[发明专利]考虑柔性约束与全周期成本的电-气配网柔性规划方法

权利要求书

1.考虑柔性约束与全周期成本的电-气配网柔性规划方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：从数据库获取未来时段的负荷预测数据，以及设备特性、价格参数和电力、天然气价格参数；

所述的设备特性参数包括线路ij的电阻R_ij，线路ij的电抗X_ij，线路ij的最大潮流P_ij,max；

所述的价格参数包括输电线路投资费用LIV、输气管道投资费用PIV和CCHP耦合设备投资费用CIV；

所述的电力参数为第t年d时段的购电价格CP_t,d；

所述的天然气参数为第t年d时段的购气价格CG_t,d；

所述的负荷预测数据为用电量和天然气用量；

步骤二：设定目标函数为全周期成本最小，即柔性投资成本与柔性运行成本之和最小，min C_total＝C′_inv+C′_ope；其中柔性投资成本见公式(1)，柔性运行成本见公式(2)；

柔性投资成本C′_inv＝C_inv[(1+β)^T-1] 公式(1)

其中β表示银行年利率，T表示规划周期年限，基于CCHP的电-气配网投资成本LIV_l、PIV_p和CIV_c分别为输电线路l、输气管道p和CCHP耦合设备c的投资费用；SLL、SLP和SLC分别为待选输电线路、输气管道和CCHP耦合设备；x_lt、y_pt和z_ct分别表示第t年输电线路l、输气管道p和CCHP耦合设备c的建设状态，其中1表示已投建，0表示未投建；

柔性运行成本

其中

规划周期内第t年的系统维护成本

规划周期内第t年的购电/气成本

LM_l,t、PM_p,t和CM_c,t分别表示第t年输电线路l、输气管道p和CCHP耦合设备c的维护费用；L_t、P_t和C_t分别表示第t年已投建的输电线路、输气管道和CCHP耦合设备集合；CP_t,d和CG_t,d分别表示第t年d时段的购电、购气价格；P_t,d和G_t,d分别表示第t年d时段系统购电量、购气量；

步骤三：基于二阶锥优化模型SOCP建立配电网潮流模型，进一步引入柔性潮流约束，并考虑配电网其他约束、天然气网其他约束和CCHP耦合约束，建立以步骤(2)所提柔性总成本为目标函数的基于CCHP耦合的电-气协同柔性规划模型；

所述的配电网潮流模型具体是：

式中，P_i^SUB、Q_i^SUB表示变电站注入节点i的有功功率和无功功率，P_i^CCHP、Q_i^CCHP表示节点i处CCHP发电有功功率和无功功率，P_i^D、Q_i^D表示节点i电负荷有功功率和无功功率；P_ij，Q_ij分别表示线路ij的有功、无功潮流；表示线路ij电流幅值的平方，V_i^sqr表示节点i电压幅值的平方；R_ij，X_ij，Z_ij分别表示线路ij的电阻、电抗和阻抗值；

所述的柔性约束具体是：

线路ij的有功潮流P_ij≤α₁P_ij,max 公式(6)

管道r-s上流过的气流值G_rs≤α₂G_rs,max 公式(7)

其中α₁和α₂分别表示配电网线路和配气网管道的柔性负载率参数，其取值范围为(0,1]；P_ij,max表示线路ij的最大潮流，i,j∈N,i≠j，N为配电网节点集合；G_rs,max表示管道r至s段的最大气流值，r,s∈X,r≠s，X为配气网节点集合；

配电网其他约束如下：

(1)变电站潮流约束：

P_k.sub≤P_k.sub,max,k∈M 公式(8)

(2)节点电压约束：

V_i≤V_max,i∈N 公式(9)

天然气网其他约束如下：

(1)节点流量平衡约束；

式中，G_CCHPr表示节点r处CCHP耗气流量，G_Dr表示节点r气负荷流量，G_SUBr表示气站注入节点r气流量，表示从节点r到节点s的气流量，X表示与节点r相连的节点集合，C_rs²表示rs段天然气管道的管道常数，p_r和p_s分别表示节点r和s的天然气绝对压力；

(2)气站流量约束；

G_h,sub≤G_h,sub,max,h∈Y 公式(11)

式中，G_h,sub表示气站h的输出气流，G_h,sub,max表示气站h的输出气流上限，Y表示配网气站集合；

(3)节点气压约束；

p_r≤p_max,r∈X 公式(12)

式中，p_r表示节点r的气压，p_max表示管道节点气压上限；

针对电-气配网规划模型，需区别于电网和气网的独立规划，进一步考虑CCHP耦合约束如下：

P_z,CCHP＝c_g2pG_z,CCHP,z∈Z 公式(13)

式中，P_z,CCHP表示耦合节点z的CCHP发电功率，c_g2p表示耦合节点z的CCHP能量转换系数，G_z,CCHP表示耦合节点z的CCHP耗气流量，Z表示电-气配网耦合节点集合；

基于CCHP耦合的电-气协同柔性规划模型：

min C_total＝C′_inv+C'_ope

s.t.

柔性潮流约束：公式(6)-(7)

电-气配网其他约束：

CCHP耦合约束：公式(13)；

步骤四：为求解配电网潮流模型，引入二阶锥方程，将规划决策变量和运行决策变量嵌入到上述基于CCHP耦合的电-气协同柔性规划模型中，得到可直接求解的混合整数二阶锥优化模型；采用优化模型建模工具YALMIP调用商用求解器MOSEK求解上述形成的混合整数二阶锥优化规划问题；所得解即为最终规划方案；

规划决策变量包括是否新建配电线路/配气管道、是否改造已有配电线路/配气管道、是否新建CCHP耦合设备；

运行决策变量包括联供系统各网络及设备运行状态、购气量和购电量。