[发明专利]一种复杂天然气潮流加速凸化调度方法

说明书

本发明提出了一种复杂天然气潮流加速凸化调度方法，包括以下步骤：1)构造考虑天然气管道气流偏微分方程的复杂天然气网络动态模型；2)确定非凸约束并对其松弛凸化；3)利用罚凸凹算法使松弛域逐渐紧缩；4)构造二阶锥规划模型求取罚凸凹初始点以加速算法收敛；5)根据收敛解制定天然气调度计划。该方法针对现阶段天然气潮流建模多采用简化模型导致建模不准确的问题，采用天然气管道气流偏微分方程对天然气网络准确建模。此外，考虑所建立复杂天然气潮流模型为非凸模型不利于求解，提出凸化策略并提出改进方法以加速凸化。本方法具有良好的加速凸化效果，所得收敛解可指导能源供应商合理制定天然气调度计划。

技术领域

本发明涉及天然气潮流优化调度领域，特别是涉及一种复杂天然气潮流加速凸化调度方法。

背景技术

随着燃气发电、电转气技术的发展，天然气作为重要的清洁能源越来越被广泛使用，越来越多的输气网络工程投入建设。传统的天然气潮流模型中，或未考虑天然气管道气流偏微分方程导致建模不准确，或未采用适当的加速策略处理天然气管道气流偏微分方程导致求解效率过低。

建立天然气模型(史守圆,瞿凯平,余涛,刘前进,王文睿.计及大气污染物时空扩散的电-气能流分散协同优化[J].电工技术学报,2019,34(23):4957-4971.)是稳态模型，实际中天然气是动态传输的，采用稳态模型建模不准确。采用天然气动态模型建模，利用改进二阶锥对天然气管道传输方程进行松弛(张勇,李晨,贾楠,刘念,王程.基于改进二阶锥松弛的多区域电-气综合能源系统优化调度快速求解方法[J].电力自动化设备,2020,40(07):39-45+52+46-47.)，虽然建模较为准确合理，但是求解速度较慢。

天然气潮流模型精确程度直接影响天然气调度计划的经济性，因此，本发明提出一种复杂天然气潮流加速凸化调度方法可精确计算天然气潮流，并作为能源供应商制定天然气调度计划的理论依据。

发明内容

本发明提出的一种复杂天然气潮流加速凸化调度方法，首先采用天然气管道气流偏微分方程实现对天然气潮流模型的准确建模，因为引入的天然气管道气流偏微分方程为非凸方程，增加了模型的复杂性以及求解难度，因此采用罚凸凹方法将非凸方程进行凸化，同时为减少求解时间采用了加速策略提高罚凸凹求解效率。

本发明利用天然气动态模型建模，然后利用罚凸凹算法对天然气管道传输方程进行凸化处理，并利用构造二阶锥规划模型求解初始点的方法加速了算法收敛，提升了整体求解效率。在得到收敛解后根据所得天然气潮流信息制定天然气调度计划。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种复杂天然气潮流加速凸化调度方法，包括以下步骤：

1)构造考虑天然气管道气流偏微分方程的复杂天然气网络动态模型；

2)确定非凸约束并对其松弛凸化；

3)利用罚凸凹算法使松弛域逐渐紧缩；

4)构造二阶锥规划模型求取罚凸凹初始点以加速算法收敛；

5)根据收敛解优化天然气调度方案。

优选的，所述复杂天然气网络动态模型满足管存约束、加压站约束、节点气压约束、气源出力约束、储气罐约束和节点流量平衡约束。

优选的，所述步骤1)中构造考虑天然气管道气流偏微分方程的复杂天然气网络动态模型包括：

天然气管道气流偏微分方程如下：

式中：和分别为t时刻ij管道d处的气体压强与气流量；M₁、M₂均为管道传输常数；利用欧拉有限差分法将天然气管道气流偏微分方程转化为代数方程，即将管道ij均分N段，每段长度为Δx_ij＝l_ij/N，代数方程表示为：