[发明专利]一种基于能源中心的电气混联系统建模和优化调度方法

权利要求书

1.一种基于能源中心的电气混联系统建模和优化调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)获取电力网络的参数信息，包括：输电线路的首端节点和末端节点编号，支路π型等效电路的电阻、电抗，对地并联电导、电纳，变压器变比和阻抗，各节点负荷以及发电机输出有功、无功约束，各节点电压约束；

2)获取天然气网络的参数信息，包括：输气管道的首端节点和末端节点编号，管道的长度、内径和传输效率，压缩机的状态量，各节点气负荷以及气源点天然气输出约束，各节点压力约束；

3)多输入多输出能源中心模型可以用矩阵方程描述：

其中：P和L分别为输入输出向量，P中因素表示输入能源的能量，L中因素表示输出能源的能量；矩阵C被称为耦合矩阵，C中因素表示输出能源与输入能源的耦合关系，称为耦合因子；

列出能源中心输入输出平衡方程：

其中：η_T表示变压器效率；η_GTe表示燃气轮机气转电的效率；η_GTh表示燃气轮机气转热的效率；η_F表示燃气锅炉的效率；ν表示调度因子；

4)建立电气混联系统优化调度模型：

min f(x)；

s.t.h(x)＝0；

g_min≤g(x)≤g_max；

其中：f(x)表示目标函数；h表示等式约束；g表示不等式约束；g_max，g_min分别表示不等式约束的上、下限；

5)引入松弛变量和障碍参数将模型转化成只有等式约束的模型：

s.t.h(x)＝0；

g(x)+u-g_max＝0；

g(x)-l-g_min＝0；

其中：l_j、u_j表示松弛变量l、u中的元素；k表示变量标号；r表示松弛变量的维数；障碍参数μ>0，障碍参数也被称为扰动因子；

6)引入拉格朗日乘子得到拉格朗日函数：

其中：y^T、z^T、w^T表示拉格朗日乘子y、z、w的转置；l、u表示松弛变量；

7)根据拉格朗日极值存在条件得到一组非线性方程组，用牛顿-拉弗逊法求解，其一阶修正方程为：

其中：L_x，L_y，L_z，L_w，为KKT方程上次迭代的残差；和分别为h(x)和g(x)的海森矩阵；T表示转置；I表示单位矩阵；y、z、w表示拉格朗日乘子；x表示变量；Δz、Δl、Δw、Δu、Δx、Δy表示相应变量的变化量；

8)求解修正方程得到修正量，计算原变量和对偶变量步长：

其中：α_p表示原变量步长；α_d表示对偶变量步长；k表示变量标号；

9)按下式修正变量：

10)按上述步骤迭代，直到对偶间隙小于收敛精度，得到电气混联系统优化调度的最优解。

2.根据权利要求1所述的基于能源中心的电气混联系统建模和优化调度方法，其特征在于：所述步骤1)中，对于电力网络中节点i：

其中：P_i，Q_i分别为电力网络中节点i有功功率和无功功率；e_i，f_i分别为节点i电压向量的实部和虚部；G_ij，B_ij分别为节点i和节点j之间的电导和电纳。

3.根据权利要求1所述的基于能源中心的电气混联系统建模和优化调度方法，其特征在于：所述步骤2)中，引入包括管道流量方程、压缩机流量消耗方程及流量平衡方程；

理想条件下，管道K从节点m到节点n的流量值可以用下面的方程表示：

其中：f_Kmn为管道流量值；F_K为管道摩擦系数；D_K为管道内径；G为气体重力系数；L_K为管道长度；π_m为节点m压力值；π_n为节点n压力值；π₀为标准压力值；T₀为标准温度值；T_Ka为平均气体温度；Z_a为平均气体压缩系数；

对于高压网络的全紊流形式，流量方程可以进一步简化为：

其中：ε为管道效率；

理想气体条件下，压缩机的能量消耗方程可以表示为：

其中：f_CK为通过压缩机的气体流量；π_m为压缩机气体注入节点m的压力；π_n为压缩机气体输出节点n的压力；Z_Km为压缩机入口的气体压缩系数；T_Kn为压缩机输出温度；α为热量系数；η_K为压缩机效率；

转化为消耗的流量值：