏通过电力电子装备与电力系统相连，一般无法提供惯量，电力系统的惯量因此逐渐降低，有必要在机组组合中考虑频率安全问题。另一方面，燃气机组的发展和部署为风光可再生能源提供了灵活性，但加剧了电力系统与天然气系统的耦合程度。
天然气系统状态变化会直接影响燃气机组的启停和出力以及电力系统的运行状态，例如，供气短缺会导致燃气机组的出力会降低甚至停运，从而影响电力系统的运行状态。而现有频率约束的机组组合研究均是从单一的电力系统视角开展的，忽视了如天然气系统等其他能源系统耦合造成的影响。目前，考虑电力和天然气系统耦合的频率安全约束机组组合研究尚属于空白。
发明内容
本发明实施例提出了一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法、装置、计算机设备和存储介质，以适用于考虑天然气系统对耦合造成的影响而对电力和天然气系统耦合的频率安全约束机组组合进行研究。
第一方面，本发明实施例提供了一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法，包括：
建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数；
构建频率安全约束；
构建电力系统运行约束；
构建天然气系统运行约束；
构建电力系统和天然气系统耦合约束；
根据所述电力系统运行成本最小化目标函数、所述频率安全约束、所述电力系统运行约束、所述天然气系统运行约束以及所述电力系统和天然气系统耦合约束，确定所述机组组合的最优工作状态。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合装置，包括：
目标函数建立模块，用于建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数；
频率安全约束构建模块，用于构建频率安全约束；
电力系统运行约束构建模块，用于构建电力系统运行约束；
天然气系统运行约束构建模块，用于构建天然气系统运行约束；
电力系统和天然气系统耦合约束构建模块，用于构建电力系统和天然气系统耦合约束；
最优工作状态确定模块，用于根据所述电力系统运行成本最小化目标函数、所述频率安全约束、所述电力系统运行约束、所述天然气系统运行约束以及所述电力系统和天然气系统耦合约束，确定所述机组组合的最优工作状态。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法。
在本发明的实施例中，通过建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数；构建频率安全约束；构建电力系统运行约束；构建天然气系统运行约束；构建电力系统和天然气系统耦合约束；根据电力系统运行成本最小化目标函数、频率安全约束、天然气系统运行约束、电力系统和天然气系统耦合约束及电力系统和天然气系统耦合约束，确定机组组合的最优工作状态。该方法考虑天然气系统运行约束、电力系统和天然气系统耦合约束对电力系统频率安全约束机组的影响，在规定的约束下优化电力系统运行成本目标函数，使得电力系统的运行成本最低，能够为研究电力系统和其他的能源系统耦合背景下的运行分析提供思路，具有理论价值和实际意义。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法的流程图；
图2为本发明实施例二提供的一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合装置的结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法的流程图，本实施例可适用于考虑天然气系统对耦合造成的影响而对电力和天然气系统耦合的频率安全约束机组组合进行研究，该方法可以由电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合装置来执行，该电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合装置可以由软件和/或硬件实现，可配置在计算机设备中，例如，服务器、个人电脑、嵌入式计算机，等等，具体包括如下步骤：
步骤101、建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数。
电力市场中的机组组合理论是指在一定的调度周期内，以最小的成本安排发电计划，实现与给定负荷的平衡并满足一定的约束条件和备用要求。
本发明主要关注的在自行规定的一些约束下，如何设置系统的工作参数能够使得电力系统运行成本最小化，并且与此同时能够保证电力系统运行的安全性和系统的良好性能。
在本发明的一些实施例中，电力系统运行成本最小化目标函数为：
其中，T表示时段的集合；G和N表示燃气机组和非燃气机组的集合；
和
是发电机组i的启动和停止成本；
是发电机组i的空载成本；ci是发电机组i的边际发电成本；
是发电机组i的备用成本；
和
分别为发电机组i在t时刻的启动和停止状态；xi,t为发电机组i在t时刻的运行状态；Pi,t和Ri,t为发电机组i在t时刻的发电出力和备用。
步骤102、构建频率安全约束。
频率安全约束主要是针对频率变化率、最低点频率和准稳态频率这三个指标进行约束条件的构建。其中约束条件中包括有根据要求设置好的系统数据，也包括有使得目标函数最小化成立的最优解的工作参数。
在本发明的一些实施例中，步骤102包括：
步骤1021、构建频率变化率约束：
其中，Ht为系统t时刻的惯量；
和Pi max分别为发电机组i的惯量常数和容量；f0为额定频率；ΔPt dis为系统t时刻的功率扰动量；RoCoFmax为允许的最大频率变化率。
步骤1022、构建频率最低点约束：
其中，κt为以下式(4)的唯一解；
其中，Td为传递时间；D为负载阻尼率；Pt D为t时刻的总负荷水平；ΔfDB为发电机组调速器死区时间；Δfmax为允许的最大频率偏差。
步骤1023、构建准稳态频率约束：
其中，
为允许的最大准稳态频率偏差。
系统没有遭受扰动时一直是稳态的，准稳态指的是系统在经受扰动后，做出了如发电机出力等反应，使得系统达到的一个短暂的新平衡。
示例性的，频率安全约束条件中的一些工作参数都会影响电力系统运行成本最小化目标函数的结果。，如系统t时刻的惯量Ht、发电机组i在t时刻的运行状态xi,t，及发电机组i在t时刻的发电备用Ri,t。
需要说明的是，本发明实施例通过构建上述频率变化率约束、频率最低点约束和准稳态频率约束的条件来构建频率安全约束是本发明的示例性说明，在本发明的其他实施例中，还可以构建其他的约束条件来构建频率安全约束。
步骤103、构建电力系统运行约束。
电力系统运行过程中的一些工作参数设置会影响电力系统运行成本最小化目标函数的结果。
在本发明的一些实施例中，电力系统运行约束条件为：
xi,tPi min≤Pi,t≤xi,tPi max (10)
-RDi≤Pi,t+Ri,t-Pi,t-1-Ri,t-1≤RUi (12)
其中，式(6)描述发电机组状态与启停状态的逻辑关系；式(7)用二进制变量描述发电机组状态、启动状态和关闭状态；
其中，式(8)和式(9)分别为最小运行时限约束和最小停机时限约束、式(10)为发电机出力约束、式(11)为备用出力约束、式(12)为发电机组爬坡约束、式(13)为线路传输功率约束、式(14)为系统有功功率平衡约束；
式中，Ti on和Ti off分别为发电机组i的最小运行时间和最小关闭时间；Pi min为发电机组i的出力下限；
为发电机组i的备用容量；RDi和RUi分别为发电机组i的向下和向上爬坡限值；Fl max为输电线路l的传输容量；ψl,i为发电机组i对输电线路l的转移因子；
为负荷de对输电线路l的转移因子；
为t时刻负荷de的水平；De为负荷的集合。
需要说明的是，本发明实施例通过构建上述电力系统运行约束条件来构建电力系统运行约束是本发明的示例性说明，在本发明的其他实施例中，还可以构建其他的约束条件来构建电力系统运行约束。
步骤104、构建天然气系统运行约束。
天然气系统运行过程中的一些工作参数设置会影响电力系统运行成本最小化目标函数的结果。
在本发明的一些实施例中，天然气系统运行约束条件为：
其中，式(16)用于计算管道平均气流；式(17)为管道气流方程；式(18)描述了管道管存与两端节点压力之间的关系；式(22)用于计算压缩机消耗的气流量；
其中，式(15)为节点气流平衡方程约束；式(19)为时刻t与时刻t-1之间的管存关系约束；式(20)为调度周期末时刻的总管存量不低于初始管存量约束；式(21)为通过压缩机的气流量约束；式(23)为压缩机升压比约束；式(24)为气源出力约束；式(25)为节点压力约束；
式中，S(m)、G(m)、Dg(m)和C(m)分别是连接在节点m上的气源集合、燃气发电机组集合、气负荷集合和压缩机集合；Lg为管道的集合；
为气源s在t时刻的出力；
为燃气发电机组g在t时刻消耗的气流量；
为燃气负荷dg在t时刻的值；
为压缩机k在t时刻消耗的气流量；
为t时刻流过压缩机k的气流量；Fmn,t为管道m-n在t时刻的气流量；
和
分别为管道m-n在t时刻的入口和出口气流量；Cmn和Kmn均为管道m-n的常参数；πm,t和πn,t分别为t时刻节点m和节点n上的压力；Lmn,t为管道m-n在t时刻的管存量；
为允许通过压缩机k的最大容量；
为压缩机k的燃气消耗比例；
和
分别压缩机升压比的上限值和下限值；
和
分别气源s最大和最小出力限值；
和
分别节点m上压力的上限值和下限值。
示例性的，气源s在t时刻的出力
燃气发电机组g在t时刻消耗的气流量
燃气负荷dg在t时刻的值
压缩机k在t时刻消耗的气流量
t时刻流过压缩机k的气流量
管道m-n在t时刻的气流量Fmn,t、分别管道m-n在t时刻的入口和出口气流量
和
分别t时刻节点m和节点n上的压力πm,t和πn,t，以及管道m-n在t时刻的管存量Lmn,t，上述工作参数的设置会影响电力系统运行成本最小化目标函数的结果。
需要说明的是，本发明实施例通过构建上述天然气系统运行约束条件来构建天然气系统运行约束是本发明的示例性说明，在本发明的其他实施例中，还可以构建其他的约束条件来构建天然气系统运行约束。
步骤105、构建电力系统和天然气系统耦合约束。
电力系统和天然气系统耦合中的一些工作参数设置会影响电力系统运行成本最小化目标函数的结果。
在本发明的一些实施例中，电力系统和天然气系统耦合约束条件为：
式中，
为燃气机组能量转化系数；Pg,t和Rg,t分别为燃气机组g在t时刻的出力和备用。
示例性的，Pg,t和Rg,t分别为燃气机组g在t时刻的出力和备用的设置会影响电力系统运行成本最小化目标函数的结果。
需要说明的是，本发明实施例通过构建上述电力系统和天然气系统耦合约束条件来构建电力系统和天然气系统耦合约束是本发明的示例性说明，在本发明的其他实施例中，还可以构建其他的约束条件来构建电力系统和天然气系统耦合约束。
在本发明的一些实施例中，电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法，还包括：
步骤106、通过引入辅助变量，对式(3)进行混合整数线性规划约束转化，得到新的频率最低点约束条件：
-Mxi,t≤Xi,t≤Mxi,t (28)
其中，式(27)～式(29)中，Xi,t为引入的辅助变量；M是预设的较大正数。
由于步骤1022中构建的频率最低点约束条件式(3)出现了双线性项，而上述由各约束条件和目标函数组成的频率安全约束机组组合模型为混合整数非线性非凸模型，难以直接求解。因此采用变量替换和大M法将式(3)等价转化为混合整数线性规划约束。其中，大M法(big M method)是线性规划问题的约束条件(＝)等式或(≥)大于型时，使用人工变量法后，把M看作一个代数符号参与运算，用单纯形法求解，寻找其初始基可行解的一种方法。
通过将式(3)转化为式(27)-式(29)，将难以求解的非凸约束转化为混合整数线性规划约束，大大的提高了约束条件的便捷性，可以很容易被已有的优化工具包求解，同时提高了求解的效率。
本发明实施例仅作举例，不作限定。
步骤107、对式(19)进行凸松弛转化，得到时刻t与时刻t-1之间的管存关系凸二阶锥约束：
由于步骤103中构建的时刻t与时刻t-1之间的管存关系约束式(19)为二次等式非凸约束，在上述由各约束条件和目标函数组成的频率安全约束机组组合模型为混合整数非线性非凸模型，难以直接求解。因此采用凸松弛方法将式(19)松弛转化为凸二阶锥约束式(30)，使得模型变得容易求解，并且能够保证其准确性。
本发明实施例仅作举例，不作限定。
步骤108、对凸二阶锥约束式(30)进行转化，得到时刻t与时刻t-1之间的管存关系标准二阶锥约束：
示例性的，将时刻t与时刻t-1之间的管存关系凸二阶锥约束式(30)进一步转化为时刻t与时刻t-1之间的管存关系标准二阶锥约束式(30)，以使模型更加容易求解，进一步提高求解速度，减少占用的计算空间。
本发明实施例仅作举例，不作限定。
步骤109、根据电力系统运行成本最小化目标函数、频率安全约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束以及电力系统和天然气系统耦合约束，确定机组组合的最优工作状态。
频率安全约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束以及电力系统和天然气系统耦合约束多个约束条件和目标函数组成了电力和天然气系统耦合的频率安全约束的机组组合模型，其中各个约束条件和目标函数都有预先设置好的各种系统数据、运行参数等等，根据这些系统数据、运行参数对电力和天然气系统耦合的频率安全约束的机组组合模型进行求解，得到使得电力系统运行成本最小化的工作参数结果，确定机组组合的最优工作状态。以能够得到能够使得电力系统运行成本最小化，并且与此同时能够保证电力系统运行的安全性和系统的良好性能。
示例性的，可以运用如Gurobi,Cplex现有的商业优化软件对电力和天然气系统耦合的频率安全约束的机组组合模型进行求解，从而确定机组组合的最优工作状态。
需要说明的是，本发明实施例运用Gurobi,Cplex软件对电力和天然气系统耦合的频率安全约束的机组组合模型进行求解为本发明实施例的示例性说明，在本发明的其它实施例中还可以通过其他软件进行求解，本发明实施例仅作举例，不作限定。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
在本发明的实施例中，通过建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数；构建频率安全约束；构建电力系统运行约束；构建天然气系统运行约束；构建电力系统和天然气系统耦合约束；根据电力系统运行成本最小化目标函数、频率安全约束、天然气系统运行约束、电力系统和天然气系统耦合约束及电力系统和天然气系统耦合约束，确定机组组合的最优工作状态。该方法考虑天然气系统运行约束、电力系统和天然气系统耦合约束对电力系统频率安全约束机组的影响，在规定的约束下优化电力系统运行成本目标函数，使得电力系统的运行成本最低，能够为研究电力系统和其他的能源系统耦合背景下的运行分析提供思路，具有理论价值和实际意义。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合装置的结构框图，具体可以包括如下模块：
目标函数建立模块201，用于建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数；
频率安全约束构建模块202，用于构建频率安全约束；
在本发明的一些实施例中，频率安全约束构建模块202，包括：
频率变化率约束构建子模块，用于构建频率变化率约束：
频率最低点约束构建子模块，用于构建频率最低点约束：
在本发明的一些实施例中，频率最低点约束构建子模块，包括：
混合整数线性规划约束转化单元，用于频率最低点约束进行混合整数线性规划约束转化，得到新的所述频率最低点约束条件；
准稳态频率约束构建子模块，用于构建准稳态频率约束。
电力系统运行约束构建模块203，用于构建电力系统运行约束；
天然气系统运行约束构建模块204，用于构建天然气系统运行约束；
在本发明的一些实施例中，天然气系统运行约束构建模块204，包括：
凸松弛转化子模块，用于对时刻t与时刻t-1之间的管存关系转化，得到时刻t与时刻t-1之间的管存关系凸二阶锥约束；
标准二阶锥约束转化子模块，用于对时刻t与时刻t-1之间的管存关系凸二阶锥约束进行转化，得到时刻t与时刻t-1之间的管存关系标准二阶锥约束。
电力系统和天然气系统耦合约束构建模块205，用于构建电力系统和天然气系统耦合约束；
最优工作状态确定模块206，用于根据所述电力系统运行成本最小化目标函数、所述频率安全约束、所述电力系统运行约束、所述天然气系统运行约束以及所述电力系统和天然气系统耦合约束，确定所述机组组合的最优工作状态。
本发明实施例所提供的电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合装置可执行本发明任意实施例所提供的电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种计算机设备的结构示意图。图3示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备12的框图。图3显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图3所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图3未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图3中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法。
实施例四
本发明实施例四还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
其中，计算机可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法，其特征在于，包括：
建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数；
构建频率安全约束；
构建电力系统运行约束；
构建天然气系统运行约束；
构建电力系统和天然气系统耦合约束；
根据所述电力系统运行成本最小化目标函数、所述频率安全约束、所述电力系统运行约束、所述天然气系统运行约束以及所述电力系统和天然气系统耦合约束，确定所述机组组合的最优工作状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数中，所述电力系统运行成本最小化目标函数为：
其中，T表示时段的集合；G和N表示燃气机组和非燃气机组的集合；
和
是发电机组i的启动和停止成本；
是发电机组i的空载成本；ci是发电机组i的边际发电成本；
是发电机组i的备用成本；
和
分别为发电机组i在t时刻的启动和停止状态；xi,t为发电机组i在t时刻的运行状态；Pi,t和Ri,t为发电机组i在t时刻的发电出力和备用。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建频率安全约束，包括：
构建频率变化率约束：
其中，Ht为系统t时刻的惯量；
和Pi max分别为发电机组i的惯量常数和容量；f0为额定频率；ΔPt dis为系统t时刻的功率扰动量；RoCoFmax为允许的最大频率变化率；
构建频率最低点约束：
其中，κt为以下式(4)的唯一解；
其中，Td为传递时间；D为负载阻尼率；Pt D为t时刻的总负荷水平；ΔfDB为发电机组调速器死区时间；Δfmax为允许的最大频率偏差；
构建准稳态频率约束：
其中，
为允许的最大准稳态频率偏差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建电力系统运行约束中，所述电力系统运行约束条件为：
xi,tPi min≤Pi,t≤xi,tPi max (10)
-RDi≤Pi,t+Ri,t-Pi,t-1-Ri,t-1≤RUi (12)
其中，式(6)描述发电机组状态与启停状态的逻辑关系；式(7)用二进制变量描述发电机组状态、启动状态和关闭状态；
其中，式(8)和式(9)分别为最小运行时限约束和最小停机时限约束、式(10)为发电机出力约束、式(11)为备用出力约束、式(12)为发电机组爬坡约束、式(13)为线路传输功率约束、式(14)为系统有功功率平衡约束；
式中，Ti on和Ti off分别为发电机组i的最小运行时间和最小关闭时间；Pi min为发电机组i的出力下限；
为发电机组i的备用容量；RDi和RUi分别为发电机组i的向下和向上爬坡限值；Fl max为输电线路l的传输容量；ψl,i为发电机组i对输电线路l的转移因子；
为负荷de对输电线路l的转移因子；
为t时刻负荷de的水平；De为负荷的集合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建天然气系统运行约束中，所述天然气系统运行约束条件为：
Fs min≤Fs,t≤Fs max (24)
其中，式(16)用于计算管道平均气流；式(17)为管道气流方程；式(18)描述了管道管存与两端节点压力之间的关系；式(22)用于计算压缩机消耗的气流量；
其中，式(15)为节点气流平衡方程约束；式(19)为时刻t与时刻t-1之间的管存关系约束；式(20)为调度周期末时刻的总管存量不低于初始管存量约束；式(21)为通过压缩机的气流量约束；式(23)为压缩机升压比约束；式(24)为气源出力约束；式(25)为节点压力约束；
式中，S(m)、G(m)、Dg(m)和C(m)分别是连接在节点m上的气源集合、燃气发电机组集合、气负荷集合和压缩机集合；Lg为管道的集合；
为气源s在t时刻的出力；
为燃气发电机组g在t时刻消耗的气流量；
为燃气负荷dg在t时刻的值；
为压缩机k在t时刻消耗的气流量；
为t时刻流过压缩机k的气流量；Fmn,t为管道m-n在t时刻的气流量；
和
分别为管道m-n在t时刻的入口和出口气流量；Cmn和Kmn均为管道m-n的常参数；πm,t和πn,t分别为t时刻节点m和节点n上的压力；Lmn,t为管道m-n在t时刻的管存量；
为允许通过压缩机k的最大容量；
为压缩机k的燃气消耗比例；
和
分别压缩机升压比的上限值和下限值；Fs S,max和Fs S,min分别气源s最大和最小出力限值；
和
分别节点m上压力的上限值和下限值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建电力系统和天然气系统耦合约束中，所述电力系统和天然气系统耦合约束条件为：
式中，
为燃气机组能量转化系数；Pg,t和Rg,t分别为燃气机组g在t时刻的出力和备用。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述电力系统运行成本最小化目标函数、所述频率安全约束、所述天然气系统运行约束、所述电力系统和天然气系统耦合约束及所述电力系统和天然气系统耦合约束，确定所述机组组合的最优工作状态之前，还包括：
通过引入辅助变量，对式(3)进行混合整数线性规划约束转化，得到新的所述频率最低点约束条件：
-Mxi,t≤Xi,t≤Mxi,t (28)
其中，式(27)～式(29)中，Xi,t为引入的辅助变量；M是预设的较大正数；
对式(19)进行凸松弛转化，得到时刻t与时刻t-1之间的管存关系凸二阶锥约束：
对所述凸二阶锥约束式(30)进行转化，得到时刻t与时刻t-1之间的管存关系标准二阶锥约束：
8.一种电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合装置，其特征在于，包括：
目标函数建立模块，用于建立频率安全约束的机组组合对应的电力系统运行成本最小化目标函数；
频率安全约束构建模块，用于构建频率安全约束；
电力系统运行约束构建模块，用于构建电力系统运行约束；
天然气系统运行约束构建模块，用于构建天然气系统运行约束；
电力系统和天然气系统耦合约束构建模块，用于构建电力系统和天然气系统耦合约束；
最优工作状态确定模块，用于根据所述电力系统运行成本最小化目标函数、所述频率安全约束、所述电力系统运行约束、所述天然气系统运行约束以及所述电力系统和天然气系统耦合约束，确定所述机组组合的最优工作状态。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一项所述的电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210088625.2A CN114498675A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210088625.2A CN114498675A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114498675A true CN114498675A (zh) | 2022-05-13 |
Family
ID=81475038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210088625.2A Pending CN114498675A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114498675A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115345386A (zh) * | 2022-10-18 | 2022-11-15 | 广东电网有限责任公司 | 一种能源系统的安全性评估方法、装置及存储介质 |
| CN117996862A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 国网四川省电力公司 | 基于应急备用的机组出力确定方法、装置、设备及介质 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210088625.2A patent/CN114498675A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115345386A (zh) * | 2022-10-18 | 2022-11-15 | 广东电网有限责任公司 | 一种能源系统的安全性评估方法、装置及存储介质 |
| CN117996862A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 国网四川省电力公司 | 基于应急备用的机组出力确定方法、装置、设备及介质 |
| CN117996862B (zh) * | 2024-04-03 | 2024-06-04 | 国网四川省电力公司 | 基于应急备用的机组出力确定方法、装置、设备及介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sun et al. | Day-ahead optimization schedule for gas-electric integrated energy system based on second-order cone programming | |
| Jia et al. | Modeling and optimization of a hybrid renewable energy system integrated with gas turbine and energy storage | |
| CN114498675A (zh) | 电力和天然气系统耦合频率安全约束的机组组合方法 | |
| CN109919399B (zh) | 一种综合能源系统日前经济调度方法及系统 | |
| CN107276122B (zh) | 适应大规模可再生能源并网的调峰资源调用决策方法 | |
| CN110829503B (zh) | 风光水火储的多能互补微电网联合优化调度方法及系统 | |
| CN106849097A (zh) | 一种主动配电网潮流计算方法 | |
| CN112288592B (zh) | 一种气热电耦合系统scuc优化调度方法、装置及存储介质 | |
| CN109583012B (zh) | 先进绝热压缩空气储能与风电协同运行调度方法与装置 | |
| CN111489020A (zh) | 一种独立型综合能源网电-气储能系统优化配置求解方法 | |
| CN103326388A (zh) | 基于功率预测的微电网储能系统及容量配置方法 | |
| CN117611217A (zh) | 多阶段省级电源扩展规划框架和多市场交易机制设计方法 | |
| CN111724026A (zh) | 一种多能源网络与配水网耦合运行的优化方法 | |
| CN109615193B (zh) | 一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法 | |
| CN115759360A (zh) | 风光氢储耦合系统两阶段优化规划方法、系统及介质 | |
| CN115811066A (zh) | 一种热能电能一体化微电网控制方法及系统 | |
| Zhou et al. | Optimal operation of integrated energy systems based on multi-energy coupling with power-to-gas technology | |
| CN116362478B (zh) | 考虑综合能源枢纽灵活性的电-气耦合系统风险调度方法 | |
| Jiandong et al. | Optimal dispatch of integrated power and gas systems considering wind power uncertainty | |
| Song et al. | Operation optimization of integrated energy system based on variable efficiency characteristics of equipment and dynamic model of pipe network | |
| CN112366706B (zh) | 一种负荷侧调峰资源规模需求的预测方法 | |
| CN118589495A (zh) | 一种用于电力系统的能源规划方法、装置、设备及介质 | |
| Zu et al. | Optimal operation of electric-heat-gas-hydrogen integrated energy system considering source-load uncertainty | |
| Huang et al. | Risk-constrained coordinative dispatching for battery energy storage systems of wind farms | |
| CN113852132A (zh) | 一种基于提高风电消纳能力的日前电-气耦合协调调度方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |