计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法及系统

本发明属于能源调度，尤其涉及一种计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、可再生能源出力的随机性为电力系统运行引入了不确定因素，给经济调度带来一定的挑战，也对系统的调节能力提出了新要求。电力系统的灵活性是指系统对于净负荷不确定性扰动的接纳能力。目前，电力系统自身的灵活性资源十分有限，系统运行面临较大风险。综合能源系统耦合异质能源，具备一定的灵活调节潜力，可以提高电力系统的灵活性调节能力和能源的利用效率。其中，天然气在流动过程中的慢动态特性赋予了电-气综合能源系统充足的灵活调节能力。因此，考虑天然气网的实际运行状态、充分挖掘了天然气网的灵活调节能力并精确计算系统的可再生能源接纳能力，对促进系统灵活和经济运行、提高新能源消纳水平具有重要意义。

3、但是，目前的电-气综合能源系统存在以下问题：

4、（1）随着不同能源系统之间交互影响程度的加深，天然气网可以为电力系统提供一定的灵活运行能力。然而现有模型缺乏对于电-气系统调节交互过程的描述，且当前模型的管道压强约束大都只考虑安全性标准，未结合电-气耦合的能源系统对于运行灵活性的需求，可能造成气网运行在安全边界难以为下一时段提供灵活性的情况。综上所述，目前的方法限制了天然气系统灵活调节能力的准确量化。

5、（2）为了研究综合能源系统的可再生能源消纳能力，目前的方法以运行经济性最优为优化目标，将弃风、弃光功率映射为惩罚成本加入优化目标，可以在一定程度上促进可再生能源消纳、提高系统的灵活运行水平。这种单阶段优化模型平等地考虑系统运行的灵活性和经济性，不利于准确评估电-气综合能源系统的最大灵活调节能力。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法及系统，其能够准确评估出系统风电抗扰动域和天然气网的管存可调节域。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供了一种计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法。

4、在一个或多个实施例中，一种计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法，包括：

5、根据天然气网络的物理运行特性及电网与天然气网的交互过程，构建天然气网的管存灵活调节能力量化模型；

6、基于天然气网的管存灵活调节能力量化模型，引入管道压强告警值，构建电-气联合两阶段调度目标函数；其中，第一阶段的目标函数最大化风电抗扰动域，第二阶段的目标函数在保证风电抗扰动域的前提下最小化系统运行成本；

7、在电-气综合能源系统的运行基本约束条件下，基于电-气联合两阶段调度目标函数决策各台机组的运行基点和功率调整量，量化天然气网的管存灵活调节能力，对应评估系统风电抗扰动域和天然气网的管存可调节域。

8、作为一种实施方式，天然气网的管存灵活调节能力采用天然气管道的管存调整量来表征，天然气网的管存可调节域为天然气管道的管存调整量的范围。

9、作为一种实施方式，天然气网的管存灵活调节能力量化模型的表达式为：

10、

11、

12、其中，为天然气管道 gl在 t时段的管存调整量；为天然气管道 gl在 t-1时段的管存调整量；为管道 gl在 t时段的入口气体流量的基准值的调整值；为管道 gl在 t时段的出口气体流量的基准值的调整值；为气网管道 gl的长度，为气网管道 gl的直径；为天然气的气体常数；为天然气温度；为气体密度；为天然气管道 gl在 t时段的压强调整值。

13、作为一种实施方式，在基态场景下，根据风电功率日前预测值决策各机组运行基点；在扰动场景下，考虑风电随机扰动的概率信息，决策各台机组的功率调整量。

14、作为一种实施方式，各台机组的功率调整量的表达式为：

15、

16、

17、

18、式中： m为系统中风电场的集合； gt为系统中燃气轮机的集合； tu为系统中火电机组的集合； nt为日前调度时间尺度的集合；、分别为 t时段风电场 wt的消纳范围的上限和下限，为决策量；为 t时段风电场 wt的功率预测值；为 t时段机组 i的参与因子；、分别为 t时段机组 i的向上、向下输出功率调整量。

19、作为一种实施方式，以第一阶段的优化结果构建新的风电抗扰动约束，再进行第二阶段的优化。

20、作为一种实施方式，所述电-气联合系统的运行基本约束条件包括电网的基本约束条件和天然气网的基本约束条件；

21、所述电网的基本约束条件包括：基态场景下功率平衡约束、扰动场景下灵活性需求约束、机组容量约束、机组爬坡约束和线路传输容量约束；

22、所述天然气网的基本约束条件包括：期望场景下气网节点流量平衡约束、扰动场景下气网节点流量平衡约束和weymouth方程。

23、本发明的第二个方面提供了一种计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度系统。

24、在一个或多个实施例中，一种计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度系统，包括：

25、模型构建模块，其用于根据天然气网络的物理运行特性及电网与天然气网的交互过程，构建天然气网的管存灵活调节能力量化模型；

26、模型优化模块，其用于基于天然气网的管存灵活调节能力量化模型，引入管道压强告警值，构建电-气联合两阶段调度目标函数；其中，第一阶段的目标函数最大化风电抗扰动域，第二阶段的目标函数在保证风电抗扰动域的前提下最小化系统运行成本；

27、两阶段调度模块，其用于在电-气综合能源系统的运行基本约束条件下，基于电-气联合两阶段调度目标函数决策各台机组的运行基点和功率调整量，量化天然气网的管存灵活调节能力，对应评估系统风电抗扰动域和天然气网的管存可调节域。

28、作为一种实施方式，在所述模型优化模块中，天然气网的管存灵活调节能力采用天然气管道的管存调整量来表征，天然气网的管存可调节域为天然气管道的管存调整量的范围。

29、作为一种实施方式，在所述模型优化模块中，在基态场景下，根据风电功率日前预测值决策各机组运行基点；在扰动场景下，考虑风电随机扰动的概率信息，决策各台机组的功率调整量。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、（1）本发明提出了一种考虑天然气网管存的电-气综合能源系统灵活调节能力量化方法，深入分析天然气系统和电力系统的交互影响机理，刻画了电-气系统的调节交互过程，量化了管存中蕴含的灵活性资源，并考虑实际运行场景，设置管道压强的告警值，用模型约束条件限制管道压强在极限值之间波动，当压强处于告警值和极限值之间时，设置惩罚成本，迫使管道压强远离上下限值，有助于灵活调节能力的恢复和天然气的可靠供给，实现了系统灵活调节能力的准确评估。

32、（2）本发明提出了基于系统风电抗扰动域最大化的电-气系统两阶段调度方法，在第一个优化阶段以系统风电抗扰动域最大化为目标，第二个优化阶段在不缩小风电抗扰动范围的前提下，最小化系统的运行成本。考虑电力系统和天然气系统基本约束条件，决策各台机组的运行基点和功率调整量，量化天然气网蕴含的灵活调节能力，准确评估系统的风电抗扰动域和气网的可调节域。

技术特征：

1.一种计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法，其特征在于，天然气网的管存灵活调节能力采用天然气管道的管存调整量来表征，天然气网的管存可调节域为天然气管道的管存调整量的范围。

3.如权利要求2所述的计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法，其特征在于，天然气网的管存灵活调节能力量化模型的表达式为：

4.如权利要求1所述的计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法，其特征在于，在基态场景下，根据风电功率日前预测值决策各机组运行基点；在扰动场景下，考虑风电随机扰动的概率信息，决策各台机组的功率调整量。

5.如权利要求1或4所述的计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法，其特征在于，各台机组的功率调整量的表达式为：

6.如权利要求1所述的计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法，其特征在于，以第一阶段的优化结果构建新的风电抗扰动约束，再进行第二阶段的优化。

7.如权利要求1所述的计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度方法，其特征在于，所述电-气联合系统的运行基本约束条件包括电网的基本约束条件和天然气网的基本约束条件；

8.一种计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度系统，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度系统，其特征在于，在所述模型优化模块中，天然气网的管存灵活调节能力采用天然气管道的管存调整量来表征，天然气网的管存可调节域为天然气管道的管存调整量的范围。

10.如权利要求8所述的计及天然气系统灵活性的电-气能源联合调度系统，其特征在于，在所述模型优化模块中，在基态场景下，根据风电功率日前预测值决策各机组运行基点；在扰动场景下，考虑风电随机扰动的概率信息，决策各台机组的功率调整量。

技术总结
本发明属于能源调度技术领域，为解决准确评估电‑气综合能源系统的最大灵活调节能力差的问题，提供计及天然气系统灵活性的电‑气能源联合调度方法及系统。其中，计及天然气系统灵活性的电‑气能源联合调度方法包括基于天然气网的管存灵活调节能力量化模型，引入管道压强告警值，构建电‑气联合两阶段调度目标函数；第一阶段的目标函数最大化风电抗扰动域，第二阶段的目标函数在保证风电抗扰动域的前提下最小化系统运行成本；在电‑气综合能源系统的运行基本约束条件下，基于电‑气联合两阶段调度目标函数决策各台机组的运行基点和功率调整量，量化天然气网的管存灵活调节能力，其能够准确对应评估系统风电抗扰动域和天然气网的管存可调节域。

技术研发人员：杨明,郑文彰,李鹏,王秋实,管西洋,孙鹏凯,于一潇,李梦林
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5