[发明专利]基于目标级联分析的电‑气能量流分布式协同优化计算方法

说明书

技术领域

本发明属于多能流优化计算领域，目的是实现电力系统、天然气系统分布自治、协调优化。具体涉及一种基于目标级联分析的电-气能量流分布式协同优化计算方法。

背景技术

随着环保压力增加和技术进步，全球能源消费的低碳化趋势日益明显。与燃煤/燃油机组相比，天然气机组相对清洁，在世界电力一次能源供应体系中占据越来越重要的位置：目前，美国、英国和日本的燃气机组已分别占到全部装机的40％、34％和29％；截至2013年底我国燃气发电装机容量为4309万kW，占全国发电装机总量的3.5％(其中煤占63％，水占22.5％，其余为核电与新能源)。发展天然气发电是我国调整“一煤独大”能源消费结构的现实选择，《大气污染防治行动计划》对煤电发展提出了明确的限制措施。

受美国“页岩气革命”、东非天然气发现等因素影响，全球天然气市场格局已发生改变，天然气价格呈下降趋势，进而推动燃气发电快速发展。中国已探明非常规天然气技术可开发量位居世界前列，目前我国正在对天然气价格市场作进一步深化改革，在未来天然气与其他燃料相比将具有一定价格竞争力。

随机性和间歇性新能源发电的大规模并网增加了电力系统对灵活调峰机组的需求。燃气机组启停灵活且具有很快的爬坡速率和响应速率，是较为理想的优质调峰电源，能够用于应对运行调度中面临的新能源出力不确定问题，或在用电高峰、可再生能源发电能力不足时保障应急供电。

电力系统与天然气系统的高度融合有助于提升综合能源系统的能源利用效率、降低环境污染并改善经济成本，然而，电力流与天然气流之间的相互作用也将给电-气互联能源系统的安全、经济和可靠运行提出了新挑战。

现实中电力和天然气系统一般由不同的运营商负责经营管理，两个系统间仅支持少量数据交互，通过电-气联合调度中心来获得整个电-气互联能源系统的全局信息这种调度方法存在信息交互困难、信息泄露等问题。这些问题亟需针对电力流与天然气流的实际决策特点——多主体自治决策，运用分布式协同优化手段来解决。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种基于目标级联分析的电-气能量流分布式协同优化计算方法。

本发明的方法中，首先根据电-气互联系统的连接特点，分析耦合元件模型，并将其抽象为相应的耦合约束，确定电力流、天然气流共享变量，并在此基础上，构建基于目标级联分析的电-气能量流分解协同机制；进一步将电-气能量流协同优化问题拆分成上级协调主问题及下级优化子问题(包括：电力优化子问题、天然气优化子问题)，上下级依次交替求解，直至收敛，实现电力流与天然气流的分布式协调优化计算。所述方法的具体步骤如下：

1)确定共享变量、拆分耦合约束、构建分解协同机制

燃气机组是连接电力系统与天然气系统的耦合元件，其作用是将天然气化学能转化为电能。燃气机组模型常用其二次耗量特性描述：

式中：a_NG，b_NG，c_NG为燃气机组的耗量系数向量，P_NG为电力系统变量(向量)，表征燃气机组有功出力，g_d,NG为天然气系统变量(向量)，表征燃气机组天然气消耗量。此约束表征了电力系统、天然气系统耦合关系，选取合理共享变量，拆分耦合约束是实现电-气系统接偶的基础，这里选取燃气机组天然气耗量作为共享变量。在电力系统中增加一个燃气机组天然气耗量变量f_NG(向量)，即：

并且要求电力系统中共享变量f_NG与天然气系统中共享变量g_d,NG满足如式(3)一致性关系，为电-气系统模型拆分做准备。

f_NG＝g_d,NG (3)

构建基于目标级联分析的电-气能量流分解协同机制：电力系统、天然气系统之间由集中式大量信息直接交互模式改变为电力系统和天然气系统仅需同上级协调中心传递共享变量的交互模式，将需要满足的一致性关系式(3)转化为用上下级迭代计算、逐渐收敛的计算方式实现。

分解协同机制如附图1所示，具体操作如下：

1-1)根据目标级联分析架构将电-气能量流协同优化问题转化为多个下级优化子问题和上级协调优化主问题；

1-2)各下级优化子问题(电力系统优化子问题、天然气系统优化子问题)独立自治，优化计算，实现了电-气互联系统的解耦(因设置了共享变量，各子问题相互独立)；