[发明专利]一种考虑阶梯气价的多区域电-气耦合综合能源系统优化调度方法

权利要求书

1.一种考虑阶梯气价的多区域电-气耦合综合能源系统优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，区域内综合能源系统能源供给模式采用典型冷热电联供系统，同时增设电转气设备与储气设备以消纳新能源、实现能源备用，加入燃气母线约束进行区域内冷热电联供系统建模；

步骤S2，区域间以电能与天然气能源的耦合互联实现能源连接，并以天然气作为主要互补能源，结合二阶锥松弛与增量线性化方法，完成电-气稳态耦合线性潮流算法；

步骤S3，基于电-气稳态耦合线性潮流，采用双层线性化算法，进行压缩机线性化建模；

步骤S4，优化完善传统日前经济调度目标函数，综合考虑阶梯气价，通过不同功能区，即居民区、商业区、办公区、工业区之间的能源互联分配，实现以所有园区总运行成本最小为目标的优化调度；

所述的步骤S1中，对新能源与油气资源丰富而电网架构薄弱的地区进行区域内冷热电联供系统建模的过程为：

步骤S11，搭建区域内冷热电联供系统框架；冷热电联供系统包括燃气轮机、分布式新能源发电设备、蓄电池、电制冷机、电锅炉、燃气锅炉、换热设备、余热回收设备和电冷热负荷；区域内部冷热电联供系统的母线组成：电气母线、空气母线、烟气母线、蒸汽母线、热水母线与燃气母线；外部电网、分布式新能源发电设备、燃气轮机满足供电需求；电制冷机满足用冷需求；电转气设备将过剩新能源电力转化为燃气，与外部气网共同为区域用气设备供气；电锅炉、燃气轮机、余热回收设备、燃气锅炉和换热设备共同为区域用热负荷供能；蓄电池与储气罐以储能设备参与区域能源调度；

步骤S12，建立区域内冷热电联供系统母线平衡式约束：

区域内部的冷热电联供系统采用母线式结构进行建模，并增设燃气母线以便于区域间气网潮流建模；

电气母线平衡式：

烟气母线平衡式：

α_GT,smokeP_GT＝P_HR,smoke (2)

蒸汽母线平衡式：

η_HR,smokeP_HR,smoke+P_GB,steam+COP_EB,steamP_EB＝P_HX,steam (3)

热水母线平衡式：

η_HX,steamP_HX,steam＝L_H (4)

空气母线平衡式：

COP_ECP_EC＝L_C (5)

燃气母线平衡式：

式中：P_*表示冷功率、热功率、从外部电网获得的有功功率以及电设备的有功功率，kW；Q_*表示从外部电网获得的无功功率以及电设备的无功功率，kVar；L_*代表负荷，kW；θ表示电负荷的功率因数角，°；η_*表示设备的产能效率；α_*表示设备的热电比，即产热功率与产电功率之比；COP_*表示制冷/热系数，即制冷/热功率与输入功率的比值；V_*表示天然气流量，m³/h；Hi表示天然气的低位热值，即规定量的气体完全燃烧，燃烧产物的温度与天然气初始温度相同，所生成的水蒸气保持气相，而释放出的热量，kW·h/m³，这里取9.78kW·h/m³；Δt表示仿真步长，h；多余的新能源被蓄电池存储起来，或通过电转气设备转化成天然气，以实现就地消纳，电网仅送电，不直接参与区域间能源互补；因此，公式(1)中P_PCC,Q_PCC≥0；

步骤S13，建立区域内冷热电联供系统设备约束：

各设备功率约束：

式中：P_*max与P_*min表示冷功率、热功率、从外部电网获得的有功功率以及电设备有功功率的上下限，kW；Q_*max与Q_*min表示从外部电网获得的无功功率以及电设备无功功率的上、下限，kVar；

蓄电池约束：

式中：P_BT，Cmax与P_BT，Cmin表示蓄电池充电功率的上、下限，一般P_BT,Cmin＝0，P_BT,Cmax＝χ_BT,C·SOC_BT；P_BT,Dmax与P_BT,Dmin表示蓄电池放电功率的上、下限，一般P_BT,Dmin＝0，P_BT,Dmax＝χ_BT,D·SOC_BT；χ_BT,C与χ_BT,D表示蓄电池的最大充放电倍率；SOC_BT表示蓄电池的额定容量，kW·h；x_BT,*表示二进制变量，保证在任一时段Δt内蓄电池只存在一种工作状态，其中，工作状态包括充电、放电和不充不放；E_BT表示蓄电池各时段的储能量，kW·h；E_BTmax与E_BTmin表示蓄电池储能量的上、下限；σ_BT表示蓄电池的自放电率；η_BT,C与η_BT,D表示蓄电池充放电的效率；

储气罐约束：

式中：V_GS,Cmax与V_GS,Cmin表示储气罐充气流量的上、下限，一般V_GS,Cmin＝0，V_GS,Cmax＝γ_GS,C·SOC_GS；V_GS,Dmax与V_GS,Dmin表示储气罐放气流量的上、下限，一般V_GS,Dmin＝0，V_GS,Dmax＝γ_GS,D·SOC_GS；γ_GS,C与γ_GS,D表示储气罐的最大充放气倍率；SOC_GS表示储气罐的额定储气容量，m³；x_GS,*表示二进制变量，保证在任一时段Δt内储气罐只存在一种工作状态，其中，工作状态包括充电、放电和不充不放；S_GS表示储气罐各时段的储气量，m³；S_GSmax与S_GSmin表示储气罐储气量的上、下限。