[发明专利]一种考虑电转气和不确定性的区域综合能源系统运行鲁棒优化方法

说明书

本发明公开了一种考虑电转气和不确定性的区域综合能源系统运行鲁棒优化方法，包括根据电化学反应的原理对电转气过程详细建模，基于能源中心模型用矩阵的形式分析不同能量形式之间的耦合关系；建立考虑多种负荷预测功率不确定性的区域综合能源系统运行优化模型，并根据多面体形式的不确定区间建立两阶段鲁棒优化模型；将两阶段鲁棒优化模型分解为主问题与子问题，将子问题转化为单一目标的优化问题，并进行迭代求解得到综合能源系统鲁棒优化方案。本发明充分挖掘多种能源形式之间互补互济、柔性调度的潜力，能够减小弃风，提高综合能源系统运行的经济性和灵活性；能够根据区域综合能源系统实际情况协调运行风险和成本间的矛盾。

技术领域

本发明属于综合能源系统运行优化领域，具体涉及一种考虑电转气和不确定性的区域综合能源系统运行鲁棒优化方法。

背景技术

综合能源系统(RIES)被认为是未来人类社会能源的主要承载形式。其通过实现多种异质能源子系统之间的协调规划和互补互济，在满足系统内多元化用能需求的同时，有效地促进可再生能源就地消纳。由于RIES含有多样化的负荷类型，功率预测不确定性和时变性强，综合能源系统能量优化调度方式与传统微电网的调度方法相比面临更大的挑战。

电转气(P2G)技术作为RIES的重要支撑技术之一，通过电-气网络的深度融合，为解决弃风消纳问题提供了有效途径。已有的关于电转气技术在综合能源系统中的应用，侧重于利用P2G技术的能量转换和时空平移特性解决可再生能源过剩的问题；或侧重于电-气混联综合能源系统的协同规划。当前研究通常将电-气-氢耦合考虑为固定效率，对氢储能建模采用广义储能模型。实际中，作为P2G技术核心能源转换装置的电解槽在运行过程中受输入功率、额定容量等因素影响转换效率并不固定；氢储能的充放过程分为压缩-存储-再压缩3个阶段，压缩机的工作过会带来耗能问题，这与蓄电池的充放电过程有所区别。

区域综合能源系统还需考虑供需侧不确定性因素给系统调度带来的风险。处理不确定量的优化方法包括：基于概率分布的随机规划、机会约束优化、鲁棒优化等。其中，RIES中不确定变量众多，随机规划、机会约束优化很难获得较为精确的概率分布函数，影响方法的精确性。鲁棒优化只需知道不确定参数的波动范围，通过一个不确定集合表征参数的波动，当在不确定集合中取值时，鲁棒优化模型就一定能得到确定的可行解。由于无需获得其精确的概率分布，计算量明显降低。在经济调度问题中，鲁棒优化方法按照建模思路的不同可分为两阶段鲁棒优化模型和工程博弈模型。目前有关不确定性因素对电力网络的影响及分析方法已有较多研究，相比而言，不确定性因素对综合能源系统的影响分析尚处于起步阶段。因此，一种考虑电转气和不确定性的区域综合能源系统运行鲁棒优化方法急需提出。

发明内容

发明目的：为了解决现有区域综合能源系统运行技术中对电转气环节和不确定性因素考虑不足的问题，本发明提供一种考虑电转气详细建模和源荷不确定性的区域综合能源系统运行鲁棒优化方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种考虑电转气和不确定性的区域综合能源系统运行鲁棒优化方法，包括以下步骤：

(1)根据电化学反应的原理对电转气过程详细建模，基于能源中心模型用矩阵的形式分析不同能量形式之间的耦合关系；

(2)建立考虑风电出力和电、热、天然气、氢气多种负荷预测功率不确定性的区域综合能源系统运行优化模型，并根据多面体形式的不确定区间建立两阶段鲁棒优化模型；

(3)将步骤(2)得到的两阶段鲁棒优化模型分解为主问题与子问题，使用KKT条件和bigM方法将子问题转化为单一目标的优化问题，并进行迭代求解得到综合能源系统鲁棒优化方案。

进一步的，步骤(1)包括：

(11)根据电化学反应的原理对电转气过程详细建模，其中电解槽制氢气是一切电转气工艺的基础，电解输出氢气的量由如下的数学模型表示：