基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法及装置与流程

本发明涉及多能源系统控制，尤其涉及一种基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法及装置。

背景技术：

1、在电力供应中占据主导地位的燃煤机组不断被清洁低碳的燃气机组所取代，这加强了电力网络和天然气网络之间的耦合关系。然而，传统上电力和天然气基础设施是分开运营的，这导致多能源系统能源转换效率较低，运营成本较高。为了提高能源利用的可持续性和能源转换的灵活性，综合能源系统被提出并广泛应用于工业领域。尽管综合能源系统促进了能源的整合，但由于异构能源系统之间的相互作用，天然气流量的变化会同时影响电力系统的实时有功功率平衡，使得不完善的模型可能会伴随着诸多风险，例如天然气供应不足可能会导致连锁停电事故，因此有必要建立一个多方主体协同调控的多能源系统。

2、理论上，电力系统和天然气系统之间的协同可由一组含线性和非线性约束的电-气联合优化潮流模型所表示。然而，现有综合能源系统大多数都是基于中央运营商协调所有能源系统进行集中供需调控的假设所提出的。事实上，由于天然气网络、燃气发电厂和电力网络通常由不同的实体负责运营，这导致了集中式调控的失败，进而使得多能源系统难以实现真正意义上的协同。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法，以解决相关技术中多能流下不同实体之间能源分布式协作的技术问题，并为未来能源系统的大规模互联提供技术基础。

2、本发明采用的技术方案是：一种基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法，其包括步骤：

3、s1：根据综合能源系统运营商的成本特性，建立多能流下不同运营主体之间能源转换的集中式经济效益最优分配模型；

4、s2：制定综合能源系统集中式经济效益最优分配模型下电力网络中各运营主体的运行边界条件，使各节点电压和支路电流保持在合理的范围内以维持系统稳定运行；

5、s3：制定综合能源系统集中式经济效益最优分配模型下天然气网络中各运营主体的运行边界条件，以及对电力网络和天然气网络的耦合关系建模；

6、s4：考虑到集中式经济效益最优分配模型中存在的非线性边界约束条件，采用线性化和二阶锥松弛方法对非线性约束进行处理，使其转化为混合整数二阶锥规划问题；

7、s5：制定电力网络与天然气网络交互的耦合变量，各系统通过耦合变量和与其相连的相邻代理进行协调，进而达到全局最优解；

8、s6：利用交替方向乘子法对集中式经济效益最优分配模型进行解耦，使其转化为各主体独立运营的分布式经济效益最优分配模型。

9、所述多能源系统协同控制方法面向含电力和天然气的多能源系统，构建一个电-气系统协调的分布式经济效益最优分配模型，旨在保证电力系统多能流供需平衡的前提下，最大限度地提升燃煤和燃气机组输出功率分配的经济效益。

10、本发明的目的之二在于提供一种基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制装置。

11、本发明的目的之二采用以下技术方案实现：基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制装置，其包括：

12、最优分配模型建立单元：根据综合能源系统运营商的成本特性，建立多能流下不同运营主体之间能源转换的集中式经济效益最优分配模型；

13、电力运行边界条件制定单元：制定综合能源系统集中式经济效益最优分配模型下电力网络中各运营主体的运行边界条件，使各节点电压和支路电流保持在合理的范围内以维持系统稳定运行；

14、天然气运行边界条件制定单元：制定综合能源系统集中式经济效益最优分配模型下天然气网络中各运营主体的运行边界条件，以及对电力网络和天然气网络的耦合关系建模；

15、线性化处理单元：考虑到集中式经济效益最优分配模型中存在的非线性边界约束条件，采用线性化和二阶锥松弛方法对非线性约束进行处理，使其转化为混合整数二阶锥规划问题；

16、耦合变量制定单元：制定电力网络与天然气网络交互的耦合变量，各系统通过耦合变量和与其相连的相邻代理进行协调，进而达到全局最优解；

17、模型解耦单元：利用交替方向乘子法对集中式经济效益最优分配模型进行解耦，使其转化为各主体独立运营的分布式经济效益最优分配模型。

18、本发明的目的之三在于提供执行发明目的之一的电子设备，其包括处理器、存储介质以及计算机程序，所述计算机程序存储于存储介质中，所述计算机程序被处理器执行时实现上述多能源系统协同控制方法。

19、本发明的目的之四在于提供存储发明目的之一的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述多能源系统协同控制方法。

20、本发明具有以下有益效果：

21、1、本发明根据综合能源系统运营商的成本特性，建立了多能流下不同运营主体之间能源转换的集中式经济效益最优分配模型，在保证系统功率平衡的前提下，最大限度地谋求经济效益，具有较好的经济效益。

22、2、构建了电力网络中各运营主体的运行边界条件，使各电力节点电压和支路电流保持在合理的范围内以维持系统稳定运行，具有较高的可靠性。

23、3、构建了天然气网络中各运营主体的运行边界条件以及建模了电力网络和天然气网络的耦合关系，与传统独立运营机制相比，所述方法能够充分反应天然气流量变化对电力系统有功功率平衡的实时影响。

24、4、采用大m法和二阶锥松弛方法将复杂的非线性问题转化为易于求解的混合整数二阶锥规划问题，可应用商业求解器直接求解，模型更加便捷，具有较好的实用性。

25、5、定义了电力网络与天然气网络交互的耦合变量，各系统操作员仅需与相邻代理进行交互便可达到全局最优解，能够在最大程度保护用户隐私的基础上提高能源利用率，助力清洁低碳转型。

26、6、建立了各主体独立运营的分布式经济效益最优分配模型，相较于传统集中式算法，所述方法具有较好的扩展性，更符合现有电力网络和天然气网络的运营管理现状，进而实现多能源系统在真正意义上的协同调控。

27、本发明可以克服现有其他多能源系统协同控制技术不能有效处理多能流下不同实体之间能源分布式协作的缺陷，并为未来能源系统的大规模互联提供了技术基础。

28、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

技术特征：

1.基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述的基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法，其特征在于，所述步骤s1中，建立多能流下不同运营主体之间能源转换的集中式经济效益最优分配模型，具体包括：

3.如权利要求1所述的基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，制定综合能源系统集中式经济效益最优分配模型下电力网络中各运营主体的运行边界条件，具体包括：

4.如权利要求1所述的基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，制定综合能源系统集中式经济效益最优分配模型下天然气网络中各运营主体的运行边界条件，以及对电力网络和天然气网络的耦合关系建模，具体包括：

5.如权利要求1所述的基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，采用线性化和二阶锥松弛方法对非线性约束进行处理，具体包括：

6.如权利要求1所述的基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法，其特征在于，所述步骤s5中，制定电力网络与天然气网络交互的耦合变量，具体包括：

7.如权利要求1所述的基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法，其特征在于，所述步骤s6中，利用交替方向乘子法对集中式经济效益最优分配模型进行解耦，具体包括以下步骤：

8.基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其包括处理器、存储介质以及计算机程序，所述计算机程序存储于存储介质中，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的多能源系统协同控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的多能源系统协同控制方法。

技术总结
本发明公开了一种基于交替方向乘子法的多能源系统协同控制方法及装置。本发明的控制方法包括：建立多能流下不同运营主体之间能源转换的集中式经济效益最优分配模型；制定电力网络中各运营主体的运行边界条件；制定天然气网络中各运营主体的运行边界条件，以及对电力网络和天然气网络的耦合关系建模；采用线性化和二阶锥松弛方法对非线性约束进行处理；制定电力网络与天然气网络交互的耦合变量；利用交替方向乘子法对集中式经济效益最优分配模型进行解耦，使其转化为分布式经济效益最优分配模型。本发明可以克服现有协同控制技术无法有效处理多能流下不同运营主体之间能源分布式协作的缺陷，并为未来能源系统的大规模互联提供了技术基础。

技术研发人员：王佳颖,肖涛,杨玉强,李亦龙,陆春光,王朝亮,刘炜,宋磊,沈洁,罗丹,高雨璇,赵立美,黄荣国,蒋群,杨宇,文福拴
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司营销服务中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15