[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

说明书

本发明公布了一种基于能源中心的电气混联系统建模和优化调度方法，本发明首先建立了电力网络、天然气网络和能源中心模型，电力网络和天然气网络通过能源中心耦合形成电气混联系统。然后以总的能源成本为目标函数、考虑了各种约束条件建立电气混联系统优化调度数学模型。用原‑对偶内点法求解，求解过程中先后引入松弛变量和障碍参数将模型变为只有等式约束的模型，再引入拉格朗日乘子得到拉格朗日函数，之后用牛顿法求解其KKT条件形成的非线性方程组。构造的算例仿真结果表明本发明对电气混联系统的优化效果优于单独优化效果。

技术领域

本发明涉及一种基于能源中心的电气混联系统建模和优化调度方法，属于多能源综合控制利用领域。

技术背景

化石能源的广泛使用导致环境问题日益突出以及化石能源逐渐枯竭，传统的经济和社会发展模式难以持续，亟需建立更加高效、环保和可持续型的能源利用模式，能源中心(energy hub,EH)的提出使建立新的能源利用模式成为可能。能源中心被定义为由能源转化设备和储能设备构成、能够实现多种能源相互转化和存储的虚拟实体。能源中心作为多种能源形式的中间媒介，促使多种能源形式和能源系统的联系更加紧密，并考虑了经济性影响。能源中心输入端连接多种能源的供应，输出端连接多种能源的消费，不同能源形式在其间相互转化，这就为多种能源形式的优化调度提供了可能性。

相比于其他一次能源，天然气对环境的影响较小、储量丰富且易于存储；燃气轮机和联合循环电厂的日渐发展，使得天然气发电投资更少、效率更高、建设周期缩短且调控更加灵活方便；此外，“页岩气革命”的不断深化，将造成天然气价格显著下降。可以预见，天然气发电的比例将逐步提高，天然气也会凭借其诸多优势在未来能源利用模式中占据重要地位。天然气网络与电力网络的联系越来越密切，可以说未来的能源利用模式将是天然气网络与电力网络高度耦合的产物。

前人对电力网络和天然气网络的独立网络都有足够的研究，如最优潮流(optimalpower flow,OPF)等经典问题，但少有考虑电力网络与天然气网络的综合优化调度问题。近年来，由于天然气在能源利用中的地位越来越突出，电力网络与天然气网络的综合研究引起了国内外学者的广泛关注。电气混联系统的研究主要分为协调规划和协调运行两个阶段，问题主要集中在不确定因素的处理、电负荷与电负荷的相互转化与影响、监管部门的协调规划与管理以及混联系统的动态行为与可靠性等方面。

电气混联系统优化调度本质上是非线性规划问题。本发明以总的能源成本作为目标函数，考虑了电力网络中有功、无功功率平衡约束，平衡节点相角平衡约束，发电机有功、无功出力约束，电压约束；天然气网络中流量平衡约束，压缩机状态量平衡约束，气源点输出约束和节点压力约束；能源中心的输入输出平衡约束和调度因子约束。本发明采用原-对偶内点法(primal-dual interior point method，PDIPM)求解基于能源中心的电气混联系统优化调度问题，因为PDIPM有着收敛性好，计算效率高，鲁棒性强，初值选取不敏感，没有识别约束集困难等优点。最后对构造的算例进行编程仿真，结果分析验证了本发明方法的优势。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术所需解决的技术问题提供一种基于能源中心的新型能源供应形式即电气混联系统的建模和优化调度。

技术方案：本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明为一种基于能源中心概念电气混联系统建模和优化调度方法，其特征在于所述方法依次按以下步骤实现：

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；

对于各电力网络中节点i：