多区互联综合能源系统的参数确定方法及相关装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011209707.5 (22)申请日 2020.11.03 (66)本国优先权数据 202011041805.2 2020.09.28 CN (71)申请人 国网浙江省电力有限公司经济技术 研究院 地址 310008 浙江省杭州市上城区南复路1 号水澄大厦 申请人 浙江大学 (72)发明人 张利军陈飞孙轶恺徐晨博 俞楚天孙可王蕾刘军邹波 范明霞张西竹齐峰王一铮 段舒尹文福拴 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 尹秀 (51)Int.C。

2、l. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种多区互联综合能源系统的参数确定方 法及相关装置 (57)摘要 本发明提供了一种多区互联综合能源系统 的参数确定方法及相关装置， 综合能源系统包含 至少一个处理器， 处理器分别对应不同能源分析 区域， 即不同能源分析区域使用不同的处理器进 行处理， 进而在进行管理时， 能够采用分区域管 理的方式， 并且处理器在对目标系统模型进行修 正时， 除了对其进行区域内的模型耦合修正操 作， 还进行了区域间的模型耦合修正操作， 也就 是说， 同时考量了系统中的不。

3、同区域内模型间的 相互影响， 在实现能源分析区域独立控制的同 时， 仍然能够保证整个综合能源系统的协同优 化， 相比于所有区域统一控制的方式， 减少了数 据处理量， 降低处理器的数据处理压力， 提高数 据处理速度， 进而提高设备控制的及时性， 降低 设备出现控制故障的概率。 权利要求书2页 说明书15页 附图2页 CN 112258077 A 2021.01.22 CN 112258077 A 1.一种多区互联综合能源系统的参数确定方法， 其特征在于， 应用于综合能源系统中 的处理器， 所述综合能源系统中包含至少一个处理器， 所述处理器分别对应不同能源分析 区域； 所述参数确定方法包括： 获取。

4、位于所述能源分析区域内的目标系统的系统模型； 所述目标系统包括电力系统 和/或天然气系统； 所述系统模型包括目标控制参数以及非目标控制参数； 对所述系统模型进行区域内的模型耦合修正操作， 得到中间系统模型； 对所述中间系统模型进行区域间的模型耦合修正操作， 得到修正后的系统模型； 获取依据所述修正后的系统模型中的非目标控制参数， 计算得到的所述修正后的系统 模型中的目标控制参数； 所述目标控制参数的参数值作为对设备控制的依据。 2.根据权利要求1所述的参数确定方法， 其特征在于， 对所述系统模型进行区域内的模 型耦合修正操作， 得到中间系统模型， 包括： 获取所述电力系统和所述天然气系统之间的。

5、共有耦合设备的设备运行参数； 基于所述设备运行参数， 对所述系统模型进行修正， 得到中间系统模型。 3.根据权利要求1所述的参数确定方法， 其特征在于， 对所述中间系统模型进行区域间 的模型耦合修正操作， 得到修正后的系统模型， 包括： 获取所述目标区域的目标系统与所述目标区域的相邻区域的目标系统的共有系统设 备的设备参数； 基于所述共有系统设备的设备参数， 对所述中间系统模型进行修正， 得到修正后的电 力系统模型。 4.根据权利要求1所述的参数确定方法， 其特征在于， 获取依据所述修正后的系统模型 中的非目标控制参数， 计算得到的所述修正后的系统模型中的目标控制参数， 包括： 调用预设求解算。

6、法对所述修正后的系统模型进行求解， 得到所述修正后的系统模型中 的目标控制参数。 5.根据权利要求4所述的参数确定方法， 其特征在于， 调用预设求解算法对所述修正后 的系统模型进行求解， 得到所述修正后的系统模型中的目标控制参数， 包括： 对所述修正后的系统模型进行区域内求解， 得到区域内的设备的运行参数； 以所述运行参数为设定条件， 对所述修正后的系统模型进行区域间求解， 得到所述区 域内的设备的更新后的运行参数。 6.一种多区互联综合能源系统的参数确定装置， 其特征在于， 应用于综合能源系统中 的处理器， 所述综合能源系统中包含至少一个处理器， 所述处理器分别对应不同能源分析 区域； 所述。

7、参数确定装置包括： 模型获取模块， 用于获取位于所述能源分析区域内的目标系统的系统模型； 所述目标 系统包括电力系统和/或天然气系统； 所述系统模型包括目标控制参数以及非目标控制参 数； 第一修正模块， 用于对所述系统模型进行区域内的模型耦合修正操作， 得到中间系统 模型； 第二修正模块， 用于对所述中间系统模型进行区域间的模型耦合修正操作， 得到修正 后的系统模型； 参数确定模块， 用于获取依据所述修正后的系统模型中的非目标控制参数， 计算得到 权利要求书 1/2 页 2 CN 112258077 A 2 的所述修正后的系统模型中的目标控制参数； 所述目标控制参数的参数值作为对设备控制 的依。

8、据。 7.根据权利要求6所述的参数确定装置， 其特征在于， 所述第一修正模块具体用于： 获取所述电力系统和所述天然气系统之间的共有耦合设备的设备运行参数， 基于所述 设备运行参数， 对所述系统模型进行修正， 得到中间系统模型。 8.根据权利要求6所述的参数确定装置， 其特征在于， 所述第二修正模块具体用于： 获取所述目标区域的目标系统与所述目标区域的相邻区域的目标系统的共有系统设 备的设备参数， 基于所述共有系统设备的设备参数， 对所述中间系统模型进行修正， 得到修 正后的电力系统模型。 9.根据权利要求6所述的参数确定装置， 其特征在于， 所述参数确定模块具体用于： 调用预设求解算法对所述修。

9、正后的系统模型进行求解， 得到所述修正后的系统模型中 的目标控制参数。 10.一种电子设备， 其特征在于， 所述综合能源系统中包含至少一个电子设备， 所述电 子设备分别对应不同能源分析区域； 所述电子设备包括： 存储器和处理器； 其中， 所述存储器用于存储程序； 处理器调用程序并用于： 获取位于所述能源分析区域内的目标系统的系统模型； 所述目标系统包括电力系统 和/或天然气系统； 所述系统模型包括目标控制参数以及非目标控制参数； 对所述系统模型进行区域内的模型耦合修正操作， 得到中间系统模型； 对所述中间系统模型进行区域间的模型耦合修正操作， 得到修正后的系统模型； 获取依据所述修正后的系统模。

10、型中的非目标控制参数， 计算得到的所述修正后的系统 模型中的目标控制参数； 所述目标控制参数的参数值作为对设备控制的依据。 权利要求书 2/2 页 3 CN 112258077 A 3 一种多区互联综合能源系统的参数确定方法及相关装置 0001 本申请要求于2020年9月28日提交中国专利局、 申请号为202011041805.2、 发明名 称为 “一种综合能源系统的设备参数确定方法及相关装置” 的国内申请的优先权， 其全部内 容通过引用结合在本申请中。 技术领域 0002 本发明涉及综合能源系统管理领域， 更具体的说， 涉及一种多区互联综合能源系 统的参数确定方法及相关装置。 背景技术 00。

11、03 随着燃气发电机的广泛应用和电转气技术的日趋成熟， 以电力-天然气综合能源 系统为代表的综合能源系统为提高能源利用效率和促进可再生能源的消纳提供了新的思 路。 因此， 对电力-天然气综合能源系统的研究， 尤其是电力-天然气协同优化的研究具有重 要的意义。 0004 在对电力-天然气综合能源系统的协同优化时， 一般是统一的处理器采用集中式 优化算法对所有区域的电力系统和天然气系统进行整体调控， 但是这种集中式优化算法需 要对所有区域的数据进行集中收集和处理， 导致处理器的数据处理压力较大， 数据处理速 度较慢， 进而使得设备控制不及时， 容易出现设备控制故障。 发明内容 0005 有鉴于此，。

12、 本发明提供一种多区互联综合能源系统的参数确定方法及相关装置， 以解决处理器采用集中式优化算法需要对所有区域的数据进行集中收集和处理， 导致处理 器的数据处理压力较大， 数据处理速度较慢， 使得设备控制不及时， 容易出现设备控制故障 的问题。 0006 为解决上述技术问题， 本发明采用了如下技术方案： 0007 一种多区互联综合能源系统的参数确定方法， 应用于综合能源系统中的处理器， 所述综合能源系统中包含至少一个处理器， 所述处理器分别对应不同能源分析区域； 所述 参数确定方法包括： 0008 获取位于所述能源分析区域内的目标系统的系统模型； 所述目标系统包括电力系 统和/或天然气系统； 所。

13、述系统模型包括目标控制参数以及非目标控制参数； 0009 对所述系统模型进行区域内的模型耦合修正操作， 得到中间系统模型； 0010 对所述中间系统模型进行区域间的模型耦合修正操作， 得到修正后的系统模型； 0011 获取依据所述修正后的系统模型中的非目标控制参数， 计算得到的所述修正后的 系统模型中的目标控制参数； 所述目标控制参数的参数值作为对设备控制的依据。 0012 可选地， 对所述系统模型进行区域内的模型耦合修正操作， 得到中间系统模型， 包 括： 0013 获取所述电力系统和所述天然气系统之间的共有耦合设备的设备运行参数； 说明书 1/15 页 4 CN 112258077 A 4。

14、 0014 基于所述设备运行参数， 对所述系统模型进行修正， 得到中间系统模型。 0015 可选地， 对所述中间系统模型进行区域间的模型耦合修正操作， 得到修正后的系 统模型， 包括： 0016 获取所述目标区域的目标系统与所述目标区域的相邻区域的目标系统的共有系 统设备的设备参数； 0017 基于所述共有系统设备的设备参数， 对所述中间系统模型进行修正， 得到修正后 的电力系统模型。 0018 可选地， 获取依据所述修正后的系统模型中的非目标控制参数， 计算得到的所述 修正后的系统模型中的目标控制参数， 包括： 0019 调用预设求解算法对所述修正后的系统模型进行求解， 得到所述修正后的系统。

15、模 型中的目标控制参数。 0020 可选地， 调用预设求解算法对所述修正后的系统模型进行求解， 得到所述修正后 的系统模型中的目标控制参数， 包括： 0021 对所述修正后的系统模型进行区域内求解， 得到区域内的设备的运行参数； 0022 以所述运行参数为设定条件， 对所述修正后的系统模型进行区域间求解， 得到所 述区域内的设备的更新后的运行参数。 0023 一种多区互联综合能源系统的参数确定装置， 应用于综合能源系统中的处理器， 所述综合能源系统中包含至少一个处理器， 所述处理器分别对应不同能源分析区域； 所述 参数确定装置包括： 0024 模型获取模块， 用于获取位于所述能源分析区域内的目。

16、标系统的系统模型； 所述 目标系统包括电力系统和/或天然气系统； 所述系统模型包括目标控制参数以及非目标控 制参数； 0025 第一修正模块， 用于对所述系统模型进行区域内的模型耦合修正操作， 得到中间 系统模型； 0026 第二修正模块， 用于对所述中间系统模型进行区域间的模型耦合修正操作， 得到 修正后的系统模型； 0027 参数确定模块， 用于获取依据所述修正后的系统模型中的非目标控制参数， 计算 得到的所述修正后的系统模型中的目标控制参数； 所述目标控制参数的参数值作为对设备 控制的依据。 0028 可选地， 所述第一修正模块具体用于： 0029 获取所述电力系统和所述天然气系统之间的。

17、共有耦合设备的设备运行参数， 基于 所述设备运行参数， 对所述系统模型进行修正， 得到中间系统模型。 0030 可选地， 所述第二修正模块具体用于： 0031 获取所述目标区域的目标系统与所述目标区域的相邻区域的目标系统的共有系 统设备的设备参数， 基于所述共有系统设备的设备参数， 对所述中间系统模型进行修正， 得 到修正后的电力系统模型。 0032 可选地， 所述参数确定模块具体用于： 0033 调用预设求解算法对所述修正后的系统模型进行求解， 得到所述修正后的系统模 型中的目标控制参数。 说明书 2/15 页 5 CN 112258077 A 5 0034 一种电子设备， 所述综合能源系统。

18、中包含至少一个电子设备， 所述电子设备分别 对应不同能源分析区域； 所述电子设备包括： 存储器和处理器； 0035 其中， 所述存储器用于存储程序； 0036 处理器调用程序并用于： 0037 获取位于所述能源分析区域内的目标系统的系统模型； 所述目标系统包括电力系 统和/或天然气系统； 所述系统模型包括目标控制参数以及非目标控制参数； 0038 对所述系统模型进行区域内的模型耦合修正操作， 得到中间系统模型； 0039 对所述中间系统模型进行区域间的模型耦合修正操作， 得到修正后的系统模型； 0040 获取依据所述修正后的系统模型中的非目标控制参数， 计算得到的所述修正后的 系统模型中的目标。

19、控制参数； 所述目标控制参数的参数值作为对设备控制的依据。 0041 相较于现有技术， 本发明具有以下有益效果： 0042 本发明提供了一种多区互联综合能源系统的参数确定方法及相关装置， 电力-天 然气综合能源系统为代表的综合能源系统中包含至少一个处理器， 所述处理器分别对应不 同能源分析区域， 即不同能源分析区域使用不同的处理器进行处理， 进而在进行管理时， 能 够采用分区域管理的方式， 并且处理器在对目标系统模型进行修正时， 除了对其进行区域 内的模型耦合修正操作， 还进行了区域间的模型耦合修正操作， 也就是说， 同时考量了系统 中的不同区域内模型间的相互影响， 在实现能源分析区域独立控制。

20、的同时， 仍然能够保证 整个综合能源系统的协同优化， 相比于所有区域统一控制的方式， 减少了处理器的数据处 理量， 降低处理器的数据处理压力， 提高了数据处理速度， 进而提高设备控制的及时性， 降 低设备出现控制故障的概率。 附图说明 0043 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据 提供的附图获得其他的附图。 0044 图1为本发明实施例提供的一种综合能源系统的结构示意图； 0045 图2。

21、为本发明实施例提供的一种多区互联综合能源系统的参数确定方法的方法流 程图； 0046 图3为本发明实施例提供的一种多区互联综合能源系统的参数确定装置的结构示 意图。 具体实施方式 0047 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0048 随着燃气发电机的广泛应用和电转气(Power to gas,P2G)技术的日趋成熟， 以电 力-天然气综合能源系统为。

22、代表的综合能源系统为提高能源利用效率和促进可再生能源的 说明书 3/15 页 6 CN 112258077 A 6 消纳提供了新的思路。 研究表明对天然气系统的广泛依赖将会对电力系统的安全运行和价 格弹性产生重大影响。 因此， 对考虑安全约束的电力-天然气综合能源系统的协同优化的研 究具有重要的意义。 然而， 大多数研究提出的是集中式的优化策略， 需要一个中央控制中心 收集、 处理并利用海量数据， 以进行多区域的综合能源系统优化运行。 0049 在能源互联网发展背景下， 随着特高压、 超高压技术的发展， 以电力系统为枢纽的 多能源系统趋向于在更广泛的区域内互联， 以实现资源在时间和空间上的协调。

23、分配。 优化 问题的规模也随之呈指数之势增大， 对传统集中式优化算法的求解性能提出了更高的要 求。 传统集中式调度策略需要一个集中的数据中心对全区域状态信息进行感知、 收集和处 理， 导致区域间的通信数据传输负担增大， 对通信系统建设要求较高， 还可能存在数据安 全、 信息隐私方面的问题。 另外， 处理数据较多， 优化问题规模较大， 求解速度较慢， 可能无 法满足设备控制的及时性， 容易出现设备控制故障， 因此， 对传统集中式优化算法的求解性 能提出了更高的要求。 此外， 当区域间的能源系统隶属不同的政治辖区或参与不同规则的 市场时， 由于要维持各区域能源系统的决策独立性， 这种传统集中式策略。

24、将不再适用。 因 此， 考虑到区域间运行者数据隐私性和决策独立性的分布式优化方法有着重要的意义。 0050 为了解决上述技术问题， 发明人经过研究发现， 若是能够对综合能源熊设置多个 处理器， 每个处理器处理至少一个能源分析区域的数据， 但是不会处理所有能源分析区域 的数据， 这样能够降低每个处理器的处理负担， 而且数据处理速度会加快， 也能够适用不同 的政治辖区或参与不同规则的市场规则。 0051 具体的， 本发明中的， 电力-天然气综合能源系统为代表的综合能源系统中包含至 少一个处理器， 所述处理器分别对应不同能源分析区域， 即不同能源分析区域使用不同的 处理器进行处理， 进而在进行管理时。

25、， 能够采用分区域管理的方式， 并且处理器在对目标系 统模型进行修正时， 除了对其进行区域内的模型耦合修正操作， 还进行了区域间的模型耦 合修正操作， 也就是说， 同时考量了系统中的不同区域内模型间的相互影响， 在实现能源分 析区域独立控制的同时， 仍然能够保证整个综合能源系统的协同优化， 相比于所有区域统 一控制的方式， 减少了处理器的数据处理量， 降低处理器的数据处理压力， 提高了数据处理 速度， 进而提高设备控制的及时性， 降低设备出现控制故障的概率。 0052 在上述内容的基础上， 本发明的一实施例提供了一种多区互联综合能源系统的参 数确定方法， 应用于综合能源系统中的处理器， 参照图。

26、1， 所述综合能源系统中包含至少一 个处理器(也可以称为区域调度中心)， 所述处理器分别对应不同能源分析区域。 0053 在实际应用中， 一个处理器对应至少一个能源分析区域， 如对应一个、 二个、 或三 个以上的能源分析区域， 但是一个处理器不能够对应所有的能源分析区域。 本实施例中的 最优方案是一个处理器对应一个能源分析区域， 如图2中的三个区域调度中心分别对应电 力-天然气综合能源系统(区域A)、 电力-天然气综合能源系统(区域B)以及电力-天然气综 合能源系统(区域C)。 这样不同的区域使用不同的处理器进行数据处理， 能够保证一个处理 器仅处理自身对应的区域即可。 若是为了节省处理器的资。

27、源， 可以采用一个处理器对应多 个区域的技术方案， 在实际应用中， 本领域技术人员能够根据具体使用场景进行相应设定。 0054 相邻的能源分析区域之间需要共享共有耦合设备， 如不同区域的天然气系统需要 共享P2G设备， 不同区域的电力系统需要共享电力线路。 此时不同区域之间需要进行电力流 和天然气流的交互， 具体参照图2中的电力流和天然气流的交互。 说明书 4/15 页 7 CN 112258077 A 7 0055 不同区域的处理器需要共享相邻边界的边界信息流。 具体的， 可以共享P2G设备的 电输入功率Pv， 以及其通过一定的转换效率转化为天然气的输出Gv； 及NGU设备的输入功率 Gv 。

28、,以及其通过一定的转换效率转化为电力的输出Pv 。 0056 参照图2， 多区互联综合能源系统的参数确定方法可以包括： 0057 S11、 获取位于所述能源分析区域内的目标系统的系统模型。 0058 所述目标系统包括电力系统和/或天然气系统； 所述系统模型包括目标控制参数 以及非目标控制参数。 0059 在实际应用中， 一个能源分析区域内设置有天然气系统和电力系统， 天然气系统 和电力系统中的至少一个可以称为目标系统。 目标系统具有相应的系统模型， 系统模型包 括目标控制参数以及非目标控制参数， 其中， 目标控制参数是对模型求解得到的参数， 作为 对设备控制的依据， 目标控制参数可以是各发电场。

29、站的输出功率、 储能装置的运行状况、 电 转气设备的输出功率等， 非目标控制参数是辅助对模型进行求解的参数， 如电价、 火电机组 的燃料成本、 天然气价格、 线路最大允许电流等等。 0060 在目标系统为电力系统时， 电力系统的系统模型(此处是电力模型)的构建过程如 下： 0061 单个区域内的电力系统的优化子问题以调度周期内机组燃料成本最小为目标函 数， 如式(3.1)所示： 0062 0063SPa-E代表优化对象是单个区域内的电力系统a， 式中：为任意区域a内电力系 统中火电机组的燃料成本， 可由式(3.2)求得。 0064 0065 式中： Pi,t为机组i在时刻t的发电功率； xi、。

30、 yi和zi为机组i的一次、 二次和常数成本 系数；为区域a中燃煤发电机组的集合。 0066 计及风电、 光伏发电出力不确定性和负荷预测误差的电力系统安全运行的机会约 束如式(3.3)-(3.9)所示。 0067 0068 0069 0070 说明书 5/15 页 8 CN 112258077 A 8 0071 0072 0073 0074 式中： Ri,t为机组i在时刻t的旋转备用容量， Pw,t为风电机组w在时刻t的发电功率， Ps,t为光伏发电机组s在时刻t的发电功率， 为节点b在时刻t的电负荷功率， Pv,t为P2G设备 v在时刻t的电功率， 为电力输电线l在时刻t的传输功率， 和Pi。

31、分别为机组i出力的上下 限约束， 为机组i的旋转备用容量限值； LOLP(loss of load probability)为电力系统 失负荷概率,TLOP(transmission line overload probability)为电力传输线过负荷概 率； SF表示转移因子， 以SFl,i为例， 其物理意义为机组i增加单位出力对输电线路l带来的功 率增量， SFl,w、 SFl,s、 SFl,b以及SFl,v类似于SFl,i。和分别为 区域a中火电机组、 P2G设备、 风电机组、 光伏发电机组和电力系统节点的集合,下标i,w,s分 别代表区域a中火电机组、 P2G设备、 风电机组、 光伏。

32、发电机组和电力系统节点。 R为功率爬坡 率限制， Ui、 Di分别为风电机组和光伏机组装机容量。 0075 式(3.3)表示火电机组(包括燃气和燃煤机组)需要提供足够的旋转备用， 以适应 风电出力、 光伏出力和电力负荷的预测误差， 并在任意时刻t电力系统失负荷概率应该在给 定的LOLPt限值之内。 同样地， 式(3.4)表示在时刻t由风电出力、 光伏出力和电力负荷的随 机性造成的电力传输线容量越限的概率应小于给定的TLOPt限值。 式(3.5)以通用转移因子 的形式表示电力线路的输电功率， 转移因子形式的电力系统直流潮流模型的推导见下节。 式(3.6)-(3.9)分别表示火电机组发电功率、 爬。

33、坡功率和备用容量的限值约束。 0076 风电、 光伏和电力负荷的随机模型如式(3.10)-(3.12)所示， 分别由各自的期望值 和以概率分布函数表示的预测误差组成。 0077 0078 0079 0080 风电和光伏出力的预测误差由均值为0的正态分布函数(高斯分布)表示， 负荷预 测误差由均值为0的截顶正态分布函数表示。 式(3.3)和(3.4)是包含随机变量的机会约束 方程。 为便于求解， 对两式进行等价处理， 变换为由随机变量对应分布函数的分位数和标准 差表示的确定性模型。 式(3.3)和(3.4)分别变换为式(3.13)和(3.14)。 0081 说明书 6/15 页 9 CN 112。

34、258077 A 9 0082 0083式中表示对应LOLPt取值的正态分布函数的分位数。 0084 由此， 将原包含随机变量的机会约束方程转换为一组确定性的线性不等式方程 组。 原电力系统优化子问题可描述为一组凸二次优化模型， 可用现有的商业求解器高效地 处理。 0085 在目标系统为天然气系统时， 天然气系统的系统模型(此处是天然气模型)的构建 过程如下： 0086 单个区域的天然气系统的优化子问题以调度周期内运行成本最小为目标函数， 其 中包括气井(即产气源)的原料生产成本和储气系统的运行成本， 如式(3.15)所示： 0087 0088SPa-G代表优化对象是单个区域内的天然气系统a，。

35、 式中：和分别表示区域a 中天然气生产成本和储气系统的运行成本， 可分别由式(3.16)和(3.17)计算得到。 0089 0090 0091 式中： Ggs， i为气井gs时刻t的产气功率； pgas为单位天然气的价格； ss为储气系统的 单位运行成本；和分别为储气系统时刻t的充气和放气功率；和分别表示 区域a中气井和储气系统的集合。 0092 从数学意义上， 通过对式(3.17)的优化， 储气系统充、 放气过程的互斥性得到保 证， 而无需在模型约束中引入0-1整数变量。 0093 此外， 由于电力潮流传播速度接近光速， 其由发电机组到负荷之间的流动几乎是 瞬时完成的， 所以常采用集总参数模。

36、型描述其物理特性。 但是， 天然气潮流的流动速度较 慢， 加之固有的管线填充特性(即由于气体的压缩特性， 天然气潮流具有较大的惯性， 导致 输气管道本身具有储气能力。 类似于电力系统的旋转备用容量)， 常规的稳态模型将不能精 确捕捉天然气潮流的动态特性。 而电力潮流和天然气潮流传播速度上的差异也往往被忽 视。 因此， 采用一组偏微分方程组来描述天然气潮流模型。 0094 天然气系统运行约束如式(3.18)-(3.28)所示： 说明书 7/15 页 10 CN 112258077 A 10 0095 0096 0097 0098 0099 0100 0101 0102 0103 0104 010。

37、5 0106式中：和分别为管道mn出口和入口处在时刻t的天然气质量流率， m， t、 n， t 分别为节点m与节点n在t时刻的气压， mn为管道mn中天然气的气体流动速度， Rg为天然气 常数， avg和avg分别为管道的平均温度和管道压缩系数的平均值， c为输气管道摩擦因 子， Smn为管道mn的截面积， dmn,和Lmn分别为管道mn的直径和长度，分别为储气 装置SS在t时刻的充气功率和放气功率； Gv,t为P2G设备v时刻t的天然气输出功率，为节 点m时刻t的气负荷功率，为节点m时刻t的常规气负荷功率， Gi,t为燃气机组i时刻t的耗 气功率， Wss,t为储气系统ss时刻t的储气容量，。

38、 Ggs和分别为气井gs的出力上下限， fmn和 分别为管道mn天然气质量流率的上下限值， m和分别为节点m气压的上下限值， 和分别为储气系统充气功率和放气功率的限值， Wss和分别为储气系统ss的容量上 下限值，表示区域a中输气管道的集合，和 分别为区域a中与节点m相连的输气网络节点集合、 气井集合、 P2G设备集合、 储气 系统集合和燃气机组集合。 说明书 8/15 页 11 CN 112258077 A 11 0107 式(3.18)和式(3.19)为天然气潮流方程， 两式分别为描述天然气潮流质量守恒和 动量守恒的Wendroff差分形式。 式(3.20)表示输气系统节点能量守恒约束。 。

39、式(3.21)表示 节点的气负荷功率等于常规气负荷功率与该节点连接的燃气机组的耗气功率之和。 式 (3.22)表示储气系统容量随充放气过程的变化状态。 式(3.23)-(3.28)分别表示气井输出 功率、 天然气质量流率、 节点气压和储气系统容量和充放气功率的上下限约束。 0108 S12、 对所述系统模型进行区域内的模型耦合修正操作， 得到中间系统模型。 0109 在实际应用中， 同一区域内同时设置有电力系统和天然气系统， 电力系统由电力 系统独立运营机构管理， 天然气系统则由天然气运营机构管理。 两者通过共享信息并将该 信息作为协同优化的组成部分实现电力系统和天然气系统的耦合。 0110 。

40、具体的， 步骤S12可以包括： 0111 获取所述电力系统和所述天然气系统之间的共有耦合设备的设备运行参数， 基于 所述设备运行参数， 对所述系统模型进行修正， 得到中间系统模型。 0112 在实际应用中， 通过引入 “目标变量” (以tar表示)和 “响应变量” (以res表示)两个 变量集， 对电力系统与天然气系统的共享信息进行建模， 其中 “目标变量” 指的是通过求解 一个子系统优化问题(单区域电力系统独立运营机构或天然气运营机构的优化子问题)所 得到的表征共享信息的变量， 对应的 “响应变量” 则指的是求解与该子系统协同的系统优化 子问题所得到的表征该共享信息的变量。 即共享信息对应的。

41、目标变量和响应变量的值保持 一致， tar-res0。 0113 对于单个区域内的电力系统与天然气系统， 主要通过燃气发电机(natural gas fired unit,NGU)和P2G设备耦合。 其中， P2G设备的电输入功率为Pv， 并通过一定的转换效 率 P2G转化为天然气输出Gv， 他们之间的一致性关系为Pv,tGv,t/ P2G。 对于电力系统运行 者， 即电力系统独立运营机构来说， Pv是属于其优化子问题的 “目标变量” ， 而Gv,t/ P2G为其 协作子系统天然气运营机构反馈的 “响应变量” 。 同样地， NGU有相似的工作原理。 通过使用 罚函数的方法对一致性约束进行松弛，。

42、 以在电力系统独立运营机构和天然气运营机构的成 本函数中添加拉格朗日惩罚项的方式， 表征共享信息对协同运行的子系统目标函数的相互 影响。 电力系统独立运营机构和天然气运营机构的优化子问题的目标函数可分别修正为式 (3.29)和式(3.30)： 0114 0115 0116式中： o表示矩阵间的哈达玛乘积， 即同维矩阵逐元素对应相乘； 和分别表示 说明书 9/15 页 12 CN 112258077 A 12 区域a中电力系统独立运营机构和天然气运营机构优化子问题的决策变量(优化变量)； a 和 a分别表示对应电力系统独立运营机构和天然气运营机构之间共享信息松弛后不一致 性的拉格朗日罚因子， 其。

43、下标与P意义对应， v或i代表设备i， t代表时刻t。 0117 式(3.29)等式右侧的第二和第三项以及式(3.30)等式右侧的第三和第四项分别 为对应共享信息的二次惩罚函数。 其中()*表示由与其协同的子系统提供的 “响应变量” 的值(或由 “响应变量” 和转换公式所得计算值)， 在分布式优化过程中为随迭代次数更新的 参数。 以为例， 对于天然气运营机构来说，为对应P2G设备共享信息的 “响应变量” ， 其 值为同区域天然气运营机构根据子问题优化结果Gv,t的值和能量转换公式求得。 0118 因此， 电力-天然气综合能源系统中电力系统独立运营机构和天然气运营机构可 通过共享和更新NGU和P。

44、2G设备的运行状态实现协同。 单个区域电力系统独立运营机构和天 然气运营机构运行的目标函数可由式(3.1)和式(3.15)修正为式(3.31)和式(3.32)。 0119 (SPa-E)min Fa (3.31) 0120 (SPa-G)min La (3.32) 0121 S13、 对所述中间系统模型进行区域间的模型耦合修正操作， 得到修正后的系统模 型。 0122 具体的， 步骤S13可以包括： 0123 获取所述目标区域的目标系统与所述目标区域的相邻区域的目标系统的共有系 统设备的设备参数， 基于所述共有系统设备的设备参数， 对所述中间系统模型进行修正， 得 到修正后的电力系统模型。 0。

45、124 在实际应用中， 对于区域间的电力-天然气综合能源系统， 以虚拟发电机和虚拟负 荷替换电力联络线。 即假设电力潮流方向为由区域A流向区域B， 则对于区域A的电力系统独 立运营机构来说， 电力联络线上的潮流可由虚拟负荷代替， 联络线上的潮流值即为虚拟负 荷的功率值， 以PlD表示。 同理， 对于区域B的电力系统独立运营机构来说， 电力联络线上的潮 流可由一个虚拟发电机表示， 联络线潮流可等效为虚拟发电机的发电功率， 以PlG表示。 联络 线功率即为两区域电力系统独立运营机构之间的共享信息， 对于区域A来说， PlD为其优化子 问题的 “目标变量” ， PlG为由其协同子系统(区域B)共享的。

46、 “响应变量” 。 其一致性约束为PlD- PlG0。 区域间天然气系统天然气运营机构的共享信息(联络管道潮流)的建模与电力系统 类似。 由于本实施例所采用的天然气系统暂态模型综合考虑了天然气潮流的动态特性， 即 流经节点的天然气潮流值是由节点气压差值和前一时段的节点流体质量速率所决定的， 所 以天然气的潮流是流经节点的气流速率和节点气压的函数。 因此选取同时包含质量流率和 气压信息的虚拟节点为区域间天然气系统的解耦变量。 0125 通过引入虚拟发电机、 虚拟负荷和虚拟节点， 可实现对多区域电力-天然气综合能 源系统的优化问题进一步解耦。 为了松弛对应电力联络线和天然气联络管道的一致性约 束，。

47、 进一步在单个电力系统独立运营机构和天然气运营机构的成本函数中引入拉格朗日惩 罚项。 电力系统独立运营机构和天然气运营机构的优化子问题目标函数可进一步修正为式 (3.33)和式(3.34)： 说明书 10/15 页 13 CN 112258077 A 13 0126 0127 0128式中：和为对应多区域电力-天然气综合能源系统共享信息松 弛后不一致性的拉格朗日罚因子， 其中共享信息包含了区域内部电力系统独立运营机构和 天然气运营机构的共享信息和区域间电力系统独立运营机构和区域间天然气运营机构的 共享信息。和分别表示考虑区域协作后的电力系统独立运营机构和天然气运营机构 优化子问题的决策变量(优。

48、化变量)。 0129 因此， 电力系统独立运营机构和天然气运营机构的目标函数可最终修正为式 (3.35)和式(3.36)： 0130 (SP”a-E)min Fa (3.35) 0131 (SP”a-G)min La (3.36) 0132 S14、 获取依据所述修正后的系统模型中的非目标控制参数， 计算得到的所述修正 后的系统模型中的目标控制参数； 所述目标控制参数的参数值作为对设备控制的依据。 0133 在实际应用中， 调用预设求解算法对所述修正后的系统模型进行求解， 得到所述 修正后的系统模型中的目标控制参数。 0134 具体的， 本步骤中采用基于拉格朗日松弛的双层迭代算法， 对所述修正。

49、后的系统 模型进行区域内求解， 得到区域内的设备的运行参数， 以所述运行参数为设定条件， 对所述 修正后的系统模型进行区域间求解， 得到所述区域内的设备的更新后的运行参数。 0135 详细来说， 对上述电力天然气系统耦合模型进行求解。 区域内部电力系统和天然 气系统的协同由内层循环处理， 在内层子问题的迭代求解时， 区域间的共享信息的 “响应变 量” 为定值。 在内部迭代收敛后， 外层循环根据收敛的内部优化结果更新电力联络线和天然 气联络管道的状态信息。 0136 具体的求解流程如下所示: 0137 步骤1:初始化内部迭代次数SI和外部迭代次数SO， 设置SI1， SO1。 为罚因子和 所有子。

50、问题的 “响应变量” ()*(0)赋初值。 0138 步骤2:求解电力系统独立运营机构优化子问题， 其中对应P2G设备的电输入功率 和NGU的电输出功率的 “响应变量” 值为前一次(第SI-1次)迭代由天然气运营机构的共享信 息所得计算值， 即和与此同时， 求解天然气运营机构优化子问题， 其中对应 P2G设备的气输出功率和NGU的气输入功率的 “响应变量” 值为前一次迭代由电力系统独立 运营机构的共享信息所得计算值， 即和 说明书 11/15 页 14 CN 112258077 A 14 0139 步骤3:根据P2G设备和NGU的能量转换公式计算并更新 “响应变量” 的值。 其中， 对 于 P。