[发明专利]电-气-热互联系统弃风弃光和电气热负荷削减综合最小优化模型构建方法

摘要

本发明公开电‑气‑热互联系统弃风弃光和电气热负荷削减综合最小优化模型构建方法。针对现有技术的不足，优化模型的目标函数中加入热负荷削减量、弃风量、弃光量等变量，以电负荷、气负荷、热负荷削减量和弃风量、弃光量之和最小为作为优化模型的目标函数；将STCHP模型中的消耗气流、供热功率和有功出力变量加入优化模型的等式约束中，将EB装置的消耗电功率和供热功率变量加入优化模型的等式约束中；在优化模型的不等式约束中考虑电/气/热负荷削减量、弃风量、弃光量的上下限约束，以及STCHP和EB装置的容量约束等。

主权项

电‑气‑热互联系统弃风弃光和电气热负荷削减综合最小优化模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立所述目标函数电‑气‑热互联系统的弃风弃光和电/气/热负荷削减综合最小优化模型以电负荷、气负荷、热负荷削减量和弃风量、弃光量之和最小为优化目标，其模型可表示为：式中，前一括号代表系统电/气/热负荷削减量之和，后一括号代表系统弃风、弃光电量之和。其中，Ce,i是电负荷节点i的负荷削减变量；Cg,i是气负荷节点i的负荷削减变量；Ch,i是热力系统节点i的热负荷削减变量；ΔPW,i是风电场i的弃风变量；ΔPPV,i是光伏电场i的弃光变量；λe,i为表征各电负荷重要性的权重因子，λg,i为表征各气负荷重要性的权重因子，λh,i为表征各热负荷重要性的权重因子，λw,i为表征各风电场弃风严重性的权重因子，λpv,i为表征光伏电场弃光电严重性的权重因子。Nd_e是电负荷节点的总数，Nd_g是气负荷节点的总数，Nd_h是热负荷节点的总数，Nw是风电场的总数，Npv是光伏电场的数目。(2)建立等式约束建立如下等式约束：其中：式(2)是电力系统节点有功平衡方程，式(3)是电力系统节点无功平衡方程，式(4)是天然气系统节点流量平衡方程，式(5)是热力系统节点热功率平衡方程，式(6)是热力‑水力环路方程，式(7)和式(8)是热力系统负荷节点温度平衡方程。式中，θi、Vi为电力系统节点i的电压相角和电压幅值；PG,i、PGAS,i、PSTCHP,i、PCHP,i为电力系统节点i的非燃气机组、GFG、STCHP和CHP的有功出力；QG,i、QGAS,i、QSTCHP,i、QCHP,i为电力系统节点i的非燃气机组、GFG、STCHP和CHP的无功出力；PD,i、QD,i为电力系统节点i的有功功率和无功功率；PW,i、QW,i为电力系统节点i风电场的有功和无功功率；PPV,i、QPV,i为电力系统节点i光伏电站的有功和无功功率；ΔPW,i、ΔPPV,i为电力系统节点i风电场的弃风功率、光伏电站的弃光电功率；PEB,i为电力系统节点i的EB消耗电功率；QC,i为电力系统节点i的无功电源功率；Gij、Bij为电力系统节点导纳矩阵的第i行第j列元素的实部和虚部；πi和πj为天然气系统节点i和j的节点气压；FG,i、FD,i为天然气系统节点i的气源注入气流和节点气负荷；FGAS,i、FCHP,i、FSTCHP,i、FGB,i为天然气系统节点i的燃气机组、CHP、STCHP和燃气锅炉的消耗天然气气流；Cr、τr为天然气系统压缩机r流过的流量和消耗的流量；Air、Eir、Tir为天然气节点‑管道关联矩阵、节点‑压缩机关联矩阵和节点‑压缩机入口节点关联矩阵的第i行第r列元素；sij、kr为天然气管道r的气流方向和管道常数；ΦD,i、ΦG,i、ΦCHP,i、ΦSTCHP,i、ΦGB,i、ΦEB,i为热力系统节点i的热负荷、燃煤热源、CHP、STCHP、GB和EB的供热功率；Mh、kh为热力系统供热管道h的流量和阻力系数；Ts,i、Tr,i和Ts,f、Tr,f分别为热力系统节点i和节点f的供水、回水温度；Blh为热力系统回路供热管道关联矩阵第l行第h列元素；As,ef、Ar,ef为热力系统供热和回水网络结构矩阵第e行第f列元素；Dih为热力系统节点‑供热管道关联矩阵中第i行第h列元素；bs,e、br,e为热力系统供水温度和回水温度相关系数；kh为热力系统供热管道h的阻力系数；SHC为水的比热容。Nn_e、Nn_g、Nn_h、Nf分别为电力系统节点、天然气系统节点、热力系统节点和热力系统网络回路的数目。耦合元件STCHP和EB装置的模型如下：2‑1)STCHP机组模型建立STCHP的多能流模型方程式如下：ΦSF,k＝ηSF,kSSF,kR，k＝1,2,...,Nb  (9)ΦSF,k+FSCPT,kGHV＝PSCPT,k/ηSCPT,k,k＝1,2,...,Nb  (10)PSCPT,k＝HSCPT,k/νSCPT,k,k＝1,2,...,Nb   (11)HSCPT,k＝ΦSCPT,k+SSH,k‑SEH,k,k＝1,2,...,Nb  (12)SSH,kSEH,k＝0,k＝1,2,...,Nb   (13)其中，式(9)为聚光集热装置的光热转换关系式；式(10)和(11)为热电联产机组消耗天然气、光热与输出电功率和热功率的关系式；式(12)为STCHP的供热功率、输出热功率与储热的关系式；式(13)为储热的工作模式方程。其中，ΦSF,k、SSF,k、ηSF,k为STCHPk聚光集热装置的吸收热功率、镜场面积和工作效率；R为光照辐射度；PSTCHP,k、FSTCHP,k、ΦSTCHP,k为STCHPk的有功出力、消耗气流量和供热功率；vCHP,k、ηSF,k、HCHP,k为STCHPk的热电比、转化效率和输出热功率；SSH,k、SEH,k为储热装置的储热功率、放热功率；GHV为天然气的高热值；Nb为STCHP的数目。2‑2)EB装置模型EB的电热转换关系满足如下方程式：ΦEB,k＝ηEB,kPEB,k,k＝1,2,...,Neb   (14)式中，PEB,k、ΦEB,k、ηEB,k为EBk的有功出力、供热功率和转化效率；Neb为EB的数目。(3)建立不等式约束电‑气‑热互联系统的综合负荷削减优化模型的不等式约束包括：式(15)‑(19)的电负荷、气负荷、热负荷削减变量和弃风、弃光变量的上下限约束；式(20)‑(30)的燃气机组、STCHP、EB、储热和常规发电机的容量约束；式(31)‑(32)的电力系统节点电压约束、线路功率约束。式(33)‑(36)的天然气系统节点气压约束、气源注气量约束、压缩机压缩比约束；式(37)‑(41)的热力系统热源约束、供/回水温度约束和热力管道流量约束。0≤Ce,i≤PD,i,i＝1,2,...,Nd_e   (15)0≤Cg,i/GHV≤FD,i,i＝1,2,...,Nd_g  (16)0≤Ch,i≤ΦD,i,i＝1,2,...,Nd_h  (17)0≤ΔPW,i≤PW,i,i＝1,2,...,Nw   (18)0≤ΔPPV,i≤PPV,i,i＝1,2,...,Npv   (19)Vimin≤Vi≤Vimax,i＝1,2,...,Nn_e   (31)‑Tlmin≤Tl≤Tlmax,l＝1,2,...,Nr   (32)式中，Tl是输电线路l流过的功率；Rq是压缩机支路q的压缩比；和PminG,i分别为非燃气常规发电机组有功出力的上限和下限；和QminG,i为非燃气常规发电机组无功出力的上限和下限；和PminGAS,i分别为GFG机组有功出力的上限和下限；和QminGAS,i分别为GFG机组无功出力的上限和下限；和PminCHP,i分别为CHP机组有功出力的上限和下限；和QminCHP,i分别为CHP机组无功出力的上限和下限；和PminSTCHP,i分别为STCHP机组有功出力的上限和下限；和QminSTCHP,i分别为STCHP机组无功出力的上限和下限；和PminEB,i分别为EB装置消耗电功率的上限和下限；和SminSH,k分别为STCHP机组储热装置储热功率的上限和下限；和SminEH,k分别为STCHP机组储热装置放热功率的上限和下限；和分别为天然气节点气压的上限和下限；和FminG,i分别为天然气气源注入量的上限和下限；和FminGB,i分别为GB装置消耗气量的上限和下限；和Rminq分别为压缩机压缩比的上限和下限；和ΦminG,i分别为热力系统热源功率的上限和下限；和ΦminSTCHP,i分别为STCHP机组供热功率的上限和下限；和Tminr,i为热力系统节点回水温度的上限和下限；和Tmins,i为热力系统节点供水温度的上限和下限；和Vmini分别为节点电压幅值的上限和下限；和Tminl为输电线路传输功率的上限和下限；和Mminh为供热管道水流量的上限和下限。Nr是输电线路的总数，Nu是非燃气常规机组的总数，Ns是天然气气源的总数，Na是GFG机组的总数，Nc是CHP机组的总数，Ngb是GB装置的总数，Np是压缩机的总数，Nq是供热管道的总数，Nt是热力系统热源的总数。(4)综合最小优化模型求解以及弃风、弃光量和电/气/热负荷削减量计算基于第(1)步的目标函数和第(2)步的等式约束以及第(3) 步的不等式约束，电‑气‑热互联系统弃风弃光和电/气/热负荷削减综合最小优化模型已建立完成。