[发明专利]一种基于二阶锥松弛转化方法的电-气综合能源微网优化调度方法

权利要求书

1.一种基于二阶锥松弛转化方法的电-气综合能源微网优化调度方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：建立电-气综合能源微网系统及内部设备模型，设定设备运行相关参数，将包含运行成本和环境成本的综合运行成本设定为目标函数；

S2：通过二阶锥松弛方法将非线性的潮流约束线性化，从而将非线性规划问题转化为二阶锥规划问题进行求解；

S3：在微网系统没有满足二阶锥规划应用条件的情况下，提出通过增加线路损耗以解决问题的方法。

2.如权利要求1所述的一种基于二阶锥松弛转化方法的电-气综合能源微网优化调度方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立电-气综合能源微网系统及内部设备模型，该系统涉及电力网络、氢储能系统、天然气网络三部分，微网系统运行的优化目标为综合运行成本最低，综合运行成本包括系统运行成本以及环境成本；

系统运行成本表示为：

f1＝f11+f12+f13 (1)

式(1)中f11为微网系统与主网能量交换的成本与收益，表示为：

其中C_e1为微网通过主网购电分时电价，而C_e2为微网向主网售电分时电价；表示t时段微网通过主网购电的有功功率，表示t时段微网向主网售电的有功功率；

式(1)中f₁₂为微网向天然气网络购售天然气的成本与收益，表示为：

其中C_g1表示天然气购买的价格，C_g2表示天然气出售的价格；表示t时段微网从气网购买的CH4功率，表示t时段微网出售的CH4功率；H表示天然气高热值；

式(1)中f13为微网系统运行能量损失惩罚成本，表示为：

其中K_Loss为权重系数，表示系统对于能量损失的重视程度，0≤K_Loss≤1；和分别表示微网系统中电解槽、燃料电池、氢转气装置和微型燃气轮机MT在能量转化时的能量损失；

为简化处理，在此微网系统中各种能量形式的转化均认为不会产生有害气体，因此环境成本由CO2排放量构成，环境成本表达式为：

其中是该区域电网单位供电平均CO2排放系数，是MT发电二氧化碳排放系数，是CH4的二氧化碳捕捉系数；

结合以上数学表达式，考虑经济性与环保性的综合运行成本目标函数为：

式中与分别为微网系统最大运行成本和最大环境成本，ω₁与ω₂为系统运行成本和环境成本各自的权重系数；通过标幺值方法，根据重视程度对系统运行成本和环境成本赋予不同的权重系数，将多目标优化问题转化为单目标问题。

3.如权利要求1或2所述的一种基于二阶锥松弛转化方法的电-气综合能源微网优化调度方法，其特征在于，所述步骤S2中，微电网潮流基本模型表示如下：

式中：p、q为节点注入有功和无功功率，P、Q为支路潮流有功和无功功率，V为节点电压，I为支路电流；

在式(8)-(13)中，支路阻抗r_ij、x_ij，节点对地导纳g_j、b_j均为常数，由于微网系统内部电压等级为400V，因此对地导纳g_j、b_j对微电网潮流的影响很小，为简便运算，将式(8)中的与进行忽略，节点电压V、支路电流I、支路潮流P、Q以及节点注入功率p、q为优化变量，显然它们之间为非线性关系，式(8)-(12)为一般电网潮流所共有的约束方程，式(13)为每个微电网系统所特有的约束条件，由微网自身的电力负荷、微源及其它微网内部结构决定；

通过二阶锥松弛方法将模型中的非线性约束线性化，从而将系统的非线性规划问题转化为二阶锥规划，对式(10)进行转化处理，首先定义并进行二阶锥松弛转化，得到：

式(14)可以等价转化为2型范数表达的二阶锥松弛的标准形式，再将代入式(8)-(9)，即得到通过二阶锥松弛转化后的最优潮流约束方程：

4.如权利要求1或2所述的一种基于二阶锥松弛转化方法的电-气综合能源微网优化调度方法，其特征在于，所述步骤S3中，原问题的非凸可行域C_original经二阶锥松弛转化为凸可行域C_SOC，如果由二阶锥松弛转化模型求解得到的最优解S还是C_original中的点，则二阶锥松弛转化是严格有效的，即最优解S也是原问题的最优解，其中所涉及的二阶锥实际上为旋转二阶锥，其标准形式为：

因为显然式(14)满足式(21)中x₁,x₂≥0的条件，且形式完全一致，微网系统结构为辐射状电力网络，对于辐射状电力网络，根据其建立的二阶锥松弛模型是严格准确的，即由二阶锥松弛模型计算得出的最优解也是原问题的最优解，同时，若微网运行的优化调度目标函数是凸函数，并且是支路电流的严格递增函数，则二阶锥松弛转化后的模型是准确收敛的；

对于微网系统，其系统优化成本目标是电网支路电流的严格递增函数，分析如下：

在满足式(14)的情况下，微电网中节点电压由于电压上下限的约束而基本不变(电压损耗为±5％)，而支路电流(实际为支路电流的平方)在满足电流上下限的约束下可以有大范围的取值，但当与支路电流实际值的差值越大，则微电网支路上的损耗增加也越大，从而使得电源需要提供更多的有功功率来满足式(16)中的有功功率平衡约束，导致系统成本目标增加；

此时微网系统成本目标是支路电流的严格递增函数，在追求系统成本目标最低的求解过程中，使得不断向式(14)的等号处进行收敛趋近，最终使得等于支路电流实际值，因而对电网潮流约束进行二阶锥松弛转化得到的系统模型是有效和准确的；

当微网中的风力发电机出现弃风时，由转化模型求解得出的微电网各支路电流经过验算与实际值有差异，并且弃风量也与实际值有差异，而在微网无弃风时，与实际值无差异，此时具有准确性；

在微网无弃风的情况下，上面关于目标函数是支路电流的严格递增函数的结论是正确的，然而在微网系统存在弃风的情况下，当大于实际值时，微电网支路上的损耗增加，进一步电源出力增加，但是此时风机作为电源，增加的支路损耗功率是用弃风功率来补偿的，因而这部分增加的损耗功率在求解成本目标函数最优的过程中不仅不会增加系统成本，反而还造成了一种微网系统弃风量减少的错误假象，从而使得求解二阶锥松弛转化模型得出的微网系统弃风功率减小，支路电流增大；

所以当微网系统出现弃风时，式(14)和式(16)的约束不足让支路电流收敛至实际值，因为在此时目标成本函数不再是的严格递增函数，为解决上述问题，需要在目标成本函数中另外增加关于的严格递增函数，而显然微电网支路有功损耗即为的严格递增函数，并且将支路损耗成本加入到目标函数也是有实际意义的，式(22)为增加的微电网支路有功损耗成本函数：

式中K_Line表示支路损耗成本系数，该系数值很小，其作用是保证在任何时候目标成本函数都是微电网支路电流的严格递增函数，同时又几乎不会影响微网系统的优化调度；

在加入微电网支路损耗成本函数到目标成本函数中后，对微网系统的优化调度问题再次进行了求解计算，可以验证提出的在目标函数中增加线路损耗的方法可以使微网系统在没有满足二阶锥规划应用条件的情况下正常求解，使总成本最优的同时，提高系统的适应性和灵活性。