[发明专利]计及热量非对称热损的随机电热耦合系统优化调度方法

权利要求书

1.计及热量非对称热损的随机电热耦合系统优化调度方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：基于考虑实际热量损失的热网管道热量迁移过程，建立计及热量非对称损失的热力系统模型；

热网管道热量迁移过程由稳态温度模型表示，如式(1)所示：

式中，m和c分别表示管道热水的质量流量和比热容；T表示管道在空间上的平均温度；q表示管道长度dx对应的热量损失；

在热网管道热量迁移过程中，实际热量损失包括对称热损过程和非对称热损过程；

对称热损过程的热量损失计算，如式(2)、式(3)所示：

上式中，v表示供水管道网络；r表示回水管道网络；s表示对称热损过程；和分别表示供水/回水管道的对称热损量；T^v和T^r分别表示供水/回水管道的平均温度；T^b表示外界环境的平均温度；R_s表示对称热损过程的热阻系数；

非对称热损过程的热量损失计算，如式(4)所示：

式中，q_a表示供水/回水管道的非对称热损量；R_a表示非对称热损过程的热阻系数；

在计及热量非对称损失后的热网管道热量迁移过程，如式(5)-(6)所示：

式中，m^v表示供水管道热水的质量流量；c表示管道热水的比热容；T^v和T^r分别表示供水/回水管道空间上的平均温度；T^b表示外界环境的平均温度；表示供水管道的对称热损量；q_a表示供水/回水管道的非对称热损量；R_s和R_a分别表示对称和非对称热损过程的热阻系数；

式中，m^r表示回水管道热水的质量流量；c表示管道热水的比热容；T^v和T^r分别表示供水/回水管道空间上的平均温度；T^b表示外界环境的平均温度；表示回水管道的对称热损量；q_a表示供水/回水管道的非对称热损量；R_s和R_a分别表示对称和非对称热损过程的热阻系数；其中，式(6)中-m^r的负号表示在供水管道热水流动方向为正的前提下，用负号来解释回水管道的相反流动；

步骤2：采用步骤1建立的计及热量非对称损失的热力系统模型，在传统电热耦合系统结构中考虑风电不确定性的影响，建立随机电热耦合系统优化调度模型；

随机电热耦合系统优化调度模型包括：优化调度模型的目标函数、优化调度模型的约束条件：

优化调度模型的目标函数以优化调度模型的总调度成本最小为优化目标，并将弃风电量以惩罚项的形式加入目标函数，如式(19)所示：

min F_total＝F_chp+F_con+F_wind (19)；

式中，F_total表示随机电热耦合系统的总调度成本；F_chp和F_con分别表示随机电热耦合系统中热电联产机组和火电机组的调度成本；F_wind表示随机电热耦合系统中风电机组的弃风惩罚成本；

F_chp、F_con和F_wind的计算，如式(20)-(22)所示：

式中，F_chp表示随机电热耦合系统中热电联产机组和火电机组的调度成本；t表示当前调度时刻；T表示所有调度时刻构成的集合；g表示随机电热耦合系统中热电联产机组的编号；ψ_chp表示所有热电联产机组的集合；f_g,p和f_g,q分别表示热电联产机组g的电/热出力成本；P_g,t和Q_g,t分别表示t时刻热电联产机组g的电/热出力；

式中，F_con表示随机电热耦合系统中火电机组的调度成本；t表示当前调度时刻；T表示所有调度时刻构成的集合；k表示随机电热耦合系统中火电机组的编号；ψ_con表示所有火电机组的集合；f_k表示火电机组k的电出力成本；P_k,t表示t时刻火电机组k的电出力；

式中，F_wind表示随机电热耦合系统中风电机组的弃风惩罚成本；t表示当前调度时刻；T表示所有调度时刻构成的集合；i表示随机电热耦合系统中风电机组的编号；ψ_wind表示所有风电机组的集合；δ_i表示风电机组i的弃风惩罚项系数；P_i,t,max表示t时刻风电机组i的实际最大电出力；P_i,t表示t时刻风电机组i的电出力；

优化调度模型的约束条件包括电力系统运行的约束条件和热力系统运行的约束条件：

1)：电力系统运行的约束条件由机组电出力平衡的约束条件、火电机组运行的约束条件、风电机组运行的约束条件、热电联产机组运行的约束条件和联络线线路功率的约束条件共同构成，

机组电出力平衡的约束条件，如式(23)所示：

式中，g、k、i和j表示随机电热耦合系统中热电联产机组、火电机组、风电机组和用户电负荷的编号；ψ_chp、ψ_con、ψ_wind和ψ_d表示所有热电联产组、火电机组、风电机组和用户电负荷构成的集合；P_g,t表示t时刻热电联产机组g的电出力；P_k,t表示t时刻火电机组k的电出力；P_i,t表示t时刻风电机组i的电出力；P_j,t表示t时刻用户电负荷j的电需求；

火电机组运行的约束条件，如式(24)所示：

P_k,t,min≤P_k,t≤P_k,t,max (24)；

式中，P_k,t表示t时刻火电机组k的电出力；P_k,t,min和P_k,t,max分别表示t时刻火电机组k的最小和最大电出力；

风电机组运行的约束条件，如式(25)所示：

0≤P_i,t≤P_i,t,max (25)；

式中，P_i,t,max表示t时刻风电机组i的实际最大电出力；P_i,t表示t时刻风电机组i的电出力；

热电联产机组运行的约束条件，如式(26)-(28)所示：

P_g,t≥r_gQ_g,t (26)；

式中，P_g,t和Q_g,t分别表示t时刻热电联产机组g的电/热出力；r_g表示热电联产机组g的电/热出力耦合系数；

F_g,t,min≤ρ_g,pP_g,t+ρ_g,qQ_g,t≤F_g,t,max (27)；

式中，F_g,t,min和F_g,t,max分别表示t时刻热电联产机组g的最小和最大燃料摄入量；ρ_g,p和ρ_g,q分别表示热电联产机组g的电/热出力燃料消耗率；P_g,t和Q_g,t分别表示t时刻热电联产机组g的电/热出力；

0≤Q_g,t≤Q_g,t,max (28)；

式中，Q_g,t表示t时刻热电联产机组g的热出力；Q_g,t,max表示t时刻热电联产机组g的最大热出力；

联络线线路功率的约束条件，如式(29)-(30)所示：

L_l,t,min≤L_l,t≤L_l,t,max (29)；

式中，L_l,t表示t时刻联络线线路l的功率；L_l,t,min和L_l,t,max分别表示t时刻联络线线路l的功率最小值和最大值；

式中，L_l,t表示t时刻联络线线路l的功率；l、g、k、i和j表示随机电热耦合系统中线路、热电联产机组、火电机组、风电机组和用户电负荷的编号；ψ_chp、ψ_con、ψ_wind和ψ_d表示所有热电联产组、火电机组、风电机组和用户电负荷构成的集合；G_l-g表示热电联产机组的功率分配系数；G_l-i表示风电机组的功率分配系数；G_l-k表示火电机组的功率分配系数；G_l-j表示用户电负荷的功率分配系数；P_g,t表示t时刻热电联产机组g的电出力；P_k,t表示t时刻火电机组k的电出力；P_i,t表示t时刻风电机组i的电出力；P_j,t表示t时刻用户电负荷j的电需求；

2)：热力系统运行的约束条件由网络节点的约束条件和热网管道的约束条件共同构成；

网络节点的约束条件，如式(31)-(38)所示：

式中，表示t时刻网络节点n处热电联产机组g的热出力；c表示管道热水的比热容；表示t时刻网络节点n处热电联产机组g管道热水的质量流量；和分别表示t时刻网络节点n处热电联产机组g管道的入口和出口温度；

式中，表示t时刻网络节点n处用户热负荷d的热需求；c表示管道热水的比热容；表示t时刻网络节点n处用户热负荷d管道热水的质量流量；和分别表示t时刻网络节点n处用户热负荷d管道的入口和出口温度；

式中，e表示热网管道的编号，和分别表示与网络节点n相连的前侧和后侧热网管道编号集合；表示t时刻供水管道e热水的质量流量；和分别表示t时刻网络节点n处热电联产机组g和用户热负荷d管道热水的质量流量；表示t时刻供水管道e的出口温度；表示t时刻网络节点n处热电联产机组g管道的出口温度；表示t时刻供水管道网络节点n的温度；

式中，e表示热网管道的编号，和分别表示与网络节点n相连的前侧和后侧热网管道编号集合；表示t时刻回水管道e热水的质量流量；和分别表示t时刻网络节点n处热电联产机组g和用户热负荷d管道热水的质量流量；分别表示t时刻回水管道e的出口温度；表示t时刻网络节点n处用户热负荷d管道的出口温度；表示t时刻回水管道网络节点n的温度；

式中，e表示热网管道的编号，和分别表示与网络节点n相连的前侧和后侧热网管道编号集合；和分别表示t时刻网络节点n处热电联产机组g和用户热负荷d管道热水的质量流量；表示t时刻供水管道e热水的质量流量；

式中，e表示热网管道的编号，和分别表示与网络节点n相连的前侧和后侧热网管道编号集合；和分别表示t时刻网络节点n处热电联产机组g和用户热负荷d管道热水的质量流量；表示t时刻回水管道e热水的质量流量；

式中，e表示热网管道的编号，表示与网络节点n相连的后侧热网管道编号集合；表示t时刻供水管道e的入口温度；表示t时刻网络节点n处用户热负荷d管道的入口温度；表示t时刻供水管道网络节点n的温度；

式中，e表示热网管道的编号，表示与网络节点n相连的前侧热网管道编号集合；表示t时刻回水管道e的入口温度；表示t时刻网络节点n处热电联产机组g管道的入口温度；表示t时刻回水管道网络节点n的温度；

热网管道的约束条件，如式(39)-(42)所示：

式中，和分别表示t时刻供水/回水管道e的入口温度；表示t时刻供水管道e的出口温度；T^b表示外界环境的平均温度；R_s和R_a分别表示对称和非对称热损过程的热阻系数；ξ_e,t表示t时刻热网管道e的热量损失系数；

式中，表示t时刻供水管道e的入口温度；和分别表示t时刻供水/回水管道e的出口温度；T^b表示外界环境的平均温度；R_s和R_a分别表示对称和非对称热损过程的热阻系数；ξ_e,t表示t时刻热网管道e的热量损失系数；

式中，ξ_e,t表示t时刻热网管道e的热量损失系数；R_s和R_a分别表示对称和非对称热损过程的热阻系数；c表示管道热水的比热容；l_e表示供水/回水管道e的长度；m_e,t表示供水/回水管道e热水的质量流量；

式中，ξ_e,t表示t时刻热网管道e的热量损失系数；m_e,t表示供水/回水管道e热水的质量流量；l_e表示供水/回水管道e的长度；

步骤3：基于步骤2建立的随机电热耦合系统优化调度模型，采用信息间隙鲁棒优化方法对其风电不确定性进行建模并对模型松弛求解；

通过上述步骤，实现随机电热耦合系统优化调度。