一种考虑储气成本的电网富余资源消纳系统

1.本发明涉及电网富余资源消纳技术领域，更具体地，涉及一种考虑储气成本的电网富余资源消纳系统。


背景技术：

2.随着新能源发电占比的不断升高，其消纳问题也日益突出。针对电网富余资源的消纳问题，国内外学者提出了诸多方法。其中，电转气(p2g)技术成为解决该问题的一种有潜力的方式。其主要是通过化学反应将电能转换为天然气再进行远距离的输送和储存。然而，由于电力系统的日内实时调度往往时间较短，而p2g所需的转换时间较长，所以该方法不适用于电网的日内优化调度。


技术实现要素：

3.本发明提供一种考虑储气成本的电网富余资源消纳系统，该系统所需时间短，适用于电力系统日内实时调度。
4.为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
5.一种考虑储气成本的电网富余资源消纳系统，包括：
6.电网网架数据模块、电网日前优化调度模块、虚拟电厂出力和报价模块、天然气储存模块、考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块、电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量数据模块、储存等效天然气量所需虚拟电厂出力最优分配模块、虚拟电厂出力最优分配方案模块；
7.电网网架数据模块为系统提供电网网架结构数据、网络负荷数据；
8.电网日前优化调度模块用于接收电网网架数据模块提供的数据，输出电网日前调度优化结果；
9.虚拟电厂出力和报价模块负责提供电网富余资源的最大容量及其期望报价；
10.天然气储存模块负责提供气网气价、储气罐储气最大容量以及储气罐每个时刻注入天然气量最大值；
11.考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块用于接收电网网架数据模块、电网日前优化调度模块、虚拟电厂出力和报价模块的数据，输出电
‑
气转换点燃气轮机考虑储气成本的实际最大出力可减少量与储存的等效天然气量优化结果；
12.电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量数据模块负责接收考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块输出的转换点机组实际最大出力可减少量结果；
13.储存等效天然气量所需虚拟电厂出力最优分配模块用于接收考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块的优化结果和电网网架数据模块提供的网架数据，输出优化结果；
14.虚拟电厂出力最优分配方案模块负责接收储存等效天然气量所需虚拟电厂出力
最优分配模块输出的储存等效天然气量所需虚拟电厂出力的最优分配结果。
15.进一步地，所述考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块负责构建考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模型，并根据电网网架数据模块、电网日前优化调度模块、虚拟电厂出力和报价模块的数据，通过计算得到相关优化结果，构建的估计模型如下：
16.目标函数：max:δp
gr
17.约束条件：
[0018][0019]
其中，δp
gr
表示转换点燃气机组的实际最大出力可减少量，p
gr
为转换点燃气轮机机组出力，p
v
表示虚拟电厂的出力，p
dr,t
为t时刻除燃气机组外其他机组日前出力，d为电网负荷，p
v,max
为虚拟电厂最大出力，p
gr,af
为转换点燃气轮机的日前机组出力，δp
gr,max
为转换点燃气轮机出力可降低量的最大值，pl为线路潮流矩阵，
×
为矩阵乘法，sf为转移因子矩阵，kp为节点
‑
机组关联矩阵，p为全部机组出力矩阵，kd为节点
‑
负荷关联矩阵，pl
re,max
为日前线路剩余容量最大值，n为不同区域间的连接线路，pl
n,af
为线路n日前线路潮流，δgr为转换点机组出力减少量省下的天然气量，α、β、χ为燃气轮机特性参数，gr
af
为燃气轮机在日前市场预定的用气量，ζ
v
为对应虚拟电厂出力成本，k为储气价格系数，ω气井供气价格，υ为电网调度服务收费率，c
in,t
为时刻t气罐剩余容量，c
in,max
为气罐储气量最大值，q
in,max
为每个时刻注入天然气量最大值，q
in,min
为每个时刻注入天然气量最小值；
[0020]
目标函数表示转换点燃气机组出力可减少量最大，优化数学模型的约束包括虚拟电厂出力约束、传输网络约束、气网相关约束，其中，约束(1)为系统功率平衡约束，约束(2)为虚拟电厂出力约束，约束(3)
‑
(4)为转换点机组出力降低量约束，约束(5)为潮流方程约束，约束(6)为系统潮流约束，约束(7)为区域划分约束，约束(8)为转换点机组出力减少量转换的等效天然气量约束，约束(9)为储气成本约束，约束(10)
‑
(11)为储气容量约束，约束(12)为时刻注入天然气量约束。
[0021]
进一步地，所述考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模
块在将电网富余资源转换为等效天然气进行储存时进行了区域划分，保证了该区域的电网富余资源只提供给本区域的电
‑
气转换点燃气机组，具体表示为式(7)区域划分约束；所述考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块在将电网富余资源转换为等效天然气进行储存时考虑了储气成本，保证了系统运行成本最低，具体表示为式(9)储气成本约束。
[0022]
进一步地，所述电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量数据模块为构建的估计模型的优化结果，输出转换点机组实际最大出力减少量结果。
[0023]
进一步地，所述储存等效天然气量所需虚拟电厂出力最优分配模块负责构建储存等效天然气量所需虚拟电厂出力最优分配模型，并根据考虑电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量数据模块提交的数据，输出对应转换点机组出力减少量所需的虚拟电厂出力最优分配结果，构建的最优分配模型如下：
[0024]
目标函数：
[0025]
约束条件：
[0026][0027]
其中，p
v,t
表示时刻t虚拟电厂的出力，p
gr,t
表示t时刻转换点机组的实际出力，δp
gr,t
为转换点机组的在时刻t实际最大出力可减少量，p
gr,af,t
为t时刻燃气轮机日前机组出力，p
dr,t
为t时刻除燃气机组外其他机组日前出力，pl
t
为时刻t电网线路潮流矩阵，p
t
为时刻t全部机组出力矩阵；目标函数表示表示虚拟电厂出力成本最低。优化数学模型的约束包括虚拟电厂出力约束、传输网络约束，其中，公式(13)用来计算此时转换点机组的实际出力大小，约束(14)为系统功率平衡约束，约束(15)为虚拟电厂出力约束，约束(16)为潮流方程约束，约束(17)为系统潮流约束，约束(18)为区域划分约束；所述虚拟电厂出力最优分配方案模块为构建的最优分配模型的优化结果，输出虚拟电厂出力最优分配方案；
[0028]
电网日前调度优化结果包括各机组日前预定的出力计划、电网日前线路剩余容量。
[0029]
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
[0030]
本发明提出了一种考虑储气成本的电网富余资源消纳系统，该系统采用了一种等效的方式进行了电
‑
气的转换，实现了电网富余资源的消纳。该系统所需时间短，适用于电力系统日内实时调度；该系统采用区域划分的方式，将电网络划分为不同区域，每个区域选取一个燃气机组作为“电
‑
气”转换点，并采用约束条件约束位于同一个区域的富余电力资源只能提供给该区域的“电
‑
气”转换点；然后，通过电网需求响应机制利用富余电力资源替代燃气机组的部分出力，这相当于降低了燃气机组的天然气用量，在气网侧相当于等效的省下了部分天然气量，这部分天然气可以通过储气罐储存起来。
附图说明
[0031]
图1为本发明系统结构图。
具体实施方式
[0032]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0033]
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0034]
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0035]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0036]
如图1所示，本发明提供一种考虑储气成本的电网富余资源消纳系统，该系统包括了电网网架数据模块，电网日前优化调度模块、虚拟电厂出力和报价模块、天然气储存模块、考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块、电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量数据模块、储存等效天然气量所需虚拟电厂出力最优分配模块以及虚拟电厂出力最优分配方案模块。
[0037]
首先，电网网架数据模块用于收集电网网架数据、电网负荷数据、发电机组特性参数等基础数据，并将该数据输入电网日前优化调度模块。
[0038]
电网日前优化调度模块负责接收相关电网网架数据，并采用典型的机组组合模型进行建模分析。典型的机组组合模型如下：
[0039]
目标函数：
[0040]
约束条件：
[0041][0042]
其中，目标函数是在发电机组报价的基础上将运营成本最小化。机组优化数学模型的约束包括机组约束和传输网络完全约束，其中，约束(19)是系统功率平衡约束，约束(20)是实际发电机发电容量约束，约束(21)是发电机组功率爬升约束，约束(22)是发电机组功率下降约束，约束(23)是潮流方程约束，约束(24)是潮流约束。
[0043]
其中：ng为发电机组数量，nt为小时数，f
i
(p
it
)为第i个发电机组的成本函数在t时刻的发电成本，p
it
为第i个发电机组t时刻的出力，i
it
为第i个发电厂t时刻的启停状态，su
it
和sd
it
为第i个发电厂t小时的机组启停成本，d
t
为t时刻的电网负荷，ur
i
为第i个发电厂任意两时刻间的功率上升斜率，up
i
为第i个发电厂初始时刻的功率上升斜率，dr
i
为第i个发电厂任意两时刻间的功率下降斜率，dp
i
为第i个发电厂初始时刻的功率下降斜率，sf为转移
因子矩阵，kp为节点
‑
机组关联矩阵，p
t
为全部机组出力矩阵，kd为节点
‑
负荷关联矩阵，pl
min
,pl
max
分别为网络潮流的最小值和最大值。
[0044]
完成日前优化调度后，电网日前优化调度模块会向考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块提交优化结果，优化结果包括各发电机组日前出力结果，电网线路日前剩余容量。
[0045]
电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块收到虚拟电厂出力、报价模块和天然气储存模块以及电网日前优化调度模块提交的数据之后，通过构建考虑储气成本的电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模型对相关数据进行建模分析，输出优化结果。构建的数学模型如下：
[0046]
目标函数：max:δp
gr
[0047]
约束条件
[0048][0049]
其中，目标函数表示转换点燃气机组出力可减少量最大。优化数学模型的约束包括虚拟电厂出力约束、传输网络约束、气网相关约束等。其中，约束(1)为系统功率平衡约束，约束(2)为虚拟电厂出力约束，约束(3)
‑
(4)为转换点机组出力降低量约束，约束(5)为潮流方程约束，约束(6)为系统潮流约束，约束(7)为区域划分约束，约束(8)为转换点机组出力减少量转换的等效天然气量约束，约束(9)为储气成本约束，约束(10)
‑
(11)为储气容量约束，约束(12)为时刻注入天然气量约束。
[0050]
其中，δp
gr
表示转换点燃气机组的实际最大出力可减少量，p
gr
为转换点燃气轮机机组出力，p
v
表示虚拟电厂的出力，p
dr,t
为t时刻除燃气机组外其他机组日前出力，d为电网负荷，p
v,max
为虚拟电厂最大出力，p
gr,af
为转换点燃气轮机的日前机组出力，δp
gr,max
为转换点燃气轮机出力可降低量的最大值，pl为线路潮流矩阵，
×
为矩阵乘法，sf为转移因子矩阵，kp为节点
‑
机组关联矩阵，p为全部机组出力矩阵，kd为节点
‑
负荷关联矩阵，pl
re,max
为日前线路剩余容量最大值，n为不同区域间的连接线路，pl
n,af
为线路n日前线路潮流，δgr为转换点机组出力减少量省下的天然气量，α、β、χ为燃气轮机特性参数，gr
af
为燃气轮机在日
前市场预定的用气量，ζ
v
为对应虚拟电厂出力成本，k为储气价格系数，ω气井供气价格，υ为电网调度服务收费率，c
in,t
为时刻t气罐剩余容量，c
in,max
为气罐储气量最大值，q
in,max
为每个时刻注入天然气量最大值，q
in,min
为每个时刻注入天然气量最小值。
[0051]
电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量估计模块输出转换点机组实际最大出力减少量结果到电
‑
气转换点机组实际最大出力可减少量数据模块，并通过该模块将数据提交给储存等效天然气量所需虚拟电厂出力最优分配模块。
[0052]
储存等效天然气量所需虚拟电厂出力最优分配模块接收到相关数据后，通过构建储存等效天然气量所需虚拟电厂出力最优分配模型对相关数据进行建模分析，并将优化结果提交给虚拟电厂出力最优分配方案模块。构建的数学模型如下：
[0053]
目标函数：
[0054]
约束条件：
[0055][0056]
其中，目标函数表示表示虚拟电厂出力成本最低。优化数学模型的约束包括虚拟电厂出力约束、传输网络约束等。其中，公式(13)用来计算此时转换点机组的实际出力大小，约束(14)为系统功率平衡约束，约束(15)为虚拟电厂出力约束，约束(16)为潮流方程约束，约束(17)为系统潮流约束，约束(18)为区域划分约束。
[0057]
其中，p
v,t
表示时刻t虚拟电厂的出力，p
gr,t
表示t时刻转换点机组的实际出力，δp
gr,t
为转换点机组的在时刻t实际最大出力可减少量，p
gr,af,t
为t时刻燃气轮机日前机组出力，p
dr,t
为t时刻除燃气机组外其他机组日前出力，pl
t
为时刻t电网线路潮流矩阵，p
t
为时刻t全部机组出力矩阵。
[0058]
最后由虚拟电厂出力最优分配方案模块输出虚拟电厂出力最优分配方案。
[0059]
本发明提出了一种考虑储气成本的电网富余资源消纳系统，该系统采取了一种等效替代的方式进行了“电
‑
气”转换，通过利用虚拟电厂替代燃气轮机的部分出力，使得燃气机组出力下降进而省下了原需的天然气，实现了电网富余资源的消纳。此外，由于并没有进行真正的电转气，所以系统所需时间较短，适用于电力系统日内实时调度。
[0060]
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
[0061]
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0062]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。