[发明专利]基于二阶锥优化算法的天然气系统最优潮流求解方法

权利要求书

1.一种基于二阶锥优化算法的天然气系统最优潮流求解方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)建立天然气系统的管道流量方程；

(2)对于采用燃气轮机消耗的加压站，从天然气网络中汲取燃料驱动加压站运行，建立加压站模型；

(3)天然气系统的节点满足能量守恒，即流入该节点的流量等于流出该节点的流量，用关联矩阵的形式构造流量守恒模型；

(4)此外，天然气系统运行需满足气井供应约束、管道节点压力约束、管道流量约束和加压站两端压力比约束；

(5)包括步骤(1)～(4)的天然气模型除了管道流量方程是非凸非线性模型，其余为线性模型；将非凸的管道流量方程进行放缩，转化为二阶锥形式的凸方程；

(6)以天然气成本为目标函数，求解天然气系统的最优潮流；

(7)根据转化后的凸方程得到松弛间隙，为保证松弛为紧，在天然气最优潮流求解过程中引入割集进行迭代，保证最后得到的解为最优潮流解。

2.根据权利要求1所述的基于二阶锥优化算法的天然气系统最优潮流求解方法，其特征在于：步骤(1)对于天然气系统中输气管道k其两端节点分别为m和n，则其流量方程为：

其中：

式中，f_k为管道k的流量；S_mn为管道流量方向，+1表示从管道m流向n，-1则表示从管道n流向m；T₀为标准温度；π₀为标准压力；π_m、π_n分别为节点m和n的压力值；D_k为管道k的内径；F_k为管道摩擦因子；G为气体相对密度；L_k为管道k的长度；T_ka为管道k的平均温度；Z_a为管道k的平均压缩因子；

对于高压气网完全湍流，天然气流量方程近似表示为：

其中：

式中，ε为管道效率因子。

3.根据权利要求1所述的基于二阶锥优化算法的天然气系统最优潮流求解方法，其特征在于：步骤(2)驱动加压站消耗的功率表示为：

其中：

式中，B_k为中间参数，F_com,k为通过压缩机的气体流量，R_i为加压站两端压力的比值，此处设为常数，Z_k为气体压缩因子，T_ki为压缩机天然气汲取处温度，α为绝热指数，η_k为加压站效率，π_i为气体注入压缩机压力，π_j为气体输出压缩机压力；

加压站消耗的天然气流量为：

式中，α_Tk、β_Tk、γ_Tk为消耗天然气流量转换系数。

4.根据权利要求1所述的基于二阶锥优化算法的天然气系统最优潮流求解方法，其特征在于：步骤(3)流量守恒描述为：

(A+U)f+w-Tτ＝0

式中，f为支路流量值向量，w为各节点的气体注入向量，τ为各压缩机消耗流量值向量，矩阵A为线路-节点关联矩阵，表示管道与节点之间的联络，矩阵U为机组-节点关联矩阵，表示机组与节点之间的联络，T为压缩机消耗与节点关联矩阵，表示燃气轮机与节点之间的联络。

5.根据权利要求1所述的基于二阶锥优化算法的天然气系统最优潮流求解方法，其特征在于：步骤(4)各约束包括：

式中，分别为气井供应的上下限；为管道节点压力的上下限；为流过管道流量的上下限；为加压站两端压力比上下限。

6.根据权利要求2所述的基于二阶锥优化算法的天然气系统最优潮流求解方法，其特征在于：步骤(5)对于管道流量方程进行放缩，表示为：