[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

说明书

本发明公开了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，包括如下步骤：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，增设电转气设备与储气设备以消纳新能源、实现能源备用，加入燃气母线约束建模；S2区域间以电能与天然气的耦合互联实现能源连接，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；S3基于电‑气稳态耦合线性潮流，采用双层线性化算法解决压缩机耗气量模型的非线性问题；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、工业区等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。

技术领域

本发明涉及一种多能流系统优化调度方法，特别是电-气耦合综合能源系统优化调度，主 要通过解决压缩机非线性问题完善天然气潮流模型，计及电转气与储气设备实现能源备用、 提升综合能效，结合阶梯气价降低区域运行成本，从而达到日前优化调度的目的，具体属于 能源系统优化调度技术领域。

背景技术

近年来，能源与环境问题逐步成为遏制社会发展的主要问题。随着光伏、光热、电动汽 车和冷热电联供系统等新型能源生产与利用形式的普及，以“多能耦合互补、能源梯级利用” 为特征的综合能源系统(integrated energy system,IES)以其独特的经济、环保与节能优势成为 目前能源利用模式的主要发展趋势。

国际上对于综合能源系统尚无统一定义，国内对综合能源系统的研究大部分局限于供电、 供气、供热、供冷、供氢等各类能源联供的微能源网型多能互补系统。典型的多能互补系统 为冷热电联供系统。研究表明，综合能源系统以冷热电联供微网为核心，可满足区域内多种 负荷需求，提高多能利用效率，实现分布式电能、冷热能、天然气能源统一调度，提升区域 环境与经济效益，具有巨大发展潜力。针对新能源与油气资源丰富而电网架构薄弱的地区， 发展以电-气耦合综合能源系统为核心的多区域综合能源系统互联模式可充分考虑资源分布 情况，将天然气作为各区域间能源互补的主要形式，弱化电网互联作用，对加快能源转型、 减轻电网供能压力意义重大，具有广阔应用前景。

目前，针对电-气耦合综合能源系统的研究主要集中在综合能源多能流的稳态计算、潮流 分析、规划运营、日前调度等方面。多区域综合能源系统互联网络多能潮流计算，是对整个 节点网络运行状态的描述。电力网络潮流包括电压、电流、功率分布等的计算，天然气网络 潮流包括节点压强、管道流量等的计算。多区域综合能源系统互联网络的多能潮流计算可在 日前调度中发挥重大作用，有助于维持区域能源供应的稳定。而最优潮流结合经济效益、环 境效益等优化目标保证所有区域总运行成本或环保成本的最小化。本发明为优化调度问题， 故而应将潮流计算转换为潮流约束，从而应用于调度。因此，针对方案的实践可行性进行分 析，可认为区域内部包含电、冷、热、气等多种能源的冷热电联供系统是简单的能源集线器， 而对区域间电-气耦合综合能源系统进行潮流计算。

根据文献，近年来大部分学者对电-气耦合综合能源系统优化调度模型的研究通常仅针对 单一功能种类综合能源系统的互联，结合设备选型与功率容量约束满足不同种类的负荷需求， 达到优化调度的目标。但考虑到负荷特性的多样化，不同功能区设备容量与负荷规模存在较 大差异，需联合具有不同负荷特性与设备特性的园区进行统一调度规划。部分学者在日前优 化调度目标的选取上，未结合实际气网定价规律给出合理的天然气价格。考虑到大部分城市 的天然气价格采用阶梯分段模型，可类比电网峰谷电价，在优化目标中计入适用的阶梯气价 方案。另外，传统的电-气互联网络优化调度模型对天然气网络中的压缩机仅进行了非线性建 模，无法应用于混合整数线性规划问题，需研究合适的线性化方法以完善气网潮流算法。

发明内容