[发明专利]一种区域综合能源系统的多目标优化调度方法

权利要求书

1.一种区域综合能源系统的多目标优化调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)建立区域综合能源系统模型；

(2)建立区域综合能源系统多目标函数；

(3)将多目标函数转化为单目标问题并进行寻优；

(4)设计不同的调度方案，输入实际数据，建立如上所述的模型并求解；

(5)根据每种调度方案的结果对系统进行调节；

步骤(1)中，建立区域综合能源系统模型方法如下：

步骤1.1：区域配电系统各约束表达如下：

步骤1.1.1：系统节点平衡约束，对于电力系统的节点i：

式中，与为t时段区域配电系统从上一级主电网分配的有功、无功功率；P_i^t、表示区域配电系统的节点i在t时段的有功、无功功率；表示微型燃气轮机组在t时段的有功、无功出力；表示t时段节点i的有功、无功负荷；为t时段电转气设备的功率；和表示节点i上的分布式光伏在t时段的弃光率、光伏的有功出力及逆变器调节无功功率的值，t∈PVT表示光伏出力的时段，为t时刻光伏的无功出力；

步骤1.1.2：微型燃气轮机组约束

微型燃气轮机需满足出力约束和爬坡约束：

式中，和分别为微型燃气轮机有功与无功出力上下限，R_D为爬坡约束极限值；

步骤1.1.3：电压质量与支路潮流约束

式中，和分别表示系统节点i电压幅值与相角上、下限；表示系统节点i和节点j之间的支路ij的视在功率，与为其上下限；

步骤1.1.4：分布式光伏有功削减约束

分布式光伏的弃光率需要满足约束：

其中，ξ^max为根据需要确定的分布式光伏弃光率上限；

步骤1.1.5：逆变器调节约束

逆变器调节采用电压-无功控制方案，无功调节量Q_INV需要满足以下约束：

Q_INV为逆变器无功调节量，Q_INV0表示向系统注入无功；表示逆变器最大无功可调量，其计算公式为：

式中，表示DPV在最大功率点跟踪模式下输出的有功功率；S_INV为逆变器容量；为分布式光伏的弃光率；μ为DPV功率因数；表示分布式光伏出力的值，μ^min是功率因数最小值；

步骤1.2：区域配气系统模型如下：

步骤1.2.1：气源节与负荷节点压力约束：

式中，表示气源点在t时刻的天然气供气量，和分别表示气源中心供气的上下限；表示节点n在t时刻气压，和表示天然气节点n压力的上、下限；

步骤1.2.2：管道约束

在满足流体力学方程与伯努利方程的前提下，使用非线性方程描述天然气管道的流量：

式中，s_nm是与管道参数、气体密度、气体温度相关的常数；表示t时刻天然气节点n与节点m间管道的流量；

步骤1.2.3：储气设施约束

储气设施需要考虑自身容量和天然气注入、输出流量的限制，即：

式中，为t时段储气设施的天然气存储值，为其容量上限；与为t时段注入和输出天然气的流量，和为储气罐流入/流出天然气的流量上限；

步骤1.2.4：流量平衡方程

根据天然气的节点能量守恒定律，对于天然气节点n，其能量平衡方程为：

式中，m∈n表示所有与节点n相连的节点m的集合；表示t时刻节点n上的气源点的供气量；和为节点n上储气罐在t时刻的流入/流出天然气的量；表示t时刻节点n上的电转气设备转化天然气的量；和表示t时刻节点m和节点n之间的管道mn的流出与流入的流量；表示t时段节点n的天然气负荷；

步骤1.2.5：天然气-热量转化约束

天然气流量通过其热值转化为功率流，二者之间的换算关系为：

式中，表示t时刻的天然气功率流；H_gas为天然气热值；表示t时刻天然气流量；

步骤1.3：区域配电与区域配气系统的耦合模型如下：

步骤1.3.1：能源集线器

一个α输入-β输出的能源集线器需要满足等式约束：

L_β×1＝C_β×αP_α×1

式中，C为耦合矩阵，P与L分别表示能源输入与输出矩阵；

步骤1.3.2：电转气技术

电转气的全过程可以表示为：

式中，和分别为t时段电转气转化的有功功率和生成的天然气的量，为转化效率，H_gas为天然气热值；

步骤(2)中，建立区域综合能源系统目标函数方法如下：

(2.1)目标函数一：系统总成本

其中f₁^t为系统的运行成本，为系统的控制成本，T表示调度的时间合集，每部分具体表达式如下：

f₁^t包括区域配电系统的购电成本、区域配气系统的购气成本、微型燃气轮机的运行成本以及能源集线器的运行成本：

式中，C_MG、C_w、C_MT和C_EB分别为上级电网分配电量、气源点供气、燃气轮机出力和能源集线器运行的单位成本；和分别为t时刻上级电网分配的电量、气源点供气量、燃气轮机出力和能源集线器转化有功的值；

包括光伏有功削减成本、电转气运行成本、逆变器调节成本和储气设施存储成本：

式中，C_DPV、C_P2G、C_INV和C_Qc分别为分布式光伏弃光、电转气运行、逆变器无功调节、储气罐存储的单位成本；为t时段分布式光伏的逆变器与上一时段的无功调节量的差值；

(2.2)目标函数二：电压、气压波动的控制效果通过实际值与控制期望值间的相对偏差K_WA来表示：

式中，N_e与N_g分别为区域配电系统与区域配气系统的总节点数；和分别表示t时刻区域配电系统节点i的电压和区域配气系统节点n的气压；U_ref与π_ref为日前优化调度的电压与气压控制期望值；

目标函数二可以表示为：

式中，K_WA表示气压、电压实际值与控制期望值间的相对偏差，T表示调度的时间合集。