CN116937551B - 一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电‑气互联虚拟电厂优化调度方法及终端，以电‑气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电‑气互联虚拟电厂的目标函数，根据确定的联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束对目标函数进行求解，得到电‑气互联虚拟电厂的调度策略，引入联合循环机组，加强了电、气两网的耦合，由于联合循环机组的深度调峰能力和灵活的模式切换能力，且联合循环机组可与电转气机组、储能设备协同运行，从而有效提升电‑气互联虚拟电厂的灵活性，本发明可实际应用于电‑气互联虚拟电厂，适配于原本的电力系统与天然气网络，有利于提升新能源消纳，进而保障系统安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟电厂调度技术领域，尤其涉及一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法及终端。
背景技术
可再生能源在世界范围内蓬勃发展。截至2022年底，可再生能源装机容量已达1213吉瓦，占中国发电总装机容量的47.3％。然而，可再生能源的不确定性给电力系统的安全经济运行带来了挑战。事实上，当可再生能源突然出现激增时，由于电力系统在调峰时缺乏灵活性，就会导致可再生能源弃电。为了解决这一问题，迫切需要利用灵活的资源来更好地实现可再生能源的渗透。
虚拟电厂作为柔性资源管理的重要技术方案，可以有效提高可再生能源的利用效率。研究者对传统虚拟电厂的建模、聚合、调度进行了广泛的研究，以充分挖掘电力系统的柔性资源，如可调负荷、蓄电池、发电机等。随着电、气系统互联互通程度的日益提高，电-气互联虚拟电厂逐渐得到发展。如何利用天然气系统的柔性资源来提高电-气互联虚拟电厂的运行可靠性成为研究的热点。
传统电-气互联虚拟电厂的柔性资源主要来自工厂或园区的微燃机。然而，在实际运行中，存在以下问题：
1)微燃机不能满足高比例风电电-气互联虚拟电厂的灵活性要求。微燃机的频繁切换会导致天然气负荷波动增大，影响系统的安全运行。以英国某天然气园区为例，由于天然气负荷的波动，每天平均有5小时出现燃气网络的最低压力违规。
2)微燃机发电过程热损失大，导致电效率低，造成更多的燃料浪费。例如，中国微型燃气轮机的电效率仅为35％-38％，燃料成本占总生产成本的50％以上。
作为微型燃气轮机的替代品，联合循环机组为电-气互联虚拟电厂提供了额外的操作灵活性。联合循环机组由多个燃气轮机和蒸汽轮机组成，它们具有多种结构。以“2×1”型联合循环机组为例，该型联合循环机组根据在线机组数可分为五种运行模式。通过运行方式的变化，联合循环机组可以充分应对不同工况下的负荷波动。联合循环机组与储能技术相结合已成为爱尔兰风力发电系统的最佳灵活解决方案。西班牙也将联合循环机组视为应对可再生能源间歇性特性的重要资源。目前，联合循环机组因其较高的电效率(50％-60％)和灵活的模式切换能力，在中国越来越多的园区和工厂得到应用。
然而，现有技术中尚未对联合循环机组在提高电-气互联虚拟电厂操作的灵活性和市场参与方面进行过研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法及终端，能够有效提升电-气互联虚拟电厂的灵活性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，包括步骤：
以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数；
确定联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束；
使用内点法根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种电-气互联虚拟电厂优化调度终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数；
确定联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束；
使用内点法根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略。
本发明的有益效果在于：以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数，根据确定的联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束对目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略，在电-气互联虚拟电厂中引入联合循环机组，进一步加强了电、气两网的耦合，同时，由于联合循环机组的深度调峰能力和灵活的模式切换能力，为电-气互联虚拟电厂提供了更大的运行灵活性，并且联合循环机组可与电转气机组、储能设备协同运行，从而有效提升电-气互联虚拟电厂的灵活性，本发明可实际应用于电-气互联虚拟电厂，适配于原本的电力系统与天然气网络，有利于提升新能源消纳，进而保障系统安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明实施例的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例的一种电-气互联虚拟电厂优化调度终端的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，包括步骤：
以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数；
确定联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束；
根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数，根据确定的联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束对目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略，在电-气互联虚拟电厂中引入联合循环机组，进一步加强了电、气两网的耦合，同时，由于联合循环机组的深度调峰能力和灵活的模式切换能力，为电-气互联虚拟电厂提供了更大的运行灵活性，并且联合循环机组可与电转气机组、储能设备协同运行，从而有效提升电-气互联虚拟电厂的灵活性，本发明可实际应用于电-气互联虚拟电厂，适配于原本的电力系统与天然气网络，有利于提升新能源消纳，进而保障系统安全稳定运行。
进一步地，所述联合循环机组包括多个燃气轮机和蒸汽轮机；
所述以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数包括：
式中，xf表示第一阶段的决策变量，t∈T表示调度周期中的t时段，T表示调度周期，i∈κCCGT表示第i个联合循环机组，κCCGT表示联合循环机组集合，m∈κCT,i、表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机，κCT,i表示第i个联合循环机组中的燃气轮机集合，表示燃气轮机的启动成本，/>、表示燃气轮机的运行状态变量，/>表示燃气轮机的固定成本，、表示燃气轮机的启动变量，n∈κST,i表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机，κST,i表示第i个联合循环机组中的蒸汽轮机集合，/>、表示蒸汽轮机的启动成本，/>表示蒸汽轮机的运行状态变量，/>表示蒸汽轮机的固定成本，/>、表示蒸汽轮机的启动变量，i∈κG表示第i个传统发电机组，κG、表示传统发电机组集合，/>表示传统发电机组的启动成本，表示传统发电机组的运行状态变量，/>表示传统发电机组的固定成本，/>表示传统发电机组的启动变量，/>表示风电在日内的实时出力，ω表示风电的波动区间集合，xs表示第二阶段的决策变量，ρf表示天然气价格，/>表示系统天然气消耗量，ρG表示发电机成本，pi表示机组的实时出力，i∈κp2g表示第i个电转气机组，κp2g表示电转气机组集合，/>表示电转气机组的启动成本，/>表示电转气机组的启动变量，/>表示电转气机组的固定成本，/>表示电转气机组的运行状态变量，ρem表示能量市场电价，/>表示系统参与能量市场竞标量，/>表示碳交易价格，Mt表示碳排放量，Nt表示碳配额。
由上述描述可知，目标函数考虑了电-气互联虚拟电厂中联合循环机组集合、联合循环机组中燃气轮机集合、联合循环机组中蒸汽轮机集合、传统发电机组集合以及电转气机组集合的运行成本，以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标，能够确保电-气互联虚拟电厂优化调度的经济性。
进一步地，所述确定联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束包括：
确定燃料消耗-兆瓦曲线约束、燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线约束、蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束、联合循环机组总发电量约束、燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束、燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束、燃气轮机和蒸汽轮机的最小通断时间约束以及燃气轮机和蒸汽轮机启停顺序约束；
根据所述燃料消耗-兆瓦曲线约束、燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线约束、蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束、联合循环机组总发电量约束、燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束、燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束、燃气轮机和蒸汽轮机的最小通断时间约束、燃气轮机和蒸汽轮机启停顺序约束得到联合循环机组运行约束；
确定充放电功率及电池容量约束以及电池容量与充放电功率约束，并根据所述充放电功率及电池容量约束以及电池容量与充放电功率约束得到蓄电池运行约束；
确定电转气机组运行约束；
确定传统发电机组爬坡约束、传统发电机组启停约束以及传统发电机组出力约束，并根据所述传统发电机组爬坡约束、传统发电机组启停约束以及传统发电机组出力约束得到传统发电机组运行约束；
确定设备碳排放量与有功输出约束以及碳排放源的碳配额与有功输出约束，并根据所述设备碳排放量与有功输出约束以及碳排放源的碳配额与有功输出约束得到碳排放约束；
确定系统的电功率平衡约束。
由上述描述可知，建立约束时考虑了联合循环机组有其自身独特的运行特性，同时，为实现低碳电力，电-气互联虚拟电厂运行时需要考虑碳排放问题，通过引入碳交易机制可挖掘各灵活性资源参与碳交易市场的潜力，碳交易机制即将碳排放视为一种可自由交易的商品，通过对碳排放源分配碳排放配额，调控碳排放源的能源消费行为，实现碳减排，因此，也建立碳排放约束，从而使得电-气互联虚拟电厂实现碳减排。
进一步地，所述燃料消耗-兆瓦曲线约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机在t时段所消耗的总天然气量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入基础区的最小燃料消耗，/>表示燃气轮机在t时段的运行状态变量，l表示分段线性曲线的l段，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机燃料消耗-兆瓦曲线在基础区的斜率，/>表示燃气轮机在基础分段区的出力，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入增强区的最小燃料消耗，/>表示燃气轮机在增强区的运行状态变量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机燃料消耗-兆瓦曲线在增强区的斜率，/>表示燃气轮机在增强分段区的出力，m∈κCT,表示第m个燃气轮机，/>表示燃气轮机在第l段分段区的最大出力，/>表示用于判断燃气轮机工作的具体分段区间的判断变量，/>表示用于判断燃气轮机是否处在第l-1段区间的判断变量，NPm,i表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机的分段线性曲线的总段数。
由上述描述可知，燃气轮机的出力曲线为分段线性曲线，工作区分为基础区和增强区，当燃气轮机当前出力不满足系统需求时，会选择消耗更多天然气进入增强区，因此燃料消耗-兆瓦曲线进行上述约束，燃气轮机的燃料消耗-兆瓦曲线利用分段线性化方法，将运行复杂的燃气轮机工作情况刻画为数学曲线，方便进行后续数学分析。
进一步地，所述燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机在t时段所生成的总蒸汽量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入基础区的最小蒸汽产生量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线在基础区的斜率，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入增强区的最小蒸汽产生量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线在增强区的斜率。
由上述描述可知，燃气轮机在运行时，也会产生大量热蒸汽，其蒸汽产生量与实时出力相关，也为分段线性曲线，因此，对燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线进行了上述约束，利用分段线性化方法，将燃气轮机在发电过程中可产生的热蒸汽量用数学曲线刻画出来，以便后续数学分析。
进一步地，所述蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机在t时段所消耗的总蒸汽量，/>表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的最小燃料消耗，/>表示蒸汽轮机在t时段的运行状态变量，NPn，i表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的分段线性曲线的总段数，/>p表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线的斜率，表示蒸汽轮机在基础分段区的出力，n∈κST表示第n个蒸汽轮机，/>表示蒸汽轮机在基础分段区的最大出力，/>表示用于判断蒸汽轮机是否处在第l段区间的判断变量，表示用于判断蒸汽轮机是否处在第l-1段区间的判断变量。
由上述描述可知，蒸汽轮机实时出力约束与蒸汽消耗量呈分段线性关系，但不设置增强工作区，因此，建立上述蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束，利用分段线性化方法，将运行复杂的蒸汽轮机工作情况刻画为数学曲线，有利于分析。
进一步地，所述联合循环机组总发电量约束为：
式中，表示联合循环机组总发电量，/>表示第i个联合循环机组中第m个燃气轮机在t时段的实时出力，/>表示第i个联合循环机组中第n个蒸汽轮机在t时段的实时出力。
由上述描述可知，还对联合循环机组总发电量进行约束，以对联合循环机组总发电量进行控制。
进一步地，所述燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束为：
式中，表示热负荷的需求量；
所述燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机的下爬坡速率，/>表示第i个联合循环机组中第m个燃气轮机在t+1时段的实时出力，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机的上爬坡速率，/>表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的下爬坡速率，/>表示第i个联合循环机组中第n个蒸汽轮机在t+1时段的实时出力，/>表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的上爬坡速率。
由上述描述可知，在联合循环机组实际运行中，燃气轮机的蒸汽产生量会影响到蒸汽轮机的运行，因此建立燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束和燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束，确保蒸汽轮机的正常运行。
进一步地，所述根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略包括：
使用内点法根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到联合循环机组的运行模式、联合循环机组内部各设备出力、电转气机组输出功率以及传统发电机输出功率。
由上述描述可知，使用内点法根据联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束对目标函数进行求解，能够确保解的可行性，通过联合循环机组的运行模式、联合循环机组内部各设备出力、电转气机组输出功率以及传统发电机输出功率对电-气互联虚拟电厂进行优化调度，大大提高了电-气互联虚拟电厂的灵活性，同时保障系统安全稳定运行。
请参照图2，本发明另一实施例提供了一种电-气互联虚拟电厂优化调度终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述电-气互联虚拟电厂优化调度方法中的各个步骤。
本发明上述的电-气互联虚拟电厂优化调度方法及终端能够适用于电-气互联虚拟电厂中，以下通过具体实施方式进行说明：
请参照图1，本发明的实施例一为：
一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，包括步骤：
S1、以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数，具体的：
式中，xf表示第一阶段的决策变量，包括机组启停变量和运行变量，t∈T表示调度周期中的t时段，T表示调度周期，为24小时，i∈κCCGT表示第i个联合循环机组，κCCGT表示联合循环机组集合，m∈κCT,i、表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机，κCT,i表示第i个联合循环机组中的燃气轮机集合，表示燃气轮机的启动成本，/>、表示燃气轮机的运行状态变量，/>表示燃气轮机的固定成本，/>、表示燃气轮机的启动变量，n∈κST,i表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机，κST,i表示第i个联合循环机组中的蒸汽轮机集合，/>、表示蒸汽轮机的启动成本，/>表示蒸汽轮机的运行状态变量，/>表示蒸汽轮机的固定成本，、表示蒸汽轮机的启动变量，i∈κG、表示第i个传统发电机组，κG表示传统发电机组集合，/>表示传统发电机组的启动成本，/>表示传统发电机组的运行状态变量，/>表示传统发电机组的固定成本，/>表示传统发电机组的启动变量，/>表示风电在日内的实时出力，跟风电的波动情况相关，ω表示风电的波动区间集合，xs表示第二阶段的决策变量，包括天然气消耗量、机组出力、能量市场竞标量等，ρf表示天然气价格，/>表示系统天然气消耗量，ρG表示发电机成本，pi表示机组的实时出力，比如当i∈κp2g，则表示第i个电转气机组的实时出力，i∈κp2g表示第i个电转气机组，κp2g表示电转气机组集合，/>表示电转气机组的启动成本，/>表示电转气机组的启动变量，/>表示电转气机组的固定成本，表示电转气机组的运行状态变量，ρem表示能量市场电价，/>表示系统参与能量市场竞标量，/>表示碳交易价格，Mt表示碳排放量，Nt表示碳配额。
其中，第一阶段即日前阶段：确定各设备的启停状态，第二阶段即日内调整阶段：各设备在第一阶段确定的启停情况下，根据风电实时出力来调整自身出力，以实现运行成本最优。
S2、确定联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束，具体包括：
其中，所述联合循环机组包括多个燃气轮机和蒸汽轮机。
S21、确定燃料消耗-兆瓦曲线约束、燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线约束、蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束、联合循环机组总发电量约束、燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束、燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束、燃气轮机和蒸汽轮机的最小通断时间约束以及燃气轮机和蒸汽轮机启停顺序约束。
其中，燃气轮机的出力曲线为分段线性曲线，工作区分为基础区和增强区，当燃气轮机当前出力不满足系统需求时，会选择消耗更多天然气进入增强区。所述燃料消耗-兆瓦曲线约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机在t时段所消耗的总天然气量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入基础区的最小燃料消耗，/>表示燃气轮机在t时段的运行状态变量，l表示分段线性曲线的l段，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机燃料消耗-兆瓦曲线在基础区的斜率，/>表示燃气轮机在基础分段区的出力，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入增强区的最小燃料消耗，/>表示燃气轮机在增强区的运行状态变量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机燃料消耗-兆瓦曲线在增强区的斜率，/>表示燃气轮机在增强分段区的出力，m∈κCT,表示第m个燃气轮机，/>表示燃气轮机在第l段分段区的最大出力，/>表示用于判断燃气轮机工作的具体分段区间的判断变量，为0-1变量，/>表示用于判断燃气轮机是否处在第l-1段区间的判断变量，若为1，则在，若为0，则不在，NPm,i表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机的分段线性曲线的总段数。
和/>均为二进制变量。由于增强区的分段数l＝1，因此/>不需要进行如对应的约束。
燃气轮机在运行时，也会产生大量热蒸汽，其蒸汽产生量与实时出力相关，也为分段线性曲线，因此，所述燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机在t时段所生成的总蒸汽量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入基础区的最小蒸汽产生量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线在基础区的斜率，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入增强区的最小蒸汽产生量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线在增强区的斜率。
蒸汽轮机实时出力约束与蒸汽消耗量呈分段线性关系，但不设置增强工作区，因此，所述蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机在t时段所消耗的总蒸汽量，/>表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的最小燃料消耗，/>表示蒸汽轮机在t时段的运行状态变量，NPn，i表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的分段线性曲线的总段数，/>p表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线的斜率，表示蒸汽轮机在基础分段区的出力，n∈κST表示第n个蒸汽轮机，/>表示蒸汽轮机在基础分段区的最大出力，/>表示用于判断蒸汽轮机是否处在第l段区间的判断变量，表示用于判断蒸汽轮机是否处在第l-1段区间的判断变量，若为1，则在，若为0，则不在。
和/>均为二进制变量。
所述联合循环机组总发电量约束为：
式中，表示联合循环机组总发电量，/>表示第i个联合循环机组中第m个燃气轮机在t时段的实时出力，/>表示第i个联合循环机组中第n个蒸汽轮机在t时段的实时出力。
在联合循环机组实际运行中，燃气轮机的蒸汽产生量会影响到蒸汽轮机的运行，因此所述燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束为：
式中，表示热负荷的需求量；
所述燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机的下爬坡速率，/>表示第i个联合循环机组中第m个燃气轮机在t+1时段的实时出力，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机的上爬坡速率，/>表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的下爬坡速率，/>表示第i个联合循环机组中第n个蒸汽轮机在t+1时段的实时出力，/>表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的上爬坡速率。
联合循环机组有其工作特性，每个内部燃气轮机和蒸汽轮机都有最小通/断时间，燃气轮机和蒸汽轮机在调度时间开始时，都会有其最初运行时间约束，所述燃气轮机和蒸汽轮机的最小通断时间约束包括燃气轮机和蒸汽轮机的最初运行时间约束、燃气轮机和蒸汽轮机的最小运行时间约束、燃气轮机和蒸汽轮机的最小关闭时间约束以及燃气轮机和蒸汽轮机机组状态、关机和启动变量之间的约束；
所述燃气轮机和蒸汽轮机的最初运行时间约束为：
式中，表示燃气轮机或蒸汽轮机的最初运行时间，/>表示燃气轮机或蒸汽轮机在t时段的运行状态变量。
所述燃气轮机和蒸汽轮机的最小运行时间约束为：
式中，+表示燃气轮机或蒸汽轮机的最小运行时间，τ表示时段，/>表示燃气轮机或蒸汽轮机在τ时段的运行状态变量，/>表示燃气轮机或蒸汽轮机在t时段的启动变量。
所述燃气轮机和蒸汽轮机的最小关闭时间约束为：
式中，表示燃气轮机或蒸汽轮机的最小关闭时间，/>表示燃气轮机或蒸汽轮机在t时段的停止变量。
所述燃气轮机和蒸汽轮机机组状态、关机和启动变量之间的约束为：
式中，表示燃气轮机或蒸汽轮机在t+1时段的启动变量，/>表示燃气轮机或蒸汽轮机在t+1时段的停止变量，/>表示燃气轮机或蒸汽轮机在t+1时段的运行状态变量。
所述燃气轮机和蒸汽轮机启停顺序约束包括当蒸汽轮机处于不同状态时，燃气轮机可启动或停止的最大数目约束、当蒸汽轮机不运行时，燃气轮机最大运行数目约束以及当运行所有蒸汽轮机时，燃气轮机需开启的最小数目约束。
所述当蒸汽轮机处于不同状态时，燃气轮机可启动或停止的最大数目约束为：
式中，≤表示燃气轮机在t时段的启动变量，/>、表示蒸汽轮机处于运行状态时，燃气轮机可启动的最大数目，/>表示蒸汽轮机在t时段的启动变量，/>表示蒸汽轮机在t时段的停止变量，/>表示蒸汽轮机处于启动状态时，燃气轮机可启动的最大数目，/>表示蒸汽轮机处于停机状态时，燃气轮机可启动的最大数目，/>表示燃气轮机在t时段的停止变量，/>、表示蒸汽轮机处于运行状态时，燃气轮机可停机的最大数目，/>、表示蒸汽轮机处于启动状态时，燃气轮机可停机的最大数目，表示蒸汽轮机处于停机状态时，燃气轮机可停机的最大数目。
所述当蒸汽轮机不运行时，燃气轮机最大运行数目约束为：
式中，表示燃气轮机在t时段的运行状态变量，/>表示蒸汽轮机不运行时，燃气轮机最大运行数目，NCTi表示一个联合循环机组中的燃气轮机数目，/>表示蒸汽轮机在t时段的运行状态变量。
所述当运行所有蒸汽轮机时，燃气轮机需开启的最小数目约束为：
式中，表示运行所有蒸汽轮机时，燃气轮机需开启的最小数目，NSTi表示一个联合循环机组中的蒸汽轮机数目。
S22、根据所述燃料消耗-兆瓦曲线约束、燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线约束、蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束、联合循环机组总发电量约束、燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束、燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束、燃气轮机和蒸汽轮机的最小通断时间约束、燃气轮机和蒸汽轮机启停顺序约束得到联合循环机组运行约束。
S23、确定充放电功率及电池容量约束以及电池容量与充放电功率约束，并根据所述充放电功率及电池容量约束以及电池容量与充放电功率约束得到蓄电池运行约束。
其中，所述充放电功率及电池容量约束为：
式中，表示电池充电功率，/>、表示电池充电标识变量，/>表示电池充电功率的最大值，/>表示电池放电功率，/>表示电池放电标识变量，/>表示电池放电功率的最大值，κES表示电池集合，e∈κES表示第e个电池，E e、表示电池容量的下限，/>表示电池容量，/>表示电池容量的上限。
所述电池容量与充放电功率约束为：
/>
式中，、表示电池在1时段的容量，/>表示电池在0时段的容量，ηc,e、表示充电效率，/>表示电池在1时段的充电功率，/>表示电池在1时段的放电功率，ηdc,e表示放电效率，Δt表示单位调度时间，γe表示电池损耗率，/>+表示电池在t-1时段的容量。
S24、确定电转气机组运行约束。
电转气机组在电-气互联虚拟电厂起着调峰、消纳可再生能源的作用，所述电转气机组运行约束为：
式中，表示电转气机组的功率，/>表示电转气机组的运行状态变量，/>表示电转气机组的最大功率，g∈κp2g表示第g个电转气机组，/>表示第g个电转气机组在t时段产生的天然气量，ηg、表示电转气机组的转化效率，HHVg表示天然气高热值。
S25、确定传统发电机组爬坡约束、传统发电机组启停约束以及传统发电机组出力约束，并根据所述传统发电机组爬坡约束、传统发电机组启停约束以及传统发电机组出力约束得到传统发电机组运行约束。
其中，所述传统发电机组的爬坡约束为：
式中，表示传统发电机组的下爬坡速率，/>表示第i个传统发电机组在t时段的实时出力，/>表示第i个传统发电机组在t+1时段的实时出力，/>表示传统发电机组的上爬坡速率。
所述传统发电机组的启停约束为：
式中，表示传统发电机组的运行状态，/>表示传统发电机组的启动状态。
所述传统发电机组出力约束为：
式中，表示第i个传统发电机组的运行状态，/>、表示传统发电机组的最小出力，/>表示传统发电机组的最大出力。
S26、确定设备碳排放量与有功输出约束以及碳排放源的碳配额与有功输出约束，并根据所述设备碳排放量与有功输出约束以及碳排放源的碳配额与有功输出约束得到碳排放约束。
其中，设备碳排放量与有功输出成正比，所述设备碳排放量与有功输出约束为：
式中，Mt表示设备碳排放量，δi表示设备单位功率所释放的二氧化碳量。
所述碳排放源的碳配额与有功输出约束为：
式中，εi表示设备单位功率所分配的碳配额。
S27、确定系统的电功率平衡约束。
其中，所述系统的电功率平衡约束为：
式中，表示风电出力，KWT表示风电集合，w∈KWT表示第w个风电，/>表示系统能量市场竞标量，/>表示电负荷功率。
S3、根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略。
具体的，使用内点法根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到联合循环机组的运行模式、联合循环机组内部各设备出力、电转气机组输出功率以及传统发电机输出功率。
请参照图2，本发明的实施例二为：
一种电-气互联虚拟电厂优化调度终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一中的电-气互联虚拟电厂优化调度方法中的各个步骤。
综上所述，本发明提供的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法及终端，以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数，根据确定的联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束对目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略，在电-气互联虚拟电厂中引入联合循环机组，进一步加强了电、气两网的耦合，同时，由于联合循环机组的深度调峰能力和灵活的模式切换能力，为电-气互联虚拟电厂提供了更大的运行灵活性，并且联合循环机组可与电转气机组、储能设备协同运行，从而有效提升电-气互联虚拟电厂的灵活性，本发明可实际应用于电-气互联虚拟电厂，适配于原本的电力系统与天然气网络，有利于提升新能源消纳，进而保障系统安全稳定运行；通过引入碳交易机制可挖掘各灵活性资源参与碳交易市场的潜力，碳交易机制即将碳排放视为一种可自由交易的商品，通过对碳排放源分配碳排放配额，调控碳排放源的能源消费行为，实现碳减排，因此，也建立碳排放约束，从而使得电-气互联虚拟电厂实现碳减排。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，包括步骤：
以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数；
确定联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束；
根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略；
所述联合循环机组包括多个燃气轮机和蒸汽轮机；
所述以电-气互联虚拟电厂的总成本最低为目标建立所述电-气互联虚拟电厂的目标函数包括：
式中，xf表示第一阶段的决策变量，t∈T表示调度周期中的t时段，T表示调度周期，i∈κCCGT表示第i个联合循环机组，κCCGT表示联合循环机组集合，m∈κCT,i、表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机，κCT,i表示第i个联合循环机组中的燃气轮机集合，表示燃气轮机的启动成本，/>、表示燃气轮机的运行状态变量，/>表示燃气轮机的固定成本，/>、表示燃气轮机的启动变量，n∈κST,i表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机，κST,i表示第i个联合循环机组中的蒸汽轮机集合，/>、表示蒸汽轮机的启动成本，/>表示蒸汽轮机的运行状态变量，/>表示蒸汽轮机的固定成本，/>、表示蒸汽轮机的启动变量，i∈κG表示第i个传统发电机组，κG、表示传统发电机组集合，/>表示传统发电机组的启动成本，/>表示传统发电机组的运行状态变量，/>表示传统发电机组的固定成本，/>表示传统发电机组的启动变量，/>表示风电在日内的实时出力，ω表示风电的波动区间集合，xs表示第二阶段的决策变量，ρf表示天然气价格，Vt 0表示系统天然气消耗量，ρG表示发电机成本，pi表示机组的实时出力，i∈κp2g表示第i个电转气机组，κp2g表示电转气机组集合，/>表示电转气机组的启动成本，/>表示电转气机组的启动变量，/>表示电转气机组的固定成本，/>表示电转气机组的运行状态变量，ρem表示能量市场电价，/>表示系统参与能量市场竞标量，/>表示碳交易价格，Mt表示碳排放量，Nt表示碳配额。
2.根据权利要求1所述的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述确定联合循环机组运行约束、蓄电池运行约束、电转气机组运行约束、传统发电机组运行约束、碳排放约束和系统的电功率平衡约束包括：
确定燃料消耗-兆瓦曲线约束、燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线约束、蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束、联合循环机组总发电量约束、燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束、燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束、燃气轮机和蒸汽轮机的最小通断时间约束以及燃气轮机和蒸汽轮机启停顺序约束；
根据所述燃料消耗-兆瓦曲线约束、燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线约束、蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束、联合循环机组总发电量约束、燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束、燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束、燃气轮机和蒸汽轮机的最小通断时间约束、燃气轮机和蒸汽轮机启停顺序约束得到联合循环机组运行约束；
确定充放电功率及电池容量约束以及电池容量与充放电功率约束，并根据所述充放电功率及电池容量约束以及电池容量与充放电功率约束得到蓄电池运行约束；
确定电转气机组运行约束；
确定传统发电机组爬坡约束、传统发电机组启停约束以及传统发电机组出力约束，并根据所述传统发电机组爬坡约束、传统发电机组启停约束以及传统发电机组出力约束得到传统发电机组运行约束；
确定设备碳排放量与有功输出约束以及碳排放源的碳配额与有功输出约束，并根据所述设备碳排放量与有功输出约束以及碳排放源的碳配额与有功输出约束得到碳排放约束；
确定系统的电功率平衡约束。
3.根据权利要求2所述的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述燃料消耗-兆瓦曲线约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机在t时段所消耗的总天然气量，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入基础区的最小燃料消耗，/>表示燃气轮机在t时段的运行状态变量，l表示分段线性曲线的l段，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机燃料消耗-兆瓦曲线在基础区的斜率，/>表示燃气轮机在基础分段区的出力，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入增强区的最小燃料消耗，表示燃气轮机在增强区的运行状态变量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机燃料消耗-兆瓦曲线在增强区的斜率，/>表示燃气轮机在增强分段区的出力，m∈κCT,表示第m个燃气轮机，/>表示燃气轮机在第l段分段区的最大出力，/>表示用于判断燃气轮机工作的具体分段区间的判断变量，/>表示用于判断燃气轮机是否处在第l-1段区间的判断变量，NPm,i表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机的分段线性曲线的总段数。
4.根据权利要求3所述的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机在t时段所生成的总蒸汽量，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入基础区的最小蒸汽产生量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线在基础区的斜率，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机进入增强区的最小蒸汽产生量，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机兆瓦-蒸汽产生曲线在增强区的斜率。
5.根据权利要求3所述的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机在t时段所消耗的总蒸汽量，/>表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的最小燃料消耗，/>表示蒸汽轮机在t时段的运行状态变量，NPn，i表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的分段线性曲线的总段数，/>p表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机蒸汽消耗-兆瓦曲线的斜率，/>表示蒸汽轮机在基础分段区的出力，n∈κST表示第n个蒸汽轮机，/>表示蒸汽轮机在基础分段区的最大出力，/>表示用于判断蒸汽轮机是否处在第l段区间的判断变量，/>表示用于判断蒸汽轮机是否处在第l-1段区间的判断变量。
6.根据权利要求5所述的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述联合循环机组总发电量约束为：
式中，表示联合循环机组总发电量，/>表示第i个联合循环机组中第m个燃气轮机在t时段的实时出力，/>表示第i个联合循环机组中第n个蒸汽轮机在t时段的实时出力。
7.根据权利要求6所述的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述燃气轮机与蒸汽轮机的蒸汽耦合约束为：
式中，Vt HL表示热负荷的需求量；
所述燃气轮机和蒸汽轮机爬坡约束为：
式中，表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机的下爬坡速率，/>表示第i个联合循环机组中第m个燃气轮机在t+1时段的实时出力，/>表示第i个联合循环机组中的第m个燃气轮机的上爬坡速率，/>表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的下爬坡速率，/>表示第i个联合循环机组中第n个蒸汽轮机在t+1时段的实时出力，/>表示第i个联合循环机组中的第n个蒸汽轮机的上爬坡速率。
8.根据权利要求1所述的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，所述根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到电-气互联虚拟电厂的调度策略包括：
使用内点法根据所述联合循环机组运行约束、所述蓄电池运行约束、所述电转气机组运行约束、所述传统发电机组运行约束、所述碳排放约束和所述系统的电功率平衡约束对所述目标函数进行求解，得到联合循环机组的运行模式、联合循环机组内部各设备出力、电转气机组输出功率以及传统发电机输出功率。
9.一种电-气互联虚拟电厂优化调度终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述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计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的一种电-气互联虚拟电厂优化调度方法中的各个步骤。
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Also Published As
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