CN115906488B - 一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法，通过建立电网潮流约束方程、天然气网运行约束方程、能量耦合设备运行约束方程、热源约束方程、不确定性机会约束方程和能量平衡约束方程，并以楼宇综合能源系统的运行成本最低为目标函数，构建楼宇综合能源系统调度模型，最后求解该模型可以得到楼宇综合能源系统的优化调度结果，由于在传统调度模型的基础上充分考虑了可再生能源出力和负荷的不确定性，能够有效地消除源荷双侧多重不确定性对调度模型的影响，降低了楼宇综合能源系统的总运行成本，提高了系统的运行经济性。

Description

一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法

技术领域

本发明涉及能源调度技术领域，尤其涉及一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法。

背景技术

综合能源系统(integrated energy system，IES)是能源互联网的一种载体，内部含有热电联产(combined heat and power，CHP)、电转气(power to gas，P2G)、燃气轮机和燃气锅炉等多能耦合设备，是实现能源高效利用和互补的一种方式，IES的优化调度是IES能量产生、利用并实现供需平衡的前提。近年来，随着可再生能源接入比例不断提高和用户需求多样化，IES调度中的多重不确定性显著增加，在电、热、气的各个环节都存在不确定性因素。因此IES调度模型相比于电力系统增加了更高维度的随机变量，使得调度模型更加复杂。

因此，针对不确定性因素对IES调度的影响，如何研究一种综合能源系统优化调度方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法，能够在传统调度模型的基础上考虑可再生能源出力和负荷的不确定性，有效地消除了源荷多重不确定性的影响。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法，包括：

利用楼宇综合能源系统中的电力系统的支路电压方程、支路首端功率方程、节点功率平衡方程、节点电压幅值约束方程、发电机功率约束方程和线路电流幅值约束方程，建立电网潮流约束方程；

利用楼宇综合能源系统中的天然气系统的气源与气负荷约束方程、流量与压力关系方程和节点流量平衡方程，建立天然气网运行约束方程；

利用楼宇综合能源系统的热电联产机组运行约束方程、电转气机组运行约束方程、电锅炉运行约束方程和燃气锅炉运行约束方程，建立能量耦合设备运行约束方程；

根据楼宇综合能源系统的热负荷需求，建立热源约束方程；

根据楼宇综合能源系统的可再生能源出力的预测误差和负荷的预测误差，建立不确定性机会约束方程；

利用楼宇综合能源系统的电能平衡约束方程、热能平衡约束方程和天然气平衡约束方程，建立能量平衡约束方程；

以楼宇综合能源系统的运行成本最低为目标函数，以电网潮流约束方程、天然气网运行约束方程、能量耦合设备运行约束方程、热源约束方程、不确定性机会约束方程和能量平衡约束方程为约束条件，建立楼宇综合能源系统调度模型；

求解楼宇综合能源系统调度模型，得到优化调度结果。

优选地，目标函数的表达式为：

其中，F代表楼宇综合能源系统的总运行成本，F₁代表楼宇综合能源系统的购电运行成本，F₂代表楼宇综合能源系统的设备运维成本，F₃代表楼宇综合能源系统的设备环境治理成本，T代表调度周期，t代表调度周期中的各个时刻，代表购售电价格，/>代表购售天然气价格，/>代表楼宇综合能源系统消耗的电功率，/>代表楼宇综合能源系统消耗的天然气功率，P_i,t代表设备i的功率，P_l,t代表设备l的功率，/>代表设备i的运维成本，δ_l代表设备l的环境治理成本。

优选地，支路电压方程的表达式为：V_i-V_j＝z_ijI_ij；

支路首端功率方程的表达式为：

节点功率平衡方程的表达式为：

节点电压幅值约束方程的表达式为：V_i,min≤|V_i|≤V_i,max；

发电机功率约束方程的表达式为：s_k,min≤s_k≤s_k,max；

线路电流幅值约束方程的表达式为：|I_ij|≤I_ij,max；

其中，V_i代表节点i的电压相量，V_j代表节点j的电压相量，z_ij代表支路的阻抗，I_ij代表支路的电流相量，S_ij代表支路的首端功率，代表电流I_ij的共轭，/>代表功率为汇入节点i的支路的集合，/>代表功率为从节点j流出的支路的集合，s_k代表位于节点k的发电机的复功率，s_k,min代表位于节点k的发电机的复功率的最小值，s_k,max代表位于节点k的发电机的复功率的最大值，I_ij,max代表支路电流相量幅值的最大值。

优选地，气源与气负荷约束方程的表达式为：

其中，S_m,t代表节点m的气源的天然气供应量，S_m,min代表节点m的气源的天然气供应量的最小值，S_m,max代表节点m的气源的天然气供应量的最大值，GL_m,gas,t代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量，GL_min代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量的最小值，GL_max代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量的最大值；

流量与压力关系方程的表达式为：

其中，F_mn代表天然气管道的流量，sgn(π_m,π_n)代表符号函数，C_mn代表天然气管道的常数，π_m代表节点m的压力，π_n代表节点n的压力，π_m,min代表节点m的压力的最小值，π_m,max代表节点m的压力的最大值；

节点流量平衡方程的表达式为：

其中，N_g代表天然气网络的节点集合，GSF_gas,g,mn代表天然气流量转移因子矩阵，S_g代表节点g的气源的天然气供应量，GL_g代表节点g的消耗天然气的机组的耗气量。

优选地，热电联产机组运行约束方程的表达式为：

电转气机组运行约束方程的表达式为：

电锅炉运行约束方程的表达式为：

燃气锅炉运行约束方程的表达式为：

其中，num代表热电联产机组的序号，x代表热电联产机组的节点，t代表调度时刻，代表热电联产机组的供电量，/>代表热电联产机组的供热量，/>代表热电联产机组的组合系数，N_x代表热电联产机组的节点数，/>代表节点x的供电量，/>代表节点x的供热量，/>代表热电联产机组的耗气量，/>代表节点x的耗气量，/>代表电转气机组的供气量，η_P2G代表电转气机组的转换效率系数，/>代表电转气机组的耗电量，/>代表电转气机组的耗电量的最大值，/>代表电锅炉的产热量，η_EB代表电锅炉的转换效率系数，/>代表电锅炉的耗电量，/>代表电锅炉的耗电量的最小值，/>代表电锅炉的耗电量的最大值，/>代表燃气锅炉的产热量，η_GF代表燃气锅炉的转换效率系数，/>代表燃气锅炉的耗气量，/>代表燃气锅炉的耗气量的最小值，/>代表燃气锅炉的耗气量的最大值。

优选地，热源约束方程的表达式为：

其中，代表楼宇综合能源系统的供热功率，/>代表楼宇内部的温度，/>代表楼宇表面的温度，/>代表热电联产机组的供热功率，/>代表楼宇内部的热辐射，/>代表楼宇表面的热辐射，T_t ^ext代表环境温度，/>代表楼宇内部的热容，/>代表楼宇表面的热容，/>代表楼宇内部与楼宇表面的传热能力，/>代表楼宇内部与楼宇外部的传热能力，代表楼宇表面与楼宇外部的传热能力，T_i ^in,min代表楼宇内部的温度的最小值，T_i ^in,max代表楼宇内部的温度的最大值，/>代表楼宇综合能源系统的供热功率的最大值，/>代表热电联产机组的供热功率的最大值。

优选地，不确定性机会约束方程的表达式为：

其中，代表楼宇综合能源系统的风电出力的实际值，/>代表楼宇综合能源系统的风电出力的预测值，ξ_t,WT代表楼宇综合能源系统的风电出力的预测误差，/>代表楼宇综合能源系统的光伏出力的实际值，/>代表楼宇综合能源系统的光伏出力的预测值，ξ_t,PV代表楼宇综合能源系统的光伏出力的预测误差，/>代表楼宇综合能源系统的负荷的实际值，/>代表楼宇综合能源系统的负荷的预测值，ξ_t,L代表楼宇综合能源系统的负荷的预测误差，f(ξ_t)代表预测误差的概率密度函数，α₁和α₂代表满足所述不确定性机会约束方程的置信度。

优选地，该优化调度方法还包括：

利用机会约束的方法将不确定性机会约束方程转换为确定性机会约束方程。

优选地，确定性机会约束方程的表达式为：

优选地，电能平衡约束方程的表达式为：

其中，代表外来电功率，/>代表风电发电功率，/>代表光伏发电功率，/>代表热电联产机组发电功率，/>代表电转气消耗电功率，/>代表电锅炉消耗电功率，代表其他负荷消耗电功率；

热能平衡约束方程的表达式为：

其中，代表热电联产机组制热功率，/>代表电锅炉制热功率，/>代表燃气锅炉制热功率，/>代表总的热负荷；

天然气平衡约束方程表达式为：

其中，代表管道输入的天然气功率，/>代表电转气产生的天然气功率，/>代表热电联产机组消耗的天然气功率，/>代表燃气锅炉消耗的天然气功率，/>代表其他燃气负荷消耗的天然气功率。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过建立电网潮流约束方程、天然气网运行约束方程、能量耦合设备运行约束方程、热源约束方程、不确定性机会约束方程和能量平衡约束方程，并以楼宇综合能源系统的运行成本最低为目标函数，构建楼宇综合能源系统调度模型，最后求解该模型可以得到楼宇综合能源系统的优化调度结果，由于在传统调度模型的基础上充分考虑了可再生能源出力和负荷的不确定性，能够有效地消除源荷双侧多重不确定性对调度模型的影响，降低了楼宇综合能源系统的总运行成本，提高了系统的运行经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中楼宇综合能源系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中用于楼宇综合能源系统的优化调度方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例主要提供一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法，为了更清楚的阐述本方案，先对楼宇综合能源系统的结构进行说明。

请参阅图1，图1为本发明实施例中楼宇综合能源系统的结构示意图。如图1所示，该楼宇综合能源系统包括电力系统(电网)、天然气系统(气网)、热电联产机组(CHP)、电转气机组(P2G)、电锅炉、燃气锅炉和可再生能源系统(风电和光伏)等。其中，热电联产机组、电转气机组、电锅炉和燃气锅炉均属于能量耦合设备。

基于此，本发明实施例还提供一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法。请参阅图2，图2是本发明实施例中所提供的用于楼宇综合能源系统的优化调度方法的流程示意图。该优化调度方法可以包括：

S110、利用楼宇综合能源系统中的电力系统的支路电压方程、支路首端功率方程、节点功率平衡方程、节点电压幅值约束方程、发电机功率约束方程和线路电流幅值约束方程，建立电网潮流约束方程。

本发明实施例中，楼宇综合能源系统中的电力系统子模型采用最优潮流模型来进行表述，其中，最优潮流模型包括支路电压方程、支路首端功率方程、节点功率平衡方程、节点电压幅值约束方程、发电机功率约束方程和线路电流幅值约束方程。

S120、利用楼宇综合能源系统中的天然气系统的气源与气负荷约束方程、流量与压力关系方程和节点流量平衡方程，建立天然气网运行约束方程。

本发明实施例中，楼宇综合能源系统中的天然气系统子模型采用气源与气负荷模型、管道流量模型和节点流量平衡模型来进行描述。其中，气源与气负荷存在上下限约束，天然气管道流量与节点压力存在约束关系，天然气系统还存在节点天然气流量平衡方程。

S130、利用楼宇综合能源系统的热电联产机组运行约束方程、电转气机组运行约束方程、电锅炉运行约束方程和燃气锅炉运行约束方程，建立能量耦合设备运行约束方程。

本发明实施例中，楼宇综合能源系统的外部能量来源主要为电能和天然气，而通过能量耦合设备可以实现电能、热能和天然气的互相转换，以满足楼宇的多种能源需求。其中，该综合能源系统中的能量耦合设备包括消耗天然气产生电能和热能的CHP机组、电能转化为天然气的P2G机组、分别消耗电能和天然气产生热能的电锅炉和燃气锅炉等。

S140、根据楼宇综合能源系统的热负荷需求，建立热源约束方程。

本发明实施例中，居民的热负荷需求是满足居民舒适度要求的一个重要指标，该综合能源系统中楼宇的热源主要为消耗电能的电锅炉和消耗天然气的燃气锅炉，通过协调电锅炉和燃气锅炉可以使楼宇温度保持在一定的区间内，采用线性化的热室模型模拟室内温度，可以建立热源约束方程。

S150、根据楼宇综合能源系统的可再生能源出力的预测误差和负荷的预测误差，建立不确定性机会约束方程。

本发明实施例中，楼宇综合能源系统的不确定性来自多个方面，其中最主要的是可再生能源出力的不确定性和负荷预测的不确定性。可以理解的是，通过在传统调度模型的基础上充分考虑可再生能源出力和负荷的不确定性，能够有效地消除源荷双侧多重不确定性对调度模型的影响。

S160、利用楼宇综合能源系统的电能平衡约束方程、热能平衡约束方程和天然气平衡约束方程，建立能量平衡约束方程。

S170、以楼宇综合能源系统的运行成本最低为目标函数，以电网潮流约束方程、天然气网运行约束方程、能量耦合设备运行约束方程、热源约束方程、不确定性机会约束方程和能量平衡约束方程为约束条件，建立楼宇综合能源系统调度模型。

本发明实施例中，以楼宇综合能源系统的运行成本最低为优化目标，并将上述步骤中建立各个约束方程作为约束条件，可以建立楼宇综合能源系统调度模型。

S180、求解楼宇综合能源系统调度模型，得到优化调度结果。

本发明实施例中，在满足上述步骤中建立的约束条件前提下，求解该楼宇综合能源系统调度模型的目标函数，最终可以得到楼宇综合能源系统的优化调度结果。

以上可知，本发明实施例提供的用于楼宇综合能源系统的优化调度方法，通过建立电网潮流约束方程、天然气网运行约束方程、能量耦合设备运行约束方程、热源约束方程、不确定性机会约束方程和能量平衡约束方程，并以楼宇综合能源系统的运行成本最低为目标函数，构建楼宇综合能源系统调度模型，最后求解该模型可以得到楼宇综合能源系统的优化调度结果，由于在传统调度模型的基础上充分考虑了可再生能源出力和负荷的不确定性，能够有效地消除源荷双侧多重不确定性对调度模型的影响，降低了楼宇综合能源系统的总运行成本，提高了系统的运行经济性。

具体的，上述实施例中，目标函数的表达式为：

其中，F代表楼宇综合能源系统的总运行成本，F₁代表楼宇综合能源系统的购电运行成本，F₂代表楼宇综合能源系统的设备运维成本，F₃代表楼宇综合能源系统的设备环境治理成本，T代表调度周期，t代表调度周期中的各个时刻，代表购售电价格，/>代表购售天然气价格，/>代表楼宇综合能源系统消耗的电功率，/>代表楼宇综合能源系统消耗的天然气功率，P_i,t代表设备i的功率，P_l,t代表设备l的功率，/>代表设备i的运维成本，δ_l代表设备l的环境治理成本。

本发明实施例中，楼宇综合能源系统的优化目标为使得系统的总运行成本最低，其中，系统的总运行成本包括购电气运行成本、设备运维成本和设备环境治理成本。

进一步地，上述实施例中，支路电压方程的表达式为：V_i-V_j＝z_ijI_ij；

支路首端功率方程的表达式为：

节点功率平衡方程的表达式为：

节点电压幅值约束方程的表达式为：V_i,min≤|V_i|≤V_i,max；

发电机功率约束方程的表达式为：s_k,min≤s_k≤s_k,max；

线路电流幅值约束方程的表达式为：|I_ij|≤I_ij,max；

其中，V_i代表节点i的电压相量，V_j代表节点j的电压相量，z_ij代表支路的阻抗，I_ij代表支路的电流相量，S_ij代表支路的首端功率，代表电流I_ij的共轭，/>代表功率为汇入节点i的支路的集合，/>代表功率为从节点j流出的支路的集合，s_k代表位于节点k的发电机的复功率，s_k,min代表位于节点k的发电机的复功率的最小值，s_k,max代表位于节点k的发电机的复功率的最大值，I_ij,max代表支路电流相量幅值的最大值。

本发明实施例中，支路的首端功率为复功率，即实部为有功功率，虚部为无功功率。

更进一步地，上述实施例中，气源与气负荷约束方程的表达式为：

其中，S_m,t代表节点m的气源的天然气供应量，S_m,min代表节点m的气源的天然气供应量的最小值，S_m,max代表节点m的气源的天然气供应量的最大值，GL_m,gas,t代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量，GL_min代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量的最小值，GL_max代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量的最大值。

本发明实施例中，气源的供应量是有限的，供气量应在运行范围内，不能超过上下限；消耗天然气的能量耦合机组的气负荷取决于所需发电量和热负荷，因此也存在上下限约束，即需要满足气源与气负荷约束方程。

更进一步地，上述实施例中，流量与压力关系方程的表达式为：

其中，F_mn代表天然气管道的流量，sgn(π_m,π_n)代表符号函数，C_mn代表天然气管道的常数，π_m代表节点m的压力，π_n代表节点n的压力，π_m,min代表节点m的压力的最小值，π_m,max代表节点m的压力的最大值。

本发明实施例中，天然气在传输过程中，管道节点的压力会有损失，天然气总是从高压节点流向低压节点，而且管道的参数也会影响天然气流量，使用Weymouth方程表示天然气流量与节点压力的关系。

更进一步地，上述实施例中，节点流量平衡方程的表达式为：

其中，N_g代表天然气网络的节点集合，GSF_gas,g,mn代表天然气流量转移因子矩阵，S_g代表节点g的气源的天然气供应量，GL_g代表节点g的消耗天然气的机组的耗气量。

本发明实施例中，类似于电力系统的节点功率平衡方程，天然气系统也存在节点天然气流量平衡方程。

更进一步地，上述实施例中，热电联产机组运行约束方程的表达式为：

电转气机组运行约束方程的表达式为：

电锅炉运行约束方程的表达式为：

燃气锅炉运行约束方程的表达式为：

其中，num代表热电联产机组的序号，x代表热电联产机组的节点，t代表调度时刻，代表热电联产机组的供电量，/>代表热电联产机组的供热量，/>代表热电联产机组的组合系数，N_x代表热电联产机组的节点数，/>代表节点x的供电量，/>代表节点x的供热量，/>代表热电联产机组的耗气量，/>代表节点x的耗气量，/>代表电转气机组的供气量，η_P2G代表电转气机组的转换效率系数，/>代表电转气机组的耗电量，/>代表电转气机组的耗电量的最大值，/>代表电锅炉的产热量，η_EB代表电锅炉的转换效率系数，/>代表电锅炉的耗电量，/>代表电锅炉的耗电量的最小值，/>代表电锅炉的耗电量的最大值，/>代表燃气锅炉的产热量，η_GF代表燃气锅炉的转换效率系数，/>代表燃气锅炉的耗气量，/>代表燃气锅炉的耗气量的最小值，/>代表燃气锅炉的耗气量的最大值。

更进一步地，上述实施例中，热源约束方程的表达式为：

其中，代表楼宇综合能源系统的供热功率，/>代表楼宇内部的温度，/>代表楼宇表面的温度，/>代表热电联产机组的供热功率，/>代表楼宇内部的热辐射，/>代表楼宇表面的热辐射，T_t ^ext代表环境温度，/>代表楼宇内部的热容，/>代表楼宇表面的热容，/>代表楼宇内部与楼宇表面的传热能力，/>代表楼宇内部与楼宇外部的传热能力，/>代表楼宇表面与楼宇外部的传热能力，T_i ^in,min代表楼宇内部的温度的最小值，T_i ^in,max代表楼宇内部的温度的最大值，/>代表楼宇综合能源系统的供热功率的最大值，/>代表热电联产机组的供热功率的最大值。/>

更进一步地，上述实施例中，不确定性机会约束方程的表达式为：

其中，代表楼宇综合能源系统的风电出力的实际值，/>代表楼宇综合能源系统的风电出力的预测值，ξ_t,WT代表楼宇综合能源系统的风电出力的预测误差，/>代表楼宇综合能源系统的光伏出力的实际值，/>代表楼宇综合能源系统的光伏出力的预测值，ξ_t,PV代表楼宇综合能源系统的光伏出力的预测误差，/>代表楼宇综合能源系统的负荷的实际值，/>代表楼宇综合能源系统的负荷的预测值，ξ_t,L代表楼宇综合能源系统的负荷的预测误差，f(ξ_t)代表预测误差的概率密度函数，α₁和α₂代表满足所述不确定性机会约束方程的置信度。

本发明实施例中，将可再生能源(主要包括风电和光伏)出力和负荷视为预测值和误差值之和，其中，预测值为确定变量，误差值为随机变量，且可再生能源出力和负荷的预测误差均服从正态分布。同时，为了保证综合能源系统的运行不受风电和光伏出力不确定性的影响，同时考虑负荷不确定性的影响，CHP机组需要考虑到旋转备用约束，以建立CHP机组的正、负旋转备用约束方程，即具体实施时，α₁和α₂可以取值为95％。

更进一步地，上述实施例中，该优化调度方法还包括：

利用机会约束的方法将不确定性机会约束方程转换为确定性机会约束方程。

更进一步地，上述实施例中，确定性机会约束方程的表达式为：

本发明实施例中，机会约束规划是随机规划的重要分支，机会约束规划用于解决在给定置信度水平下具有不确定因素的优化问题，允许所做决策在一定概率下不满足约束条件。可以理解的是，通过采用机会约束的方法将不确定性机会约束方程转换为确定性机会约束方程，可以将不确定性问题转换为确定性问题，从而有效消除源荷双侧多重不确定性对调度模型的影响。

更进一步地，上述实施例中，电能平衡约束方程的表达式为：

其中，代表外来电功率，/>代表风电发电功率，/>代表光伏发电功率，/>代表热电联产机组发电功率，/>代表电转气消耗电功率，/>代表电锅炉消耗电功率，代表其他负荷消耗电功率；

热能平衡约束方程的表达式为：

其中，代表热电联产机组制热功率，/>代表电锅炉制热功率，/>代表燃气锅炉制热功率，/>代表总的热负荷；

天然气平衡约束方程表达式为：

其中，代表管道输入的天然气功率，/>代表电转气产生的天然气功率，/>代表热电联产机组消耗的天然气功率，/>代表燃气锅炉消耗的天然气功率，/>代表其他燃气负荷消耗的天然气功率。

具体实施时，支路首端功率方程和节点功率平衡方程中含有非线性分量，可以通过支路潮流的相角松弛和凸松弛将其转化为线性约束，具体为：

引入新变量，令l_ij＝|I_ij|²、v_i＝|V_i|²，节点功率平衡方程可以线性化为：

将代入支路首端功率方程，并将方程两端同乘以自身的共轭，可得：

支路首端功率方程两端同乘以自身的共轭，并将方程的进行松弛之后改写为二阶锥规划的形式，具体为：

引入则Weymouth方程可以改写为：

增量分段线性化的具体步骤为：设定平均分段的段数n；将x区间等分为n段，可得到离散点x₀,x₁,...,x_n；计算出离散点x₀,x₁,...,x_n对应的f(x₀),f(x₁),...,f(x_n)便可得到如下近似线性化结果：

结合增量分段线性化方法，该天然气模型的Weymouth方程可表述为：

可以理解的是，通过上述松弛和线性化方法，可将该楼宇综合能源系统调度模型转化为混合整数二阶锥规划模型，可以采用Cplex、Gurobi等求解器进行求解，得到楼宇综合能源系统的优化调度结果。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，包括：

利用楼宇综合能源系统中的电力系统的支路电压方程、支路首端功率方程、节点功率平衡方程、节点电压幅值约束方程、发电机功率约束方程和线路电流幅值约束方程，建立电网潮流约束方程；

利用楼宇综合能源系统中的天然气系统的气源与气负荷约束方程、流量与压力关系方程和节点流量平衡方程，建立天然气网运行约束方程；

利用楼宇综合能源系统的热电联产机组运行约束方程、电转气机组运行约束方程、电锅炉运行约束方程和燃气锅炉运行约束方程，建立能量耦合设备运行约束方程；

根据楼宇综合能源系统的热负荷需求，建立热源约束方程；

根据楼宇综合能源系统的可再生能源出力的预测误差和负荷的预测误差，建立不确定性机会约束方程；

利用楼宇综合能源系统的电能平衡约束方程、热能平衡约束方程和天然气平衡约束方程，建立能量平衡约束方程；

以楼宇综合能源系统的运行成本最低为目标函数，以所述电网潮流约束方程、所述天然气网运行约束方程、所述能量耦合设备运行约束方程、所述热源约束方程、所述不确定性机会约束方程和所述能量平衡约束方程为约束条件，建立楼宇综合能源系统调度模型；

求解所述楼宇综合能源系统调度模型，得到优化调度结果；

所述目标函数的表达式为：

其中，F代表楼宇综合能源系统的总运行成本，F₁代表楼宇综合能源系统的购电运行成本，F₂代表楼宇综合能源系统的设备运维成本，F₃代表楼宇综合能源系统的设备环境治理成本，T代表调度周期，t代表调度周期中的各个时刻，代表购售电价格，/>代表购售天然气价格，/>代表楼宇综合能源系统消耗的电功率，/>代表楼宇综合能源系统消耗的天然气功率，P_i,t代表设备i的功率，P_l,t代表设备l的功率，/>代表设备i的运维成本，δ_l代表设备l的环境治理成本；

所述不确定性机会约束方程的表达式为：

其中，代表楼宇综合能源系统的风电出力的实际值，/>代表楼宇综合能源系统的风电出力的预测值，ξ_t,WT代表楼宇综合能源系统的风电出力的预测误差，/>代表楼宇综合能源系统的光伏出力的实际值，/>代表楼宇综合能源系统的光伏出力的预测值，ξ_t,PV代表楼宇综合能源系统的光伏出力的预测误差，/>代表楼宇综合能源系统的负荷的实际值，代表楼宇综合能源系统的负荷的预测值，ξ_t,L代表楼宇综合能源系统的负荷的预测误差，f(ξ_t)代表预测误差的概率密度函数，α₁和α₂代表满足所述不确定性机会约束方程的置信度。

2.根据权利要求1所述的优化调度方法，其特征在于，所述支路电压方程的表达式为：V_i-V_j＝z_ijI_ij；

所述支路首端功率方程的表达式为：

所述节点功率平衡方程的表达式为：

所述节点电压幅值约束方程的表达式为：V_i,min≤|V_i|≤V_i,max；

所述发电机功率约束方程的表达式为：s_k,min≤s_k≤s_k,max；

所述线路电流幅值约束方程的表达式为：|I_ij|≤I_ij,max；

其中，V_i代表节点i的电压相量，V_j代表节点j的电压相量，z_ij代表支路的阻抗，I_ij代表支路的电流相量，S_ij代表支路的首端功率，代表电流I_ij的共轭，/>代表功率为汇入节点i的支路的集合，/>代表功率为从节点j流出的支路的集合，s_k代表位于节点k的发电机的复功率，s_k,min代表位于节点k的发电机的复功率的最小值，s_k,max代表位于节点k的发电机的复功率的最大值，I_ij,max代表支路电流相量幅值的最大值。

3.根据权利要求1所述的优化调度方法，其特征在于，所述气源与气负荷约束方程的表达式为：

其中，S_m,t代表节点m的气源的天然气供应量，S_m,min代表节点m的气源的天然气供应量的最小值，S_m,max代表节点m的气源的天然气供应量的最大值，GL_m,gas,t代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量，GL_min代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量的最小值，GL_max代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量的最大值；

所述流量与压力关系方程的表达式为：

π_m,min≤π_m≤π_m,max

其中，F_mn代表天然气管道的流量，sgn(π_m,π_n)代表符号函数，C_mn代表天然气管道的常数，π_m代表节点m的压力，π_n代表节点n的压力，π_m,min代表节点m的压力的最小值，π_m,max代表节点m的压力的最大值；

所述节点流量平衡方程的表达式为：

其中，N_g代表天然气网络的节点集合，GSF_gas,g,mn代表天然气流量转移因子矩阵，S_g代表节点g的气源的天然气供应量，GL_g代表节点g的消耗天然气的机组的耗气量。

4.根据权利要求1所述的优化调度方法，其特征在于，所述热电联产机组运行约束方程的表达式为：

所述电转气机组运行约束方程的表达式为：

所述电锅炉运行约束方程的表达式为：

所述燃气锅炉运行约束方程的表达式为：

其中，num代表热电联产机组的序号，x代表热电联产机组的节点，t代表调度时刻，代表热电联产机组的供电量，/>代表热电联产机组的供热量，/>代表热电联产机组的组合系数，N_x代表热电联产机组的节点数，/>代表节点x的供电量，/>代表节点x的供热量，/>代表热电联产机组的耗气量，/>代表节点x的耗气量，/>代表电转气机组的供气量，η_P2G代表电转气机组的转换效率系数，/>代表电转气机组的耗电量，/>代表电转气机组的耗电量的最大值，/>代表电锅炉的产热量，η_EB代表电锅炉的转换效率系数，代表电锅炉的耗电量，/>代表电锅炉的耗电量的最小值，/>代表电锅炉的耗电量的最大值，/>代表燃气锅炉的产热量，η_GF代表燃气锅炉的转换效率系数，/>代表燃气锅炉的耗气量，/>代表燃气锅炉的耗气量的最小值，/>代表燃气锅炉的耗气量的最大值。

5.根据权利要求1所述的优化调度方法，其特征在于，所述热源约束方程的表达式为：

其中，代表楼宇综合能源系统的供热功率，/>代表楼宇内部的温度，/>代表楼宇表面的温度，/>代表热电联产机组的供热功率，/>代表楼宇内部的热辐射，/>代表楼宇表面的热辐射，/>代表环境温度，/>代表楼宇内部的热容，/>代表楼宇表面的热容，/>代表楼宇内部与楼宇表面的传热能力，/>代表楼宇内部与楼宇外部的传热能力，/>代表楼宇表面与楼宇外部的传热能力，T_i ^in,min代表楼宇内部的温度的最小值，T_i ^in,max代表楼宇内部的温度的最大值，/>代表楼宇综合能源系统的供热功率的最大值，/>代表热电联产机组的供热功率的最大值。

6.根据权利要求1所述的优化调度方法，其特征在于，还包括：

利用机会约束的方法将所述不确定性机会约束方程转换为确定性机会约束方程。

7.根据权利要求6所述的优化调度方法，其特征在于，所述确定性机会约束方程的表达式为：

8.根据权利要求1所述的优化调度方法，其特征在于，所述电能平衡约束方程的表达式为：

其中，代表外来电功率，/>代表风电发电功率，/>代表光伏发电功率，/>代表热电联产机组发电功率，/>代表电转气消耗电功率，/>代表电锅炉消耗电功率，/>代表其他负荷消耗电功率；

所述热能平衡约束方程的表达式为：

其中，代表热电联产机组制热功率，/>代表电锅炉制热功率，/>代表燃气锅炉制热功率，/>代表总的热负荷；

所述天然气平衡约束方程表达式为：

其中，代表管道输入的天然气功率，/>代表电转气产生的天然气功率，/>代表热电联产机组消耗的天然气功率，/>代表燃气锅炉消耗的天然气功率，/>代表其他燃气负荷消耗的天然气功率。