[发明专利]基于交替方向乘子法的电-气能量流分布式协同优化计算方法

说明书

本发明提供一种基于交替方向乘子法的电‑气能量流分布式协同优化计算方法：首先根据研究对象电‑气互联系统确定分布式独立优化主体——电力优化主体和天然气优化主体，各主体处于同等地位；分析电‑气互联系统的连接特点，研究耦合元件模型，并将其抽象为相应的耦合约束，确定电力流、天然气流共享变量；在此基础上，针对天然气系统管道气流方向优化问题，采用McCormick方程及松弛技术构建与主体相对应的二阶锥规划子问题；各优化子问题按照交替方向乘子法求解模式相互交互、交替求解，并按照收敛判据判定收敛性，实现电力流与天然气流的分布式协调优化计算。

技术领域

本发明属于多能流优化计算领域，目的是实现电力系统、天然气系统分布自治、协调优化。具体涉及一种基于交替方向乘子法的电-气能量流分布式协同优化计算方法。

背景技术

能源互联网是当前国际学术界和企业界关注的新焦点，强调多种能源之间的开放互联与协同优化，被誉为第三次工业革命的核心技术。同时随着环保压力增加和技术进步，全球能源消费的低碳化趋势日益明显。与燃煤/燃油机组相比，天然气机组相对清洁，在世界电力一次能源供应体系中占据越来越重要的位置：目前，美国、英国和日本的燃气机组已分别占到全部装机的40％、34％和29％；截至2014年底我国燃气发电装机占全国发电装机总量的4％。在未来能源互联网环境下，电力系统与天然气系统将高度融合，燃气机组在电力系统发电侧的占比有望明显提升。

燃气机组作为连接电力系统、天然气系统的纽带，随着燃气机组占比不断增加，天然气系统的供气量、天然气价格、天然气管道故障等直接影响电力系统运行安全和运行费用，电力系统负荷需求、系统潮流同样也会影响天然气系统管道气流。传统上，电力系统和天然气系统分属于电力和天然气两个独立公司管理运营，在做决策时往往忽略两系统间的耦合关系。但是随着两系统相互作用不断增强，因此研究电、气两系统的相互作用关系对维持系统稳定、降低系统风险及提高系统经济性有重要意义。

目前，对电、气互联系统的电力流与天然气流协同优化问题已经有很多方法。但这些方法通常假定电力与天然气系统垄断运营，由唯一的决策主体(联合调度中心)进行电力流与天然气流的统一优化决策。这种仅含单个决策主体的集中式优化模型与现实中电力和天然气系统一般由不同的运营商负责经营管理并不一致。实际上，两个系统间仅支持少量数据交互，要通过联合调度中心来获得整个电-气互联能源系统的全局信息是相当困难的。这个问题亟需针对电力流与天然气流的实际决策特点——多主体自治决策，运用分布式协同优化手段来解决。

同时天然气系统优化问题中，对于天然气管道气流方向性问题，目前的优化方法是凭经验预先确定管道气流方向再优化计算，但此种处理方法极有可能使得优化结果陷入局部最优解，不能保证了优化结果的全局性，本发明提出的混合整数二阶锥规划优化方法能够有效解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的问题，提供一种基于交替方向乘子法的电-气能量流分布式协同优化计算方法：首先根据研究对象电-气互联系统确定分布式独立优化主体——电力优化主体和天然气优化主体，各主体处于同等地位；分析电-气互联系统的连接特点，研究耦合元件模型，并将其抽象为相应的耦合约束，确定电力流、天然气流共享变量；在此基础上，针对天然气系统管道气流方向优化问题，采用McCormick方程及松弛技术构建与主体相对应的二阶锥规划(SOCP)子问题(电力优化子问题、天然气优化子问题)；各优化子问题按照交替方向乘子法求解模式相互交互、交替求解，并按照收敛判据判定收敛性，实现电力流与天然气流的分布式协调优化计算。具体步骤如下：

1)确定优化主体、设置共享变量、拆分耦合约束

根据电-气互联系统研究对象及电力系统、天然气系统垄断运行、分布自治的特点，确定分布式独立优化主体——电力优化主体和天然气优化主体，两主体处于同等地位，各主体独立管理运营、优化调度各系统。

燃气机组是连接电力系统与天然气系统的耦合元件，其作用是将天然气化学能转化为电能。燃气机组模型常用其二次耗量特性描述：