[发明专利]一种混氢天然气网络优化调度模型的建模方法

说明书

本发明的混氢天然气网络优化调度模型的建模方法，包括以下步骤：步骤1）建立包括管段压降方程和管存方程的混氢天然气网络模型；步骤2）建立了包括目标函数和约束条件的混氢天然气网络优化调度模型；步骤3）处理了混氢天然气网络优化调度模型中的非线性项，建立了适用于稳态混氢天然气网络优化调度的混合整数二阶锥规划模型。有益效果：该方法能够解决已有研究中缺乏适用于混氢天然气网络优化调度模型的问题，为稳态混氢天然气网络的优化调度提供模型基础，在计及掺氢比对于网络影响的同时获得兼顾经济效益和环保效益的调度策略。

技术领域

本发明涉及能源建模技术领域，尤其涉及一种混氢天然气网络优化调度模型的建模方法。

背景技术

氢能的发展依赖于制、输、储、用等多环节的技术支撑，而制氢、储氢设施发展动力不足和高昂的纯氢管网建设费用导致氢能的普及利用依然存在困难。考虑向已有的天然气基础网络中掺入适当比例的氢气，以混氢天然气的形式实现氢能利用，有望打破氢能发展的“先鸡后蛋”困境。

当前，关于混氢天然气系统的研究大多集中在试验和潮流仿真阶段，包括真实场景下开展试验分析或借助于SPS，Pipeline Studio，ANSYS Fluent等软件进行仿真模拟，缺乏关于混氢天然气网络建模的研究。氢气与天然气的物化性质存在差异，氢气混入天然气后，势必对天然气基础设施的运行工况产生影响，因此不能沿用原有的适用于天然气网络的模型，需要计及掺氢比和压强等级对于气体动力学的影响，重新构建适用于混氢天然气网络的管段压降和管段管存模型，并研究非线性项的处理方法，从而构建混氢天然气网络优化调度模型。

发明内容

本发明正是针对现有技术中的问题，以气体组分为混氢天然气的气体网络为研究对象，提供了一种混氢天然气网络优化调度模型的建模方法，为综合能源系统的优化运行提供了网络模型基础。通过分段线性化和SOS2这两种线性化方法，本发明将原有的混合整数非凸二次约束规划模型转化为了混合整数二阶锥规划模型，实现稳态混氢天然气网络的优化调度，在计及掺氢比对于网络影响的同时获得兼顾经济效益和环保效益的调度策略,具体由以下技术方案实现：

所述混氢天然气网络优化调度模型的建模方法，包括以下步骤：

步骤1)根据式(1)构建管段压降方程，并根据式(2)构建管存方程的混氢天然气网络模型；

式(1)中，L_ij表示管段ij的长度，为管段平均流量，表示为管段入口流量和出口流量的均值，M表示气体的摩尔质量，α、β是与温度和掺氢比例的相关参数，R表示气体常数，T_em表示温度，D表示管段管径，A表示管段横截面积，p_i和p_j分别表示节点i和j的压强；

步骤2)根据式(3)建立混氢天然气网络优化调度的目标函数，结合约束条件和所述目标函数构建混氢天然气网络优化调度模型；

式(3)中，C_HCNG,t表示混氢天然气网络在t时刻消耗混氢天然气的成本，表示混氢天然气网络在t时刻向碳交易市场支付的碳排费用；

步骤3)采用分段线性化的方法处理所述管段压降方程中的对数项，采用名为特殊序集2(special ordered sets 2，SOS2)的方法处理管段压降方程和管段管存方程中的双线性项，得到适用于稳态混氢天然气网络优化调度的混合整数二阶锥规划模型及对应的约束条件。

所述混氢天然气网络优化调度模型的建模方法的进一步设计在于，所述步骤1)中所述管段压降方程的构建过程包括如下步骤：

步骤1-1)设定混氢天然气网络为等温稳态的气网模型，则气网模型的表达式为：