交直流电力与供热系统联合调度方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及电热耦合系统协同调度，尤其涉及一种交直流电力与供热系统联合调度方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、随着温室效应和能源短缺问题日益突出，各国纷纷将发展清洁可再生能源作为减少能源系统碳排放的重要发展规划。然而，可再生能源的高波动性和不可预测性给电力系统带来了高度可变性，可能对系统稳定性产生不利影响，因此需要有效的解决方案来提高系统的灵活性。电热耦合系统因其在供热系统方面的灵活性优势而被认为是未来的主要能源系统之一。

2、近年来，研究者针对电热耦合系统优化运行方面已经做了很多工作，主要集中在供热系统的热过程和水力过程的建模。在此基础上，其他研究考虑了供热系统中的时滞、热调节模式、建筑物热惯性、供热网的储热、电热耦合系统的市场框架设计以及分布式运行的电热耦合系统的建模和求解方法。

3、在电热耦合系统中，电力系统和供热系统主要通过热电联产(combined heat andpower,chp)机组耦合，chp单元通常具有比传统热力单元更高的燃料效率，但它们的输出通常受到热负荷的限制，这导致了高弃风现象。

4、为了实现更高的风电并网，可以通过使用热泵、电锅炉和储热罐来放松热电联产机组中热量和电力生产之间的耦合。热泵和电锅炉消耗电力来产生热量，而储热罐用于储存和释放热量以补偿热电联产机组的部分热量生产，从而增加了热电联产机组在电力部分的灵活性。此外，由于变换器的损耗占系统总损耗的很大一部分，因此电压源变换器模型不容忽视。

5、然而，目前大多数方法都针对仅有交流电网的电热联合调度，这在电网调度运行中具有重大隐患。首先，没有考虑到混合交/直流电源在电热联合调度中的重要作用；其次，忽视了在电热耦合系统中电压源变换器的功率损耗。因此需要一种交直流电力系统与供热系统联合调度方法，来实现在混合交/直流电源的电热联合调度的成本优化。

6、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明提供了一种交直流电力与供热系统联合调度方法、装置、设备及介质，从而有效解决背景技术中的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种交直流电力与供热系统联合调度方法，包括如下步骤：

3、建立交直流电力系统调度模型，所述交直流电力系统调度模型以运行成本最低为目标函数，交直流电力系统中运行特性为约束条件；

4、建立区域供热系统调度模型，所述区域供热系统调度模型以成本最低为目标函数，区域供热系统中运行特性为约束条件；

5、考虑chp机组特性，及电锅炉电输入、热输出间的关系，电力系统与区域供热系统存在的耦合关系，整合所述交直流电力系统调度模型和区域供热系统调度模型，构建联合调度模型；

6、采用内点法对所述联合调度模型进行求解，得到联合调度策略。

7、进一步地，所述交直流电力系统与供热系统联合调度模型的目标函数包括：

8、min[cchp+cg+cpv+cbuy]；

9、其中：

10、

11、

12、

13、

14、式中，cchp为chp机组的运行成本；cg燃气轮机的运行成本；cpv光伏发电削减的惩罚成本；cbuy从上级电网购电成本；为chp机组i的成本；和为燃气轮机成本系数；为燃气轮机i有功出力；cpv为弃光惩罚系数；为光伏板i的最大可用有功出力；为光伏板i的实际有功出力；cgrid为单位购电成本；为母线i从上级电网购电功率，下标t表示为时间。需要注意的是，由于电锅炉在电热耦合系统中作为内部耦合元件(电功率由电热耦合系统自身生产，而不是从外部购入)，因此认为电锅炉在运行时对于整个系统不存在成本，所以目标函数中考虑电锅炉的购电成本。

15、进一步地，所述交直流电力系统中运行特性为约束条件，包括：交流潮流方程约束、直流潮流方程约束、变流器交流侧与直流侧电压关系约束、交换器的交流侧与直流侧之间的有功功率约束、换流器模型线性化约束、燃气轮机出力约束、燃气轮机爬坡约束和光伏出力约束。

16、进一步地，所述交流潮流方程约束包括：

17、

18、

19、

20、

21、

22、

23、

24、

25、其中，上标ac和dc分别表示交流配电网和直流配电网中的变量，pj和qj分别为母线j的注入有功和无功功率；pij和qij分别为支路ij的有功和无功功率；rij和xij分别为支路ij的电阻和电抗；δ(j)和π(j)分别为母线j父节点和子节点的集合；ui为母线i电压的平方；和为母线i电压的上界和下界；lij为母线ij电流的平方；下标t代表t时刻的物理量，和为母线i有功和无功功率上界，pi和qi为母线i有功和无功功率下界；lij为母线ij电流的平方；和gj分别为交流母线j所连接的chp机组及燃气轮机集合；和分别为chp机组i产生的有功功率、无功功率；和分别为燃气轮机i产生的有功功率、无功功率；和分别为交流母线j所连接的有功和无功负荷。

26、进一步地，所述直流潮流方程约束包括：

27、

28、

29、

30、

31、

32、

33、式中，和为直流母线j所连接的光伏及电锅炉集合；为光伏i有功出力；为电锅炉i消耗功率；为直流母线j所连接的有功负荷。

34、进一步地，所述变流器交流侧与直流侧电压关系约束包括：

35、

36、

37、其中，viac和vidc分别为变流器i交流侧和直流侧的电压，mi的范围为[0，1]。

38、进一步地，所述交换器的交流侧与直流侧之间的有功功率约束包括：

39、

40、

41、

42、其中，为变换器i的功率损耗，k1,k2和k3为变换器i与功率损耗有关的系数，ii,t为变换器电流幅值。

43、进一步地，所述换流器模型线性化约束包括：

44、

45、其中，看作是电阻为k3+k2/2ii,t，0，流过电流为ii,t的支路上的功率损耗。

46、进一步地，所述燃气轮机出力约束包括：

47、

48、其中，pig和分别为燃气轮机i所允许的最小和最大有功出力；和分别为燃气轮机i所允许的最小和最大无功出力；

49、所述燃气轮机爬坡约束包括：

50、

51、其中rdi和rui分别为燃气轮机i所允许的最大向下和向上爬坡功率。

52、进一步地，所述光伏出力约束包括：

53、

54、进一步地，所述区域供热系统中运行特性为约束条件包括：热源模型的运行特性方程约束、热网中电锅炉的电功率和热功率的转换关系约束、供回水网络流出节点的混合温度方程约束、节点处混合质量流温度方程约束、忽略管道热量损失的热网温度动态方程约束、计及管道热量损失的热网温度动态方程约束、恒流量热负荷节点处的热功率和温度之间的约束。

55、进一步地，所述热源模型的运行特性方程约束包括：

56、

57、

58、

59、其中，pichp，和分别为chp机组i产生的有功功率、无功功率、热功率及运行成本；pi,k，qi,k，φi,k和ci,k分别为chp机组i可行域第k个极值点的有功出力、无功出力、热出力和运行成本；αi,k为表示chp机组i可行域极点的系数；nki为chp机组i可行域极点数目；下标t表示时间。

60、进一步地，所述热网中电锅炉是交直流电网与供热系统的重要耦合设备，可将直流电功率转化为热功率，为挖掘电热互补潜力以降低成本提供途径。其电热的转换关系约束包括：

61、

62、其中，为电锅炉i的热出力；为电锅炉i的电热转化效率；pieb的电锅炉i的有功消耗。

63、进一步地，所述供回水网络流出节点的混合温度方程约束包括：

64、

65、

66、其中，和分别为供/回水管网中节点n的质量流温度；和分别表示供/回水管道j的出口温度；和分别为流过供/回水管道j的质量流量；和分别表示从节点n起始/终止管道的集合；

67、节点处混合质量流温度方程约束包括：

68、

69、

70、其中，为t时段供水管/回水管入口处流动的质量的温度；为t时段相对应节点处混合质量的温度；

71、忽略管道热量损失的热网温度动态方程约束包括：

72、

73、

74、

75、其中，和为分别表示忽略网损时供/回水管道j的出口温度；符号表示向上取整；和分别为质量流流过供/回水管道j的时间，λj,lj和aj分别为供/回水管道j热导、长度和截面积，ρ为水的密度；

76、计及管道热量损失的热网温度动态方程约束包括：

77、

78、

79、其中，tam为环境温度；

80、恒流量热负荷节点n处的热功率和温度之间的约束包括：

81、

82、其中φn,t为负荷节点n在t时段的热负荷，c为水的比热容；为流过负荷节点n的中质量流量。

83、本发明还包括一种交直流电力与供热系统联合调度装置，使用如上述的方法，包括：

84、建模单元，所述建模单元用于建立交直流电力系统调度模型，所述交直流电力系统调度模型以运行成本最低为目标函数，交直流电力系统中运行特性为约束条件；

85、所述建模单元还用于建立区域供热系统调度模型，所述区域供热系统调度模型以成本最低为目标函数，区域供热系统中运行特性为约束条件；

86、整合单元，所述整合单元用于整合所述交直流电力系统调度模型和区域供热系统调度模型，构建联合调度模型；

87、求解单元，所述求解单元采用内点法对所述联合调度模型进行求解，得到联合调度方法。

88、本发明还包括一种计算机设备，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计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述的方法。

89、本发明还包括一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。

90、本发明的有益效果为：本发明中考虑电力系统中的交/直流电源与供热系统紧密耦合与相互影响，实现了交直流电力系统与供热系统联合经济调度。相比于针对仅考虑交流或直流电源的电热联合调度相比，本方法不仅实现了交直流混合电力系统与热系统的联合经济调度，而且考虑了电压源变换器的功率损耗。该方法可以实际应用于交直流电力系统与供热系统联合经济调度计划制定，适配于复杂的交直流电力系统与供热系统能量管理系统，有利于减小运行成本，同时提高电-热耦合多能流系统的用能效率。