[发明专利]一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法

权利要求书

1.一种多区域电气综合能源系统能量与备用分散式调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型；

步骤2：基于联络线与联络管道解耦的思想，将步骤1中的多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型进行分解，得到区域能量-备用协同优化调度子问题分解模型；进而将多区域集中式优化问题分解为区域优化调度子问题；

步骤3：根据步骤2得到的区域能量-备用协同优化调度子问题分解模型，基于交替方向乘子法，设计了一种多区域互联电气综合能源系统能量-备用优化调度分散式求解策略；

所述多区域耦合互联电气综合能源系统能量与备用一体化优化调度模型的建立步骤如下：

步骤1.1，建立目标函数，以调度周期内所有区域运行成本之和最小化为目标，包括常规机组发电成本、气井供气成本、弃风成本、向上备用容量成本与向下备用容量成本：

式中：a为区域标识；φ为区域集合；i与N_E,c为常规机组标识与常规机组集合；gw与M_G为气井标识与集合；w与N_W为风电场标识与集合；r为备用源标识，包括发电机与气井；与分别表示常规机组单位发电成本、气井单位供气成本与单位弃风惩罚成本；P_a,i,t、F_a,gw,t与分别表示在时段t常规机组的输出功率、气井的供气量与弃风功率；和分别表示单位向上和向下备用容量成本；与分别表示备用供应源r在t时段提供的上下备用容量；

步骤1.2，在模型中增加电力系统运行约束、天然气系统运行约束、备用约束与耦合约束进行优化；

所述电力系统运行约束包括：

常规机组与燃气轮机输出功率约束：

风电场输出功率约束：

常规机组爬坡约束：

功率平衡约束：

线路潮流约束：

式中：P_i,t与P_j,t分别表示常规机组i与燃气轮机j在时段t的输出功率；P_w,t与分别表示风电场w在时段t的输出功率与预测功率；r_i^u与r_i^d为常规机组i以时段t为间隔的上、下爬坡速率；与为燃气轮机j以时段t为间隔的上下爬坡速率；为电负荷d在时段t的负荷需求；N_e为电负荷集合；K_l,i、K_l,j、K_l,w与K_l,d分别为常规机组、燃气轮机、风电场与负荷对第l条线路的功率转移分布系数，其可由直流潮流模型计算得到；ef_l,t为线路l在时段t流过的功率；

所述天然气系统运行约束包括：

气井输出气量约束；

气井爬坡约束：

节点气压约束：

管道气流约束：

节点气流平衡约束：

式中：F_gw,t表示气井在时段t的输出气量；与分别表示气井上下爬坡速率；π_m,t为时段t内节点m的气压；gf_mr为管道mr流过的气流；C_mr为管道综合参数，其由管道长度、直径、摩擦力综合决定；为天然气负荷d在时段t的负荷需求值；为燃气轮机在时段t的耗气量；r∈m表示与节点m相连的节点r；

所述备用约束在电力系统侧时，备用用于应对电负荷需求与风电输出功率不确定性带来的风险，基于机会约束理论，设置一定的置信水平来表征备用约束成立的概率，从而避免备用决策结果过于保守，约束包括：

上、下备用约束：

电力系统上备用与下备用机会约束的物理意义可表征为：在所有可能的风电输出功率和电负荷需求波动情况下，系统所提供的备用容量满足向上和向下功率调整需求的概率不低于置信水平β₁和β₂，即上、下备用约束成立的概率不低于β₁和β₂；

常规机组和燃气轮机可提供的上、下备用容量约束：

所述备用约束在天然气系统侧时，备用用于应对天然气负荷需求不确定性和燃气轮机的天然气备用量需求，基于机会约束理论，设置一定的置信水平来表征备用约束成立的概率，从而避免备用决策结果过于保守，约束包括：

上、下备用约束：

天然气系统上备用与下备用机会约束的物理意义可表征为：在所有可能的燃气轮机备用需求和气负荷需求波动情况下，系统所提供的备用容量满足向上和向下供气调整需求的概率不低于置信水平β₃和β₄，即上、下备用约束成立的概率不低于置信水平β₃和β₄；

气井可提供的备用容量约束：

式中：N_E,c为常规机组集合；N_E,g为燃气轮机机组集合；N_e为电负荷集合；N_W为风电场集合；M_g为气井集合；与分别表示常规机组与燃气轮机在时段t提供的向上调整备用容量；与分别表示常规机组与燃气轮机在时段t提供的向下调整备用容量；与ΔP_w,t分别表示负荷需求与风电场预测功率偏离预测值的波动量；β₁与β₂分别表示电力系统上下备用约束成立的置信水平；与分别表示气井在时段t提供的向上与向下调整备用容量；为天然气负荷偏离预测值的波动量；与分别表示燃气轮机在电力系统侧提供向上与向下备用容量所需的天然气量；β₃与β₄分别表示天然气系统上下备用约束成立的置信水平。