CN115169128A - 考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统 - Google Patents
考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115169128A CN115169128A CN202210831222.2A CN202210831222A CN115169128A CN 115169128 A CN115169128 A CN 115169128A CN 202210831222 A CN202210831222 A CN 202210831222A CN 115169128 A CN115169128 A CN 115169128A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- network
- energy
- heat
- unit
- 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
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 32
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 78
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 62
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 31
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 24
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 24
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 24
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 14
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 11
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 8
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 14
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/04—Constraint-based CAD
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Marketing (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Algebra (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Geometry (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明提出了考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统，包括：综合考虑电、气、热综合能源系统中的能源生产设备及能源存储设备，同时计及网络传输动态特性方程，以系统综合成本最小化为目标函数，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型；确定计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型的约束条件；采用分段线性化方法对模型进行线性化处理，得到机组组合方案。本发明减少了传统火电机组的频繁启停，优化了其运行时段，提高了风电的接纳空间，增强了系统的经济性及运行灵活性。
Description
技术领域
本发明属于综合能源系统技术领域，尤其涉及考虑网络动态特性的综 合能源系统机组组合方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构 成在先技术。
综合能源系统包含电、气、热能等多种资源，是未来能源互联网发展 的重要载体。热电联产机组、燃气轮机及电锅炉等等多种技术的发展，使 得不同类型能源在生产、传输及分配环节的耦合程度加深。综合能源系统 利用不同能源模块的时空耦合机理，通过多源协同优化，能量动态传输及 多类型储能配置等环节，可以有效提升系统运行的经济性与灵活性。
由于电力、热力、天然气等能源系统的供、需能量形式不同，因此不 同能源系统的能源传输动态特性有着显著的差异。在这样的形势下，不少 学者对计及网络能量传输的区域综合能源系统的优化调度问题进行了深入 研究，取得了一系列的成果。当前能量传输模型主要分为稳态及动态2种建 模方式。在电—气耦合系统中，气网稳态模型通常不考虑管道压力、温度 等参数对潮流的影响；在电—热耦合系统中，热网稳态模型通常不考虑热 量在传播过程中的时延特性及温度损失。
上述稳态模型提高了计算效率。但是，考虑网络动态特性的网络传输 方式存在下述优势：
1)天然气、热水等能源在相应网络中传播所表现出的时延与惯性等动 态特性，相当于为能量传输网络提供一定的储能能力，忽略动态特性则变 相降低了综合能源系统的运行灵活性；
2)随着能源互联网的发展，“电—气—热”互联增强，考虑气网、热 网动态特性及耦合优化机理，对于提升综合能源网侧传输灵活性具有重要 意义。
同时，由于多能源耦合程度的加深，将电力系统机组组合问题引入区 域能源互联网框架中分析具有重要的现实意义。传统的电力系统机组组合 问题是为应对区域内源、荷不确定性，通过对各机组的组合方式及出力进 行规划，以期获得最优的经济成本。然后，由于传统电力系统中可用的灵 活性资源较少，当区域内源、荷出现大幅度波动，火电机组需频繁启停以 满足供能需求，由此增加的经济成本不容忽视。而综合能源系统可提供的 灵活性资源众多，如热电联产机组、燃气锅炉等能源转换设备，天然气、 热水由于其自身的动态传输特性更是为系统赋予了一定的储能能力，使得 综合能源系统的运行灵活性得到增强。计及网络动态特性对于合理分配火 电机组运行时段，降低由于频繁启停造成的经济损失具有积极意义。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了考虑网络动态特性的综合 能源系统机组组合方法，所提出的方法有效降低火电机组由于频繁启停增 加的经济成本，在提升风电消纳空间的同时增强系统运行灵活性
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，公开了考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法， 包括：
综合考虑电、气、热综合能源系统中的能源生产设备及能源存储设备， 同时计及网络传输动态特性方程，以系统综合成本最小化为目标函数，构 建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型；
确定计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型的约 束条件；
采用分段线性化方法对模型进行线性化处理，得到机组组合方案。
作为进一步的技术方案，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能 源系统机组组合模型时，采用节点法进行建模。
作为进一步的技术方案，所述能源生产设备及能源存储设备包括：常 规火电机组、风力发电系统、燃气式CHP、GT及EB；
以上述后3类设备作为能源耦合单元，燃气式CHP及EB负责供给热 能，GT协助火电机组进行电力调峰；
同时，设置电、热储能装置，分别用以消纳波动性资源及在严重弃风 时刻限制CHP机组热出力。
作为进一步的技术方案，所述系统综合成本包括常规机组启停成本、 常规机组运行成本、气源出力成本及弃风成本。
作为进一步的技术方案，电、气、热综合能源系统机组组合模型的约 束条件包括：电网约束条件、天然气网约束条件、热网约束条件及能量转 换设备约束条件。
作为更进一步的技术方案，所述电网约束条件包括电网功率平衡约束、 机组出力约束、机组爬坡约束、常规机组最小启停时间及启停状态约束、 电储能装置的相关约束。
作为更进一步的技术方案，所述天然气网约束条件包括气源通过天然 气网络向气负荷及耦合设备输送气流，气源供应流量的上下限、计及气网 流量的双向性，描述气网管道流量与压力关系的方程、气网节点压力的上 下限约束表示及气网潮流平衡约束表示。
作为更进一步的技术方案，所述热网约束条件包括采用工质流模型描 述热网潮流、热网平衡约束表示、储热罐相关约束表示。
作为更进一步的技术方案，所述能量转换设备约束条件包括CHP机组 的能量耦合约束及CHP机组的能量耦合约束表示。
第二方面，公开了考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合系统， 包括：
模型构建模块，被配置为：综合考虑电、气、热综合能源系统中的能 源生产设备及能源存储设备，同时计及网络传输动态特性方程，以系统综 合成本最小化为目标函数，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源 系统机组组合模型；
约束条件确定模块，被配置为：确定计及网络动态特性的电、气、热 综合能源系统机组组合模型的约束条件；
求解模块，被配置为：采用分段线性化方法对模型进行线性化处理， 得到机组组合方案。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明提出的一种考虑网络动态特性的天然气网络及热网络建模方 法，其中“管存”用于表征管道中的天然气存储容量，传输延迟和温度损失用 于描述网络传输热水的延迟。
与传统的电力系统机组组合模型相比，本发明提出的一种考虑多能源 协同和网络动态特性的综合能源系统机组组合建模方法，综合考虑能源生 产及存储设备、多能耦合设备及网络动态特性，利用上述灵活性资源实现 电、气、热能源的动态转换。在热负荷高峰时段，热力网络利用传输延时 存储的能量同电锅炉、储热罐等设备配合实现能量由天然气及电能到热能 的动态变换，解耦热电联产机组的“以热定电”模式的同时提升风电消纳 空间；同理，在用电高峰时段，天然气管道中的“管存”配合燃气轮机、 火电机组等设备实现能量由天然气到电能的动态变换，热电联产机组多余 产生的热能则由于动态特性存贮于热力网络中，电负荷的多能供给降低了 火电机组的启停频率，提升了系统的经济性。同时，通过上述协同方式， 区域综合能源系统的运行灵活性得到增强。本发明附加方面的优点将在下 面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的 实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解， 本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不 当限定。
图1为本发明实例验证中电—气—热综合能源测试系统拓扑结构示意 图；
图2为本发明实例验证中计及网络动态特性前、后的机组组合结果示 意图；
图3为本发明实例验证中系统电功率平衡示意图；
图4为本发明实例验证中系统热功率平衡示意图；
图5为本发明实例计及网络动态特性前、后热电联产机组出力示意图；
图6为本发明实例风电机组出力对比示意图；
图7为本发明实例计及网络动态特性前、后气源出力示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的 说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属 技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非 意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组 合。
实施例一
本实施例公开了考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，包 括：
综合考虑电、气、热综合能源系统中的能源生产设备及能源存储设备， 同时计及网络传输动态特性方程，以系统综合成本最小化为目标函数，构 建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型；
确定计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型的约 束条件；
采用分段线性化方法对模型进行线性化处理，得到机组组合方案。
本实施例子在传统电力系统机组组合方法的基础上，考虑了多能耦合 及天然气网络、供热网络的传输动态特性，提出了一种计及网络动态特性 的综合能源系统机组组合方法。首先，描述了天然气由于传输慢速性及可 压缩性形成的气网管存。同时，给出了热水在传输过程中由于温度损失与 传输延时形成的热网动态特性方程。在此基础上，综合考虑多种能源生产 设备及电、热储能装置，以电—气—热综合能源系统的综合成本为目标函数，包含常规火电机组发电成本、气源出力成本及弃风成本，构建了计及 网络动态特性的电—气—热综合能源系统机组组合模型。而后，考虑到传 统火电机组运行成本函数及气网管道流量与压力关系方程均涉及平方项， 采用分段线性化的方法将其原有模型转化为MILP问题。最后，以电—气— 热综合能源测试系统为例，验证了所提方法的有效性。
首先关于网络动态特性分析：
关于气网动态特性
由于天然气在管网中传输速度慢且具有可压缩性，管道首端注入天然 气的流量与末端流出天然气的流量不相同，首末端天然气流量的差值称之 为“管存”。且管存同气网管道两端平均压力成正比，表示为：
Mgh,t＝λghPgh,t (11)
式中，Mgh,t为管道gh在t时刻的管存；λgh为管道参数，与管道长度、直径 等有关；Pgh,t为管道gh在t时刻的平均压力，Pgh,t＝(Pg,t+Ph,t)/2；
分别为流入管道及流出管道的气流量。
关于热网动态特性
热网动态特性表现在热水传输的时间延迟及温度损失。热水在热力网 中的延时性使得管道入口的温度缓慢传递至出口处，该传递时间即为传递 延时τ。同时，由于热量传递过程中的管道温度高于环境温度，由此会导致 温度损失。本实施建模方法如下：
1)传输延时
不考虑温度损失的条件下，管道出口温度可由管道入口温度及传输延 时τkl,t表示。t时刻，管道kl出口温度应等于t-τkl,t时刻的温度。
式中，
为不考虑温度损失条件下t时刻管道kl的出口温度，
为 管道kl在t-τkl,t时刻的入口温度；Rkl、Lkl分别为管道kl的半径及长度；mkl,t为t时刻管道kl的工质流量；ρ为水的密度。
2)温度损耗
热水在热网传递中会出现温度损失，采用苏霍夫公式计算热网管道kl 的出口实际温度，表示为：
式中，
为计及温度损失条件下t时刻管道kl的实际出口温度；Tt env为 t时刻环境温度；Hkl,t为t时刻管道kl的温度损失系数，CP为水的比热容， λkl为管道kl的热传导系数。
然后关于IES优化调度模型：
本公开技术方案的研究对象为电—气—热IES，包含常规火电机组、风 力发电系统、燃气式CHP、GT及EB。以上述后3类设备作为能源耦合单 元。燃气式CHP及EB负责供给热能，GT协助火电机组进行电力调峰。同 时，设置电、热储能装置，分别用以消纳波动性资源及在严重弃风时刻限 制CHP机组热出力。
2.1目标函数
本公开技术方案以IES的综合成本最小化为优化目标。
min(F11+F12+F2+F3) (16)
式中，F11为常规机组启停成本；F12为常规机组运行成本；F2为气源出 力成本；F3为弃风成本。
1)常规机组发电成本
常规机组发电成本由启停成本及运行成本组成，表示为
F1＝F11+F12 (17)
式中，
为开机变量，1为开机，否则为0；
为停机变量，1为停 机，否则为0；Son,i、Soff,i分别为机组的开、停机成本；Pi,t为常规机组i在t 时刻的有功出力；ai、bi、ci为机组i的发电成本系数；ui,t为机组i在t时刻 的开停机标志，1表示开机状态，0表示停机状态；T为时段数，本文研究 范围为日前调度，设置为24h；NG为常规机组数目。
2)气源出力成本
式中，
为气源s在t时刻的出气量；
为气源s的成本；NGT为气 源数目。
3)弃风成本
式中，Pt wf、Pt w分别表示t时刻风电系统的预测出力及实际出力，Cw为 弃风惩罚系数。
2.2电网约束条件
1)电网功率平衡约束表示为：
Plmn,t＝Bmn(θm,t-θn,t) (23)
式中，
为CHP机组i在t时刻的电功率；
为GT机组i在t时刻 的电功率；Pt EB表示EB在t时刻消耗的电功率。Pt d、Pt ch分别表示t时刻储 电装置的放电、充电功率；Pt Load为t时刻负荷；Pmn,t为线路mn在t时刻的线 路潮流；Bmn为线路mn导纳；θm,t为节点m在t时刻的相角。
2)机组出力约束表示为：
ui,tPi,min≤Pi,t≤ui,tPi,max (24)
式中，Pi,min、Pi,max分别为常规机组i运行功率上下限；
为GT机组i 运行功率上限。
3)机组爬坡约束表示为：
式中，
分别为常规机组i的向上、向下爬坡速率。
4)常规机组最小启停时间及启停状态约束。常规机组启停状态约束表 示为：
5)电储能装置的相关约束表示为：
式中，Pt d,max、Pt ch,max分别表示电储能装置放电、充电功率及相应上限 值；
表示储能放电、充电标志；
表示t时刻储能储存的电 量；
表示储能允许存储电量的最小值、最大值；
分 别表示储能初始时刻、结束时刻电量；ηd、ηch分别表示储能放电、充电效 率。
2.3气网约束条件
1)气源通过天然气网络向气负荷及耦合设备输送气流，气源供应流量 的上下限表示为：
式中，
分别表示气源s供应气流的上限值、下限值。
2)计及气网流量的双向性，描述气网管道流量与压力关系的方程为
式中，qgh,t为管道gh在t时刻的平均流量，
分别表示t时刻流入、流出gh的流量；Cgh为管道参数。
3)气网节点压力的上下限约束表示为：
式中，
分别表示气网节点压力上、下限。
4)气网潮流平衡约束表示为：
式中，
为t时刻气负荷；
为CHP机组i在t时刻耗气量；
为 GT机组i在t时刻的耗气量。
5)气网管存约束
Mgh,t＝λghPgh,t (35)
2.4热网约束条件
1)本文采用工质流模型描述热网潮流，相关约束表示为：
式中，
分别表示供水、回水管道的出口温度；
分 别表示供水、回水管道的入口温度；
分别表示供水、回水管道节点 b温度。
2)热网平衡约束表示为：
式中，
为CHP机组i在t时刻的热功率；
表示EB在t时刻的热 功率。
分别表示t时刻储热罐的放热、充热功率；
为t时刻热 负荷。
3)储热罐相关约束表示为：
式中，
分别表示储热罐放热、充热功率及相应上限值；
表示储热罐放热、充热标志；
表示t时刻储能储存的电量；
表示储热罐允许存储热量的最小值、最大值；
分别表示储 热罐初始时刻、结束时刻的存储热量；γd、γch分别表示储热罐放热、充热 效率。
4)热网动态特性约束
热网动态特性约束包含传输延时、温度损耗2部分，表示为：
2.5耦合设备约束
1)CHP机组的能量耦合约束表示为
式中，λchp为CHP机组热电转换比值，本文取1.8；HGV为天然气高热值。
2)EB机组的能量耦合约束表示为
式中，λchp为EB的制热效率，本文取0.95。
3非线性目标函数及约束条件的线性化表达
3.1传统火电机组运行成本线性化
上述模型中的式(19)涉及平方项，式(47)给出了电机组运行成本 线性化后的表示方式：
式中，m为分段数；ki,s为火电机组i的煤耗函数分段后，在第s段的 斜率；C0,i表示火电机组i开机并以最小出力Pi,min运行时产生的费用；
为 火电机组i在t时段、s分段下的出力。
相应地，火电机组运行的约束条件变为：
3.2气网管道流量与压力关系方程线性化
上述模型中的式(32)涉及平方项，式(49)-(53)给出其线性化过 程：
假设管道气流从节点g流向节点h，引入变量
令
则原 气网管道流量与压力关系方程变为：
上述式中左侧的平方项通过分段线性化的形式近似，气流从节点g流 向节点h时，管道气流量存在上限值qgh,max，则管道气流量取值为[0,qgh,max]。 将该区间均分为n段，设
为每个分段内的管道气流量值，则存在如下约 束：
式中，
为标志管道气流量是否位于本段的0-1变量；
为将[0, qgh,max]均分为n段后，第l段管道气流量的取值，
同时，令：
则气网管道流量与压力关系方程可线性化表示为：
式中，
为天然气管道气流量分段线性化后第l分段斜率。
算例分析
通过在1个电—气—热综合能源测试系统上进行算例仿真分析，验证 所提方法的可行性与有效性。所有算例仿真分析均在一台配置为Intel Core i7-10700处理器、2.90GHz主频、16G内存的移动工作站上实现，采用 Matlab2016a优化软件中的CPLEX 12.6求解器对优化问题进行求解。除非 额外说明，算例仿真分析中的参数设定如下：电储能装置最大充、放电功 率为200MW，最大容量设置为700MW，初始容量设置为300MW，充、放 电效率均设置为0.95。储热罐最大充、放热功率为300MW，最大容量设置 为800MW，初始容量设置为560MW，充、放热效率均设置为0.90。天然 气管网初始管存设置为2×106m3，弃风成本系数设置为50$/(MW·h)。
电—气—热综合能源测试系统介绍
电—气—热综合能源测试系统的拓扑结构见图1，其由一个修改的 IEEE 39节点的电网系统、6节点的天然气网系统及8节点的热网系统组成。
天然气系统的相关参数见表1，供热系统的相关参数见表2。
表1天然气系统管道参数表
表2供热系统管道参数表
传统火电机组的相关参数如表3，热电联产机组、燃气轮机及电锅炉的 相关参数如表4所示。
表3火电机组参数表
表4能源耦合设备参数表
4.2计及网络动态特性下机组组合分析
为分析网络动态特性对机组组合的影响，分别统计计及网络动态特性 前、计及网络动态特性后的机组启停决策结果，如图2所示。
由图2结果，无论是否考虑动态特性，G1及G6均保持运行状态，这 是由于G1、G6机组的边际成本较低；G3均保持停机状态，这是由于该机 组边际成本相较于其余机组过高。在不考虑动态特性的条件下，G2在 10:00～18:00运行，G4在8:00～20:00运行，G5在11:00～14:00运行，其余 时刻机组G2、G4及G5均处于停机状态。这是由于中午时段处于用电高峰期，G2、G4及G5机组开机工作，以维持用电需求；当计及网络动态特性 后，电、气、热三种能源动态转换效率提升，耦合程度加深。中午时段天 然气管网存储的能量可通过燃气轮机释放，即将天然气转换为电能，支撑 电网功率需求，使得G5在1:00～24：00均退出运行。热网传输延时效应减 缓并迟滞了负荷波动对于IES的影响，且储热罐的投入，缓解了夜间用热高峰时段的供热压力，G2运行时段迁移至3:00～5:00。而G4机组相较于 G2、G5边际成本较低，仍保持与考虑网络动态特性前相同的启停状态。
通过对比两种运行条件下的启停结果，可以得出在考虑网络动态特性 的条件下，减少了常规机组启停次数，优化了机组的运行时间，降低了部 分常规机组由于频繁启停引起的成本增加，电、气、热能源通过不同时段 的能量转换提升系统的运行灵活性。
系统运行优化结果分析
分别仿真得到考虑网络动态特性后的电力平衡关系及热力平衡关系， 结果如图3、图4所示。
由图3，电储能装置在负荷低谷时段吸收多余风电，减少弃风现象出现。 在负荷高峰时段，由于计及了网络动态特性，热网、气网中多余的能量转 化为电能，表现为热电联产机组、燃气轮机配合常规火电机组出力，同时 电储能装置释放电能，满足负荷需求。
由图4，夜晚时段属用热高峰时段，此时，热网管存、蓄热罐、电锅炉 配合热电联产机组满足热负荷需求。热负荷低谷时段电锅炉停止工作，储 热罐吸收多余热量，提高了系统运行灵活性。
分别计算计及网络动态特性前后系统综合成本及各项子费用，结果如 表5所示。
表2不考虑/考虑动态特性的成本对比结果
由表5可知，考虑网络动态特性后，总成本降低约7.34％，机组启停成 本及运行成本均出现下降，减少了由于机组频繁启停造成的费用，电、气、 热能的耦合程度加深。同时，弃风成本下降约19.3％，表明所提方法能够有 利于风电消纳。
电—气—热综合能源系统动态优化效果分析
(1)热网动态特性优化效果分析
分别仿真得到计及热网动态特性前后的热电联产机组热出力曲线，结 果如图5所示。
如图5，Model A、Model B分别代表计及、不计及热网动态特性的CHP 热出力。对比2条曲线，当不计及热网动态特性，CHP热出力实时追踪热 负荷变化，以满足热功率平衡；计及热网动态特性时，热网管道存储了一 部分能量，可以协同CHP机组应对热负荷高峰时段，从一定程度上打“以 热定电”模式。
分析计及热网动态特性前后风电出力的变化情况，并同风电预测值综 合比较，结果如图6所示。
综合分析图5、图6，Model A在1:00～8:00及20:00～24:00弃风严重。 计及管道传输延时效应后，弃风量明显减少。这是由于热网中存储的能量 与储热罐在用热高峰时段放热，从而减少CHP机组在弃风量较高时段的热 出力，在节省CHP发电成本的同时为风电提供了更大的消纳空间。
(2)气网动态特性优化效果分析
分别仿真得到计及气网动态特性前后的气源出力曲线，结果如图7所 示。
如图7，Model C、Model D分别代表计及气网动态特性前后的气源出 力。对比2条曲线，由于气网作用类似于储能装置，1:00～8:00气网存储能 量，并在11:00～14:00集中释放天然气，燃气轮机工作，配合传统火电机组 平衡电负荷。
实施例二
本实施例的目的是提供一种计算机装置,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 实现上述方法的步骤。
实施例三
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
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 执行时执行上述方法的步骤。
实施例四
本实施例的目的是提供考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合系 统，包括：
模型构建模块，被配置为：综合考虑电、气、热综合能源系统中的能 源生产设备及能源存储设备，同时计及网络传输动态特性方程，以系统综 合成本最小化为目标函数，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源 系统机组组合模型；
约束条件确定模块，被配置为：确定计及网络动态特性的电、气、热 综合能源系统机组组合模型的约束条件；
求解模块，被配置为：采用分段线性化方法对模型进行线性化处理， 得到机组组合方案。
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应， 具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介 质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被 理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器 执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用 的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来 实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它 们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成 单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本 发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案 的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或 变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，包括：
综合考虑电、气、热综合能源系统中的能源生产设备及能源存储设备，同时计及网络传输动态特性方程，以系统综合成本最小化为目标函数，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型；
确定计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型的约束条件；
采用分段线性化方法对模型进行线性化处理，得到机组组合方案。
2.如权利要求1所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型时，采用节点法进行建模。
3.如权利要求1所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，所述能源生产设备及能源存储设备包括：常规火电机组、风力发电系统、燃气式CHP、GT及EB；
以上述后3类设备作为能源耦合单元，燃气式CHP及EB负责供给热能，GT协助火电机组进行电力调峰；
同时，设置电、热储能装置，分别用以消纳波动性资源及在严重弃风时刻限制CHP机组热出力。
4.如权利要求1所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，所述系统综合成本包括常规机组启停成本、常规机组运行成本、气源出力成本及弃风成本。
5.如权利要求1所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，电、气、热综合能源系统机组组合模型的约束条件包括：电网约束条件、天然气网约束条件、热网约束条件及能量转换设备约束条件。
6.如权利要求5所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，所述电网约束条件包括电网功率平衡约束、机组出力约束、机组爬坡约束、常规机组最小启停时间及启停状态约束、电储能装置的相关约束。
7.如权利要求5所述的考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法，其特征是，所述天然气网约束条件包括气源通过天然气网络向气负荷及耦合设备输送气流，气源供应流量的上下限、计及气网流量的双向性，描述气网管道流量与压力关系的方程、气网节点压力的上下限约束表示及气网潮流平衡约束表示；
所述热网约束条件包括采用工质流模型描述热网潮流、热网平衡约束表示、储热罐相关约束表示；
所述能量转换设备约束条件包括CHP机组的能量耦合约束及CHP机组的能量耦合约束表示。
8.考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合系统，其特征是，包括：
模型构建模块，被配置为：综合考虑电、气、热综合能源系统中的能源生产设备及能源存储设备，同时计及网络传输动态特性方程，以系统综合成本最小化为目标函数，构建计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型；
约束条件确定模块，被配置为：确定计及网络动态特性的电、气、热综合能源系统机组组合模型的约束条件；
求解模块，被配置为：采用分段线性化方法对模型进行线性化处理，得到机组组合方案。
9.一种计算机装置,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，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-7任一所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-7任一所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210831222.2A CN115169128A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210831222.2A CN115169128A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115169128A true CN115169128A (zh) | 2022-10-11 |
Family
ID=83494139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210831222.2A Pending CN115169128A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115169128A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116760115A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-09-15 | 中国南方电网有限责任公司 | 时空特征融合的电力系统机组组合优化方法及其系统 |
-
2022
- 2022-07-15 CN CN202210831222.2A patent/CN115169128A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116760115A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-09-15 | 中国南方电网有限责任公司 | 时空特征融合的电力系统机组组合优化方法及其系统 |
| CN116760115B (zh) * | 2023-05-30 | 2024-04-12 | 中国南方电网有限责任公司 | 时空特征融合的电力系统机组组合优化方法及其系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108229025B (zh) | 一种冷热电联供型多微网主动配电系统经济优化调度方法 | |
| CN110288152B (zh) | 考虑电/热柔性负荷的区域综合能源系统储能配置方法 | |
| CN110163443B (zh) | 考虑电-气综合需求响应的天然气调压站微能网优化调度方法 | |
| CN104734168B (zh) | 一种基于电热联合调度的微电网运行优化系统及方法 | |
| CN106485352A (zh) | 一种多类电源发电计划组合决策方法 | |
| CN105576710A (zh) | 一种综合能源系统中的分布式电源的配置方法 | |
| CN104361416A (zh) | 一种考虑大规模电动汽车接入的电网双层优化调度方法 | |
| CN104377693A (zh) | 一种发电生产模拟模型 | |
| CN110163415B (zh) | 一种变工况特性下的多能流系统多目标模糊协同优化方法 | |
| CN113725915A (zh) | 一种考虑可再生能源不确定性和热惰性的乡村电热综合能源系统运行优化方法 | |
| CN112671040A (zh) | 一种考虑新能源消纳最大的多能互补系统日前优化调度方法 | |
| CN115659651A (zh) | 一种考虑多种灵活性资源的综合能源协同优化调度方法 | |
| CN115169128A (zh) | 考虑网络动态特性的综合能源系统机组组合方法及系统 | |
| CN107769266A (zh) | 一种多时间尺度发电与备用联合优化方法 | |
| CN113131513B (zh) | 考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法和存储介质 | |
| CN112862158B (zh) | 一种综合能源系统日前优化调度方法及系统 | |
| CN113128868A (zh) | 一种区域综合能源系统调度优化方法及装置 | |
| CN111564873B (zh) | 一种计及机组启停的集成气-电能源系统优化方法 | |
| CN115936336B (zh) | 一种虚拟电厂容量配置与调控运行优化方法 | |
| Li et al. | Modeling of integrated energy system of offshore oil and gas platforms considering couplings between energy supply system and oil and gas production system | |
| CN114387129B (zh) | 考虑天然气管网的综合能源调度方法、装置、设备及介质 | |
| CN115907363A (zh) | 一种基于综合能源系统源-荷多时间尺度优化调度方法 | |
| CN115455709A (zh) | 计及碳捕集设备加装的低碳综合能源系统仿真及配置方法 | |
| Jiandong et al. | Research on improving flexibility of integrated power and gas energy system considering P2G and demand response | |
| CN113870054A (zh) | 多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法 |
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 |