[发明专利]一种区域综合能源系统多目标最优混合潮流算法

摘要

本发明公开了一种区域综合能源系统多目标最优混合潮流算法，包括：构建配电系统、燃气管网以及能量中心的数学模型、构建区域综合能源系统经济成本与污染气体排放量的多目标优化调度模型，选取约束条件后，在MATLAB软件中调用OpenDSS进行潮流计算，并基于改进非劣排序遗传算法进行优化，得到区域综合能源系统经济成本与污染气体排放量的帕累托前沿，通过将其与以经济成本与污染气体排放量为目标的单目标优化结果比较分析，证明了算法的正确性；并进一步可以得到区域综合能源系统的日前优化调度方案。本发明区域综合能源系统多目标最优混合潮流算法可以在保证满足系统运行约束条件下，为运行人员提供较多的调度方案，并根据实际需要决定最终运行方案。

主权项

1.一种区域综合能源系统多目标最优混合潮流算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、区域综合能源系统建模，包括1‑1)配电系统模型区域综合能源系统中三相电气网络支路ij的电压降方程如式(1)所示：式(1)中，为节点i、j的电压；为支路电流；为线路自阻抗；为线路互阻抗；其中，且节点功率如式(2)所示：1‑2)燃气管网模型天然气管道的流量方程如式(3)所示：式(3)中，F_kn为管道中天然气流量；p_k和p_n分别为节点k和n的压力；s_kn为方向参数，可由式(4)得到；k_kn为管道参数；燃气压缩机的功率消耗P_cp和天然气流F_cp如式(5)和(6)所示：F_cp＝P_cp/q_gas                (6)式(5)和式(6)中，P_cp为压缩机消耗功率；k_cp为压缩机的压缩比；T_K为天然气温度；p_m和p_k分别为压缩机入口处与出口处的压力；α为压缩机的多变指数；q_gas为天然气热值；1‑3)能量中心模型在区域综合能源系统中，电/气/热耦合环节是通过能量中心实现的，能量中心负责综合能源的转换、分配和存储，用能源集线器来描述能量中心中的能源耦合关系；第一类能量中心由变压器、中央空调以及CHP构成，输入输出关系如式(7)所示：式(7)中，v_AC为电能分配系数；η^T为变压器效率；η^AC为中央空调能效比；和为CHP产生电能与热能的效率；P_e和P_h分别为该能量中心输入端电功率与热功率；L_e和L_h为该能量 中心输出端电负荷与热负荷；第二类能量中心包括变压器、CHP以及燃气锅炉，输入输出关系如式(8)所示：式(8)中，v_CHP为天然气分配系数；η^GB为燃气锅炉的效率；和为CHP产生电能与热能的效率；步骤二、构建区域综合能源系统的多目标优化调度模型将配电系统、燃气管网以及能量中心的模型集成到区域综个能源系统的优化调控模型中，构建区域综合能源系统的多目标优化调度模型；包括：3‑1)区域综合能源系统的经济成本目标函数为：式(9)中：第一项为区域综合能源系统配电系统的购电成本，P_elec，t为t时配电系统用电量，单位：MW；C_elec，t为t时电价，单位：$/MWh；第二项为区域综合能源系统燃气管网的购气成本，F_gas，t为t时燃气管网用气量，单位：MW；C_gas，t为t时天然气价格，单位：$/MWh；3‑2)区域综合能源系统的污染气体排放量目标函数为：式(10)中：第一项为区域综合能源系统中配电系统购电时电网产生的污染气体，E_elec，i，t为t时电网第i种污染气体排放量，单位：ton；N为电网排放气体种类，包括CO₂，CO，SO₂以及氮氧化物；e_elec，i为电网第i种污染气体的排放因子，单位：ton/MWh；第二项为区域综合能源系统中能量中心运行时产生的污染气体，E_EC，j，t为t时第j个能量中心污染气体排放量，单位：ton；n为能量中心的数量；χ_EC，j为第j个能量中心污染气体的排放因子，单位：ton/MWh；L_h，j，t为t时第j个能量中心的热负荷，单位：MWh；步骤三、多目标优化调度约束条件选取4‑1)配电系统的约束条件包括：4‑1‑1)配电网购电功率约束：式(11)中，和分别为购电功率的上限和下限；4‑1‑2)配电网节点电压约束：式(12)中，V_i^max和V_i^min分别为配电网三相节点电压水平的上限和下限；4‑1‑3)配电网线路功率约束：式(13)中，为线路上允许流过的最大功率；4‑2)燃气管网的约束条件包括：4‑2‑1)压缩机压缩比约束：k_min≤k_cp≤k_max                 (14)式(14)中，k_max和k_min分别为压缩比的上限和下限；4‑2‑2)燃气管网节点压力约束：p_min≤p_k≤p_max                  (15)式(15)中，p_max和p_min分别为节点压力的上限和下限；4‑3)能量中心的约束条件包括：4‑3‑1)第一类能量中心功率约束：式(16)中，和分别为能量中心购电功率的上限和下限；和分别为能中心购气功率的上限和下限；为CHP机组容量；为中央空调容量；4‑3‑2)第二类能量中心功率约束：步骤四、优化调度求解，为运行人员提供较多的调度方案在MATLAB软件环境下调用OpenDSS软件对区域综合能源系统中的配电系统进行潮流计算，并基于改进非劣排序遗传算法对上述步骤二和步骤三所构建的模型进行求解，得到同时考虑区域综合能源系统经济成本与污染气体排放量的帕累托前沿，根据实际运行需要从中选择最终的运行方案。