[发明专利]电-气互联系统能量流单段线性化建模方法

说明书

本发明公开电‑气互联系统能量流单段线性化建模方法，涉及电力系统优化技术领域，包括以下步骤：根据能量流模型线性化误差与变量状态空间的相关性，构建基于状态空间变换理论的单段线性化能量流模型；构建以气压幅值幂函数为状态空间变量的天然气系统管道流量与管道管存单段线性化模型；构建以全域最大误差最小化为目标的状态空间变量优化选取模型，并提出状态空间变量优化选取模型的拆分求解策略；建立电‑气互联系统的系统最优能量流模型；对系统最优能量流模型进行仿真验证。本发明通过变换状态空间选取、非线性天然气模型单段线性处理为电‑气互联系统的优化决策提供精度高、表征复杂度低的基础模型，提升优化决策计算效率。

技术领域

本发明涉及电力系统优化技术领域，具体涉及电-气互联系统能量流单段线性化建模方法，具体涉及变换状态空间选取、非线性天然气模型单段线性处理和电-气互联系统最优能量流建模等内容。

背景技术

能量流模型是电-气互联系统优化决策与状态分析的模型基础，对决策与分析结果具有重要意义。电-气互联系统的能量流建模误差将带来严重后果，轻则降低能源利用效率，重则违反系统运行安全约束、引发运行风险。能量流模型中广泛存在的非线性特征使得以其为约束的电-气互联系统优化决策问题具有非凸特性，从而带来了优化计算收敛性差、计算结果鲁棒性低，以及优化问题对偶间隙非零等问题。

为解决上述问题，以天然气系统能量流模型一般采用分段线性技术对模型近似处理。这样处理的原因是，基于泰勒级数展开技术的线性化模型精度依赖于实际运行点和初始运行点的偏离量，若系统中各状态变量的取值范围较广，例如天然气系统的节点气压可在几百psi到上千psi内变化，实际运行点偏离初始运行点较远时模型误差较大。通过对比若干种分段线性方法处理天然气系统中韦茅斯方程的效果，指出增量分段线性近似方法的效果最佳。

然而，无论采用哪种分段线性方法，都需要引入整数变量来指示各分段是否被选中，整数变量的数目随分段数目的增加而增加。此时，优化调度问题被建模为一个混合整数线性规划问题。该问题一般基于分支定界过程求解，其计算负担随整数变量数目增加呈指数增长趋势。为保证较高的线性模型精度，分段数一般较多，计算负担难以承受。在此基础上，提出了改进的两阶段分段线性方法。该方法在第一阶段设置较少的分段数，从而粗略预测最优解所在的线性化区间，第二阶段仅在第一阶段所确定的区间内进一步进行分段数有限的线性化处理，从而大幅降低了整数变量数目。此外，还有方法采用由两组分段线性函数构成的包络来近似韦茅斯方程。但无论如何，只要采用分段线性技术，则需解决整数变量带来的枚举计算负担。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供电-气互联系统能量流单段线性化建模方法，为电-气互联系统优化决策提供准确的、表征复杂度低的基础模型，提升优化决策计算效率。

本发明提出的技术方案为：

电-气互联系统能量流单段线性化建模方法，包括以下步骤：

根据能量流模型线性化误差与变量状态空间的相关性，构建基于状态空间变换理论的单段线性化能量流模型；

构建以气压幅值幂函数为状态空间变量的天然气系统管道流量与管道管存单段线性化模型；

构建以全域最大误差最小化为目标的状态空间变量优化选取模型，并提出状态空间变量优化选取模型的拆分求解策略；

建立电-气互联系统的系统最优能量流模型；

对系统最优能量流模型进行仿真验证。

作为本发明的进一步技术方案为，所述根据能量流模型线性化误差与变量状态空间的相关性，构建基于状态空间变换理论的单段线性化能量流模型；具体包括：