基于网损最小的电-气耦合系统能量流优化方法及系统与流程

基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法及系统
技术领域
1.本公开属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着综合能源研究的发展，电力系统与天然气系统之间的联系也越来越紧密，对于含有多种能源耦合设备的电
‑
气混合网络，如何合理安排各机组的发电量，使系统在运行过程中网络损耗最低，实现电力系统的经济运行成为研究的热点。
4.传统电网的最优潮流研究已经较为成熟了，无论是以发电成本最低为目标还是以网络损耗最小为目标的单独电网最优潮流，内点法、以及非线性规划等方法均能有效求解，然而对于电力
‑
天然气耦合网络，由于天然气系统的加入，网络结构变得更加复杂，网络损耗增加，同时状态量以及控制变量增加，给电力系统最优潮流求解带来困难。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本公开提出了一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法及系统，在多种能量流分布中寻求网络损耗最小的能流分布，实现电
‑
气耦合网络的经济运行。
6.根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法，采用如下技术方案：
7.一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法，包括以下步骤：
8.获取电
‑
气耦合系统的能量流数据信息；
9.根据所获取的数据信息和预设的能量流优化模型，得到电
‑
气耦合系统的最优能量流分布；
10.其中，所述能量流优化模型以网络损耗最小为目标函数，考虑耦合节点的等式约束和不等式约束，利用非线性规划进行能量流优化模型的优化求解。
11.作为进一步的技术限定，所述电
‑
气耦合系统包括电力系统和天然气。
12.作为进一步的技术限定，所述网络损耗包括电力系统网络损耗和天然气网络损耗；所述电力系统网络损耗表示电力系统的总发电量，所述天然气网络损耗表示天然气系统中压缩机的能量消耗。
13.作为进一步的技术限定，所述耦合节点的等式约束包括发电机节电约束、支路节点约束、节点恒定负载约束和天然气流量消约束。
14.作为进一步的技术限定，所述耦合节点的不等式约束包括发电机出力约束、发电机爬坡约束、支路潮流约束、电压上下限约束、天然气管道气源出气约束、天然气管道节点压力约束和天然气管道支路流量约束。
15.作为进一步的技术限定，在所述非线性规划的过程中，调用求解函数进行含有非线性的等式约束和不等式约束的能量流优化模型的求解。
16.作为进一步的技术限定，求解过程中，输入电
‑
气耦合系统的状态量和参数进行能量流优化模型的调试，调用求解函数ipopt进行优化求解。
17.根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化系统，采用如下技术方案：
18.一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化系统，包括：
19.获取模块，被配置为获取电
‑
气耦合系统的能量流数据信息；
20.优化模块，被配置为根据所获取的数据信息和预设的能量流优化模型，得到电
‑
气耦合系统的最优能量流分布；
21.其中，所述能量流优化模型以网络损耗最小为目标函数，考虑考虑耦合节点的等式约束和不等式约束，调用求解函数进行能量流优化模型的优化求解。
22.根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：
23.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法中的步骤。
24.根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：
25.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的基于网损最小的电
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气耦合系统能量流优化方法中的步骤。
26.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
27.本公开根据电
‑
气耦合网络中的功率平衡等式约束以及电压气压支路功率流等不等式约束，分析电
‑
气系统交互量并列写约束条件形成能量流优化模型，调用求解器求取能量流优化模型的最优解，在多种能量流分布中寻求网络损耗最小的能流分布，实现电
‑
气耦合网络的经济运行。
附图说明
28.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
29.图1是本公开实施例一中的基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法的流程图；
30.图2是本公开实施例一中的ieee
‑
39+ngs
‑
20耦合系统能量流优化求解算例图；
31.图3是本公开实施例一中的支路有功功率的分布图；
32.图4是本公开实施例一中的支路无功功率的分布图；
33.图5是本公开实施例一中的气网出气量的分布图；
34.图6是本公开实施例一中的节点压力的分布图；
35.图7是本公开实施例二中的基于网损最小的电
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气耦合系统能量流优化系统的结构框图。
具体实施方式：
36.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
37.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
38.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
39.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.实施例一
41.本公开实施例一介绍了一种基于网损最小的电
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气耦合系统能量流优化方法。
42.如图1所示的一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法，包括以下步骤：
43.步骤s01：获取电
‑
气耦合系统的能量流数据信息；
44.步骤s02：根据所获取的数据信息和预设的能量流优化模型，得到电
‑
气耦合系统的最优能量流分布；
45.其中，所述能量流优化模型以网络损耗最小为目标函数，考虑耦合节点的等式约束和不等式约束，利用非线性规划进行能量流优化模型的优化求解。
46.作为一种或多种实施方式，在步骤s01中，所获取的电
‑
气耦合系统的能量流数据信息包括电力系统能量数据和天然气能量数据。
47.作为一种或多种实施方式，在步骤s02中，网络损耗包括电力系统网络损耗和天然气网络损耗；其中，电力系统网络损耗表示电力系统的总发电量，天然气网络损耗表示天然气系统中压缩机的能量消耗；耦合节点的等式约束包括发电机节电约束、支路节点约束、节点恒定负载约束和天然气流量消约束；耦合节点的不等式约束包括发电机出力约束、发电机爬坡约束、支路潮流约束、电压上下限约束、天然气管道气源出气约束、天然气管道节点压力约束和天然气管道支路流量约束；在非线性规划的过程中，调用求解函数进行含有非线性的等式约束和不等式约束的能量流优化模型的求解；求解的过程中，输入电
‑
气耦合系统的状态量和参数进行能量流优化模型的调试，调用求解函数ipopt进行优化求解。
48.下面以ieee
‑
39+ngs
‑
20耦合系统为例，针对本实施例中所介绍的基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法展开详细的介绍。
49.该耦合系统的能量流优化求解算例图如图2所示，其优化求解方法包括确定能量流优化模型环节和调用求解器求解环节，其中，确定能量流优化模型环节是根据电
‑
气耦合网络中的功率平衡等式约束以及电压气压支路功率流等不等式约束，分析电
‑
气系统交互量并列写约束条件形成能量流优化模型；调用求解器求解环节是根据所述求解模型，利用yalmip调用非线性求解器进行最优潮流求解；其中，支路有功功率、支路无功功率、气网出气量和节点压力的分布图分别如图3、图4、图5和图6所示。
50.在进行能量流优化模型确定的过程中，首先确定耦合系统能流优化的目标函数，即最小网络损耗。由于负荷恒定，电力系统部分网络损耗可等效为总发电量∑p
gen
最低，为
了保持电、气各部分目标函数的一致性(即网络损耗体现为电功率)，天然气网络部分则表示为为系统中压缩机能耗∑p
com
最低，故系统目标函数为min.(∑p
gen
+∑p
com
)；接着分别分析系统耦合节点与非耦合节点处的能流关系，列写等式及不等式约束。
51.对于耦合节点(与压缩机相连)的等式约束，有
52.p(ij)＝v2(i)*(g(ij)*cosθ
ij
+b(ij)*sinθ
ij
)
53.q(ij)＝v2(i)*(g(ij)*sinθ
ij
‑
b(ij)*cosθ
ij
)
54.ge_connect*p
gen
‑
ploadbus'＝br_connect*p
ij
+p
com
55.ge_connect*q
gen
‑
qloadbus'＝br_connect*q
ij
[0056][0057]
其中，ge_connect表示发电机
‑
节点关联阵，br_connect表示支路
‑
节点关联阵，ploadbus、qloadbus分别表示节点恒定负载。
[0058]
对于非耦合节点，有
[0059]
ge_connect*p
gen
‑
ploadbus'＝br_connect*p
ij
[0060]
ge_connect*q
gen
‑
qloadbus'＝br_connect*q
ij
[0061]
对于耦合节点(燃气轮机所在节点)流量平衡约束：
[0062]
ge_connect*f_gen
‑
floadbus'＝br_connect*f
ij
+f
gt
[0063][0064]
其中，f
gt
表示燃气轮机消耗的气体流量，f_gen表示各气源出力量，ge
_
connect与br
_
connect分别表示气网气源
‑
节点关联阵以及支路节点关联阵，floadbus表示节点气负荷。
[0065]
对于常规节点：
[0066]
ge_connect*f_gen
‑
floadbus'＝br_connect*f
ij
[0067]
以上为模型中系统等式约束。
[0068]
不等式约束主要包括：
[0069]
(1)发电机出力约束
[0070]
gen_min(i)≤p_gen(i)≤gen_max(i)
[0071]
gen_min(i)≤q_gen(i)≤gen_max(i)
[0072]
(2)支路潮流约束
[0073]
branch_min(i)≤p(ij)≤branch_max(i)
[0074]
(3)电压上下限约束
[0075]
vmin(i)≤v(i)≤vmax(i)
[0076]
(4)天然气系统管道流量方程
[0077][0078]
(5)气源出气上下限约束
[0079]
gsource_min(i)≤f_gsource(i)≤gsource_max(i)
[0080]
(6)节点压力上下限约束
[0081]
pres_min(i)≤pres(i)≤pres_max(i)
[0082]
(7)支路流量上下限约束
[0083]
fbranch_min(i)≤f(ij)≤fbranch_max(i)
[0084]
在能量流优化模型确定好之后，调试程序进行最优能流求解即可。
[0085]
在调用求解器求解环节，由于能量流优化模型中含有非线性等式及不等式约束，所以调用ipopt来进行求解。在选定系统后，输入电、气状态量及系统各参数，针对能量流优化模型进行程序调试，最后调用ipopt进行求解。
[0086]
本实施例提供了一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法及系统，在多种能量流分布中寻求网络损耗最小的能流分布，实现电
‑
气耦合网络的经济运行
[0087]
实施例二
[0088]
本公开实施例二介绍了一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化系统。
[0089]
如图7所示的一种基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化系统，包括：
[0090]
获取模块，被配置为获取电
‑
气耦合系统的能量流数据信息；
[0091]
优化模块，被配置为根据所获取的数据信息和预设的能量流优化模型，得到电
‑
气耦合系统的最优能量流分布；
[0092]
其中，所述能量流优化模型以网络损耗最小为目标函数，考虑考虑耦合节点的等式约束和不等式约束，调用求解函数进行能量流优化模型的优化求解。
[0093]
详细步骤与实施例一提供的基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法相同，在此不再赘述。
[0094]
实施例三
[0095]
本公开实施例三提供了一种计算机可读存储介质。
[0096]
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法中的步骤。
[0097]
详细步骤与实施例一提供的基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法相同，在此不再赘述。
[0098]
实施例四
[0099]
本公开实施例四提供了一种电子设备。
[0100]
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的基于网损最小的电
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气耦合系统能量流优化方法中的步骤。
[0101]
详细步骤与实施例一提供的基于网损最小的电
‑
气耦合系统能量流优化方法相同，在此不再赘述。
[0102]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。