[发明专利]考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法

说明书

本发明公开了一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法，以最小化配网系统运行成本为目标并结合设定的相关运行约束，建立气电综合能源系统配网优化运行模型。针对配电网的非线性交流潮流方程约束，采用了二阶锥松弛方法进行处理；针对配气网的非线性Weymouth潮流方程提出了在目标函数中加入气压惩罚项的增强二阶锥松弛方法将松弛后的约束条件进一步收紧，将非凸优化问题转化为凸优化问题进行求解，以达到较高的松弛精度。在配网优化调度模型的基础上，提出了利用气电联合需求响应来提高配网系统的新能源消纳能力及运行经济性的运行策略。

技术领域

本发明属于综合能源系统优化运行技术领域，特别涉及一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法。

背景技术

低成本、高效环保的天然气已经成为世界能源消耗的第二大来源，其极大地促进了燃气机组(NGU)的快速发展。近年来，燃气机组投入量的显著增长和电转气技术的日益成熟加强了电力和天然气系统之间的相互依赖性，为气电综合能源系统的形成奠定了基础。气电综合能源系统利用天然气系统的慢惯性将新能源发电等过剩的电能转化为天然气的形式进行能源储存，进而通过燃气机组和电转气设备等能源转换装置来达到能量的双向流动。其作为能源互联网发展的重要组成，对提高能源利用效率、促进可再生能源发展和消纳以及节能减排具有重要意义。

利用电力系统与天然气系统的耦合特性来协调优化气电综合能源系统的能量传输、分配。气电配网系统作为综合能源系统的能量传输末端，是与用户互动最紧密的部分，同时也是能量损耗最大的部分。由于电力和天然气配网中的某些物理运行特性，所建立的气电综合系统优化运行模型大多数都是非线性非凸的，这将会给模型求解带来较大的困难。国内外学者针对气电综合能源系统中非线性运行约束条件的处理方法进行了大量研究，目前研究成果多采用线性化方法和凸优化方法直接对非线性约束条件进行处理，可能无法在任意运行状态下达到潮流最优的要求。随着能源互联网的不断发展，冷、热、气、电等多种负荷形式的需求响应在综合能源系统的协调规划和运行方面发挥了有效作用。结合需求响应机制，对其进行协调优化运行能够提高能源系统运行的灵活性和经济性以及新能源的消纳能力。

因此，在含燃气机组、电转气等耦合设备的配网优化运行模型基础上，进一步研究具有良好近似精度的气电综合能源配网系统最优潮流凸优化方法以及气电联合需求响应机制对气电综合能源系统配网协调优化运行具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法，利用增强二阶锥松弛与泰勒级数展开相结合的方法将非凸优化问题转化为凸优化问题，提高模型的松弛精度和求解速度；并在此基础上引入了气电联合需求响应机制来有效提升配网系统运行的经济性和新能源的消纳能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种考虑气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化方法，包括以下步骤：

步骤1：建立电力、天然气配网系统模型，包括电力交流潮流模型和天然气传输管道潮流模型；

步骤2：建立耦合设备运行模型，包括进行气转电的燃气机组运行模型和进行电转气的P2G设备运行模型；

步骤3：分别对可中断和可转移电、气负荷进行建模，引入气电联合需求响应；

步骤4：构建以最小化配网系统运行成本为目标函数，考虑配电网、配气网各种运行约束条件以及气电联合需求响应的气电综合能源系统配网优化运行模型；

步骤5：利用二阶锥松弛方法对非线性配电网潮流方程约束进行处理以及增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法对天然气潮流方程约束进行处理，将非线性的气电综合能源系统配网优化调度模型转化为混合整数二阶锥规划问题；