[发明专利]电转气-储气罐组合的气电综合能源系统优化调度方法

权利要求书

1.一种电转气-储气罐组合的气电综合能源系统优化调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)输入能源系统信息，包括设备信息、负荷数据、能源数据和经济指标；

(2)建立天然气系统模型，包括管道气流模型、增压站模型和管网矩阵模型；

(3)建立电力系统模型，所述的电力系统模型为直流潮流模型；

(4)建立气-电双向耦合模型，包括由燃气轮机建立气向电转换的耦合模型、由P2G、储气罐组合建立电向气转换的耦合模型；

(5)建立以电定气调度机制和经济最优化调度模型，包括分析调度机制和建立调度目标函数；

(6)建立系统运行约束，包括天然气系统约束、电力系统约束和耦合元件约束；

(7)求解优化调度结果并输出数据，根据结果对综合能源系统进行控制优化；

步骤(1)所述能源系统信息还包括能源系统的拓扑结构、连接方式以及线路/管道参数；所述设备信息包括燃气轮机、P2G、增压站以及储能设备的容量、台数、出力限制数据；所述负荷数据包括电负荷、气负荷的典型日需求数据；所述能源数据包括气源、风电输入源的输入流量和出力限制；经济指标包括各类能源的价格、系统设备的运行成本，

步骤(2)所述管道气流模型、增压站模型和管网矩阵模型具体如下：

(2.1)管道气流模型

对于平直高压全湍流的稳态天然气管道，管道气流量取决于长度、直径和管道两端压力；所述管道气流模型数学表达式如下：

其中：

式中，f_p(i，j)第p条管道从一端节点i到另外一端节点j的天然气流量，π_i是节点i的压力；D_p、L_p和ε_p分别是管道p的直径、长度和效率因子；T₀、T_a、π₀、G和Z_a为常数，分别表示标准温度、平均天然气温度、标准压力、天然气比重和平均气体压缩因子，φ₁是常数，和等式两端物理量的单位选取相关；

(2.2)增压站模型

增压站采用小型燃气轮机作为气驱型驱动机，所述增压站模型的数学表达式如下：

式中，H_b(i，j)是压缩机的马力消耗，下标b(i，j)表示第b台压缩机连接在气管网的节点i和j之间；τ_b(i，j)是驱动压缩机工作的驱动机所消耗的天然气流量；T_b、Z_b、η_b和α分别是压缩机进气温度、进气压缩系数、压缩效率和比热比；φ₂是常数，和等式两端物理量的单位选取有关，α_b、β_b和γ_b是燃气驱动型驱动机能量消耗常数；

(2.3)管网矩阵模型

在稳态天然气管网中，以流入节点为正、流出节点为负，建立矩阵形式的管网矩阵模型；所述管网矩阵模型的数学表达式如下：

式中，矩阵A是节点-管道支路关联矩阵，矩阵B是节点-增压站关联矩阵，矩阵T是节点-增压站驱动机关联矩阵，ω是节点流入气流量向量，下标n、p和b分别表示节点、管道和增压站的数目；

步骤(4)所述气-电双向耦合模型包括由燃气轮机建立气向电转换的耦合模型、由P2G、储气罐组合建立电向气转换的耦合模型具体如下：

(4.1)气向电转换的耦合模型

所述气向电转换的耦合模型将热值作为中间量，建立燃气轮机出力P_i^GT和输入燃气轮机天然气流量的关系模型，数学表达式如下：

式中，η^GT是燃气轮机的转换效率，下标i、k表示燃气轮机连接在电网节点i和气网节点k之间，根据天然气的高热值GHV确定热值HR；

(4.2)电向气转换的耦合模型

所述电向气转换的耦合模型通过电转甲烷类型的P2G设备实现电-气能量耦合；将P2G的化学过程分为两步，效率分别为和建立P2G输出气流量和消耗电功率P_i^P2G的关系模型，其数学表达式如下：

利用储气罐作为P2G的配套设备，P2G输出的天然气存储于储气罐中，再根据需要以及设定的规则从储气罐中取气注入天然气管网中；建立储气罐中储气量的调度周期变化模型，其数学表达式如下：

式中，S_m，t和S_m，t-1表示第m个储气罐在t和t-1时刻的储气量，是P2G在调度周期t的产气量，是储气罐GST在调度周期t注入天然气网络的天然气量，

步骤(5)所述的调度机制为以电定气模式，将燃气轮机作为电力系统的电源，调节电力系统运行，P2G消纳过剩的风电转化为电能存储在储气罐中，存储的天然气以合同供气方式注入气网中，

所述的合同供气的机制规则为：当储气罐中的储气量超过预先设定的某个阈值时，将在下一个调度周期向气网注入特定量的天然气；所述预先设定的阈值按储气罐容量的50％进行设定，所述特定量的天然气为阈值的2/3，

步骤(6)包括从压力和气流量两方面建立天然气系统的运行约束，将气网中的节点细分为气源节点、增压站两端节点和普通管网节点。