[发明专利]一种电转气风电消纳的综合能源网多能耦合优化调度方法

说明书

本发明公开了一种电转气风电消纳的综合能源网多能耦合优化调度方法，涉及综合能源系统协调优化领域。首先，考虑设备限制和功率平衡限制，建立多能量网络模型。然后，提出一种考虑电转气(power to gas，P2G)吸收风能的双层层优化策略，上层模型为电转气的天然气系统的日前调度，下层模型为含风电的电‑热系统的日前经济调度。再次，根据下部模型的KKT条件，将两层模型转换为单层模型，将非线性方程线性化，将非线性模型转换为混合线性优化问题，并调用GAMS优化软件进行求解。实现电‑气‑热互联综合能源系统的双向耦合，使综合能源系统的运行成本最小，提高风电利用效率。

技术领域

本发明涉及综合能源系统协调优化领域，尤其涉及一种电转气风电消纳的综合能源网多能耦合优化调度方法。

背景技术

随着新能源发电，灵活的AC/DC传输技术，电动汽车和储能设备等柔性负载的大规模使用，微电网的动态过程得到了极大的加速，并且极大地依赖于信息反馈和决策。目前，信息通信系统中事件的离散性和电力系统中时间的连续性使得网络物理能源系统的研究更加复杂。

目前，对于综合能源系统协调优化运行已有一些研究。英国曼彻斯特大学开发了电-热-气系统及用户交互平台的综合能源系统，对用户终端实现了用能、节能和需求响应3个功能。德国通过鼓励E-Energy项目建设，侧重于能源和信息系统集成，采用数字网络实现发电的安全供给、高效利用以及气候保护。欧盟规划了欧盟电网新计划路线图，致力于融合各国能源系统建设跨欧洲的高效能源系统。日本早在2010年就成立日本智能社区联盟，专注于智能社区技术与综合能源系统示范工程建设。有文献提出了含有冷热电联供和风电的IES优化调度策略，并将天然气系统安全约束集成到优化调度模型中；也有文献提出了考虑机组调峰主动性的电热协调调度方法；也有文献建立了与电力系统模型相容的热力系统能量流模型，然后考虑换热环节约束建立了优化调度模型。

以风电为代表的可再生能源发电具有较强的波动性和间歇性，在电网调节资源有限的情况下，会产生较大的弃风，而电转气(power to gas，P2G)技术为风电消纳提供新思路。电转气技术可通过化学反应产生合成天然气，从而实现电能到天然气的转化，同时进一步加深电-气综合能源系统的耦合，与燃气轮机共同实现两个系统的双向耦合。有文献介绍电转气技术的原理，并对其经济性进行分析；也有文献从长期运行角度对电转气技术对电-气综合能源系统运行的影响进行分析，但并未分析其对于风电消纳的影响。电转气消耗的电能可以改变系统的负荷分布，增加负荷低谷时刻的负荷值，将富余的风电进行再利用，从而促进风电消纳。

在市场环境下，天然气系统各气源的报价不同，若忽略其优化分配会降低天然气系统运行的经济性，故各气源供气量需要进行优化调度。但在已有对于电-气综合能源系统的研究中，同时考虑天然气系统与电力系统优化调度的研究较少，且多考虑电转气过程中产生的合成天然气进行长期储存，未对技术成熟后电转气作为储气站参与到天然气网络运行中的作用进行分析。同时，电力和天然气系统在进行协调调度过程中，两个系统参数的数量级等存在差异，故统一构建优化模型难以同时兼顾两个系统的经济性。

目前缺乏成熟的电转气技术来合理消纳弃风资源，参与电、气、热能源协调运行。传统基于单一能源系统的独立分析方法已不适用于强耦合的电力-天然气-热力能源系统，迫切需要从电-气-热综合能源系统角度出发，寻求计及三者运行约束的协调优化运行方式。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种考虑电转气合理利用弃风的电-气-热综合能源系统优化调度方法。构建一种考虑电转气合理消纳风电的电–气-热综合能源系统双层优化调度模型；通过燃气机组和电转气，实现电-气-热互联综合能源系统的双向耦合，使综合能源系统的运行成本最小，提高风电利用效率。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是构建一种考虑电转气合理消纳风电的电–气-热综合能源系统双层优化调度模型；通过燃气机组和电转气，实现电-气-热互联综合能源系统的双向耦合，使综合能源系统的运行成本最小，提高风电利用效率。