基于混合潮流模型的分布式协同调控方法.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 201910941267.3 (22)申请日 2019.09.30 (71)申请人 上海电力大学 地址 200090 上海市杨浦区平凉路2103号 (72)发明人 范宏邓剑郁可可袁倩倩 陆骁霄 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 31225 代理人 杨宏泰 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种基于混合潮流模型的分布式协同调控 方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于混合潮流模。

2、型的分布 式协同调控方法， 用于在能源互联环境下进行多 能协调运行和分布式协同调控， 包括以下步骤： 1)建立以能源集线器模型为基础的能量等效转 化模型； 2)根据能量等效转化模型， 建立长时间 跨区域的多能源网络稳态混合潮流模型； 3)利用 解耦求解法对多能源网络稳态混合潮流模型求 解， 得到多能源互联网的能量分布与转化最优 解； 4)将所得最优解作为约束， 将分层分布式优 化方法和多智能系统结合， 得到短时间的区域级 多能互补优化调度调控方案。 与现有技术相比， 本发明具有提高能源利用率和环境友好等优点。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 110689199 A 2020.01.。

3、14 CN 110689199 A 1.一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法， 用于在能源互联环境下进行多能协 调运行和分布式协同调控， 其特征在于， 包括以下步骤： 1)建立以能源集线器模型为基础的能量等效转化模型； 2)根据能量等效转化模型， 建立长时间跨区域的多能源网络稳态混合潮流模型； 3)利用解耦求解法对多能源网络稳态混合潮流模型求解， 得到多能源互联网的能量分 布与转化最优解； 4)将所得最优解作为约束， 将分层分布式优化方法和多智能系统结合， 得到短时间的 区域级多能互补优化调度调控方案。 2.根据权利要求1所述的一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法， 其特征在于， 所述。

4、的多能源网络稳态混合潮流模型的目标函数为能源互联网的经济效益和环境效益最 小， 其约束条件包括正常运行情况下的电力系统的潮流约束条件、 天然气系统代数方程约 束条件、 热力系统能流方程约束条件和能量集线器输入和输出耦合方程约束条件， 所述的 分层分布式优化方法的目标函数为碳排放量最少， 约束条件包括正常运行状态下的潮流约 束条件、 天然气系统代数方程约束和热力系统能量流约束。 3.根据权利要求1所述的一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法， 其特征在于， 所述的能量等效转化模型为电能、 天然气能和热能三者之间的等效转化关系。 4.根据权利要求1所述的一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法，。

5、 其特征在于， 所述的多能源网络稳态混合潮流模型的建立具体包括： 201)构建多能源网络稳态混合潮流模型约束条件； 202)构建混合潮流模型。 5.根据权利要求4所述的一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法， 其特征在于， 所述的混合潮流模型为： 其中， min f(x， u)为目标函数， h(x， u)0为等式约束条件， g(x， u)0为不等式约束条 件， x为状态变量， u为控制变量； 所述的等式约束条件包括网络混合潮流平衡方程、 能源集线器内部能量方程和网络与 能源集线器耦合方程， 所述的不等式约束条件包括系统运行约束和能源集线器自身约束， 所述的状态变量包括电力网络中的电压和电流、。

6、 天然气网络中的流量和气压以及热力网络 中的流量和热媒温度， 所述的控制变量包括电力网络发电单元出力、 天然气网络压缩机变 比、 热力网络的热源出力和能源集线器的分配系数。 6.根据权利要求4所述的一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法， 其特征在于， 所述的混合潮流模型的约束条件的表达式为： 权利要求书 1/2 页 2 CN 110689199 A 2 其中， F为电力系统潮流方程， G为天然气系统代数方程， H为热力系统能流方程， CEH为能 量集线器输入和输出耦合方程， xe为电力系统相关变量， xg为天然气系统相关变量， xh为热 力系统相关变量， xeh为能源集线器相关变量。 7.。

7、根据权利要求1所述的一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法， 其特征在于， 所述的步骤4)具体包括： 401)建立短时间的区域的分布式自治单元模型； 402)每个自治单元对估计值进行更新； 403)通过步骤402)中的更新方式迭代收敛， 得到短时间的区域级的多能互补最佳调度 方案。 8.根据权利要求7所述的一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法， 其特征在于， 所述的分布式自治单元模型的目标函数为： 所述的自治单元对估计值进行更新方式的表达式为： dik0 其中， xik为自治单元i第k步迭代对决策变量xi的估计值， aijk为自治单元i与j的通 信权重系数， dik为自治单元i的迭代步长。

8、， sik为自治单元i的目标函数fi(x)在点xxi k的偏转次梯度。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110689199 A 3 一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法 技术领域 0001 本发明涉及能源互联网领域， 尤其是涉及一种基于混合潮流模型的分布式协同调 控方法。 背景技术 0002 随着环境污染的日益恶化， 降低碳排放在世界范围内受到人们的重视， 低碳发展 成为世界实现可持续发展的必然选择。 为了维持我国经济的可持续健康发展， 国务院发布 的 “十二五” 节能减排综合性工作方案 中已经明确提出控制主要污染物排放总量。 0003 能源互联网是能源和互联网的融合， 目的是为了提高能。

9、源利用率， 同时推广新型 能源、 降低对传统化石能源的依赖， 综合能源系统则是能源互联网的主要载体， 涉及到能源 的转换、 分配与有机协调。 两者主要的区别有： 1)综合能源系统主要关注供能系统、 能源交 换等物理层面问题， 能源互联网在此基础上还需要考虑信息通讯等问题， 且要强调信息流 和能量流之间的交互作用； 2)综合能源系统侧重于不同能源之间的协同优化， 能源互联网 则是关注不同能源系统之间物理与信息间的融合。 0004 开放互联是能源互联网的重要特征， 从运行控制方面可分为横向互联、 纵向互联 两个层面。 横向互联主要表现为多种能源的耦合互补。 传统供能系统是单独的、 分散的， 电 力。

10、网络、 热力网络和天然气网络之间存在着小范围的能源转化。 纵向互联则体现在源 网荷储的协同运行。 发明内容 0005 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于混合潮流 模型的分布式协同调控方法。 0006 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 0007 一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法， 用于在能源互联环境下进行多能 协调运行和分布式协同调控， 包括以下步骤： 0008 1)建立以能源集线器模型为基础的能量等效转化模型； 0009 2)根据能量等效转化模型， 建立长时间跨区域的多能源网络稳态混合潮流模型； 0010 3)利用解耦求解法对多能源网络稳态混合潮流模型。

11、求解， 得到多能源互联网的能 量分布与转化最优解； 0011 4)将所得最优解作为约束， 将分层分布式优化方法和多智能系统结合， 得到短时 间的区域级多能互补优化调度调控方案。 0012 所述的多能源网络稳态混合潮流模型的目标函数为能源互联网的经济效益和环 境效益最小， 其约束条件包括正常运行情况下的电力系统的潮流约束条件、 天然气系统代 数方程约束条件、 热力系统能流方程约束条件和能量集线器输入和输出耦合方程约束条 件， 所述的分层分布式优化方法的目标函数为碳排放量最少， 约束条件包括正常运行状态 下的潮流约束条件、 天然气系统代数方程约束和热力系统能量流约束。 说明书 1/6 页 4 CN。

12、 110689199 A 4 0013 所述的能量等效转化模型为电能、 天然气能和热能三者之间的等效转化关系。 0014 所述的多能源网络稳态混合潮流模型的建立具体包括： 0015 201)构建多能源网络稳态混合潮流模型约束条件； 0016 202)构建混合潮流模型； 0017 所述的混合潮流模型为： 0018 0019 其中， minf(x,u)为目标函数， h(x,u)0为等式约束条件， g(x,u)0为不等式约 束条件， x为状态变量， u为控制变量； 0020 所述的等式约束条件包括网络混合潮流平衡方程、 能源集线器内部能量方程和网 络与能源集线器耦合方程， 所述的不等式约束条件包括系。

13、统运行约束和能源集线器自身约 束， 所述的状态变量包括电力网络中的电压和电流、 天然气网络中的流量和气压以及热力 网络中的流量和热媒温度， 所述的控制变量包括电力网络发电单元出力、 天然气网络压缩 机变比、 热力网络的热源出力和能源集线器的分配系数。 0021 所述的混合潮流模型的约束条件的表达式为： 0022 0023 其中， F为电力系统潮流方程， G为天然气系统代数方程， H为热力系统能流方程， CEH 为能量集线器输入和输出耦合方程， xe为电力系统相关变量， xg为天然气系统相关变量， xh 为热力系统相关变量， xeh为能源集线器相关变量。 0024 所述的步骤4)具体包括： 00。

14、25 401)建立短时间的区域的分布式自治单元模型； 0026 402)每个自治单元对估计值进行更新； 0027 403)通过步骤402)中的更新方式迭代收敛， 得到短时间的区域级的多能互补最佳 调度方案。 0028 所述的分布式自治单元模型的目标函数为： 0029 0030 所述的自治单元对估计值进行更新方式的表达式为： 说明书 2/6 页 5 CN 110689199 A 5 0031 0032 其中， xik为自治单元i第k步迭代对决策变量xi的估计值， aijk为自治单元i与 j的通信权重系数， dik为自治单元i的迭代步长， sik为自治单元i的目标函数fi(x)在点 xxik的偏转。

15、次梯度。 0033 与现有技术相比， 本发明具有以下优点： 0034 1)环境友好： 将能源与互联网融合， 提高能源的利用率， 以环境效益和碳排放量最 小为目标函数， 通过优化调度方案可减少碳排放量， 为环境的保护提供一定的支持， 对环境 友好； 0035 2)能源利用率高： 通过多种能源的耦合互补， 使得传统单独、 分散的供能系统可以 互联通信， 使得电力网络、 热力网络和天然气网络在区域间实现能源的转化互联， 使能源分 配更加合理， 能源利用率更高。 附图说明 0036 图1为本发明的方法流程图； 0037 图2为微型燃气轮机系统图。 具体实施方式 0038 下面结合附图和具体实施例对本发。

16、明进行详细说明。 0039 实施例 0040 如图1所示， 本发明提供一种基于混合潮流模型的分布式协同调控方法， 用于在能 源互联环境下进行多能协调运行和分布式协同调控包括以下步骤： 0041 1)建立以能源集线器模型为基础的能量等效转化模型； 0042 2)根据能量等效转化模型， 建立长时间跨区域的多能源网络稳态混合潮流模型； 0043 3)利用解耦求解法对多能源网络稳态混合潮流模型求解， 得到能源互联网的能量 分布与转化最优解； 0044 4)将所得最优解作为约束， 将分层分布式优化方法和多智能系统有机结合， 得到 短时间的区域级多能互补优化调度调控。 0045 步骤1)中能量等效转化模型。

17、包括电、 气、 热三者之间的等效转化关系， 以天然气等 效转换模型为例， 天然气转化为电能的公式为： 0046 gc*PgcPgt 0047 其中， Pgc为进入燃气轮机的天然气量，gc为转化效率， Pgt为燃气轮机的发电功率； 0048 天然气转化成的热能的公式为： 0049 gh,gt*PgcHgt 0050 gh,gb*PghHgb 0051 其中， gh,gt为燃气轮机产热效率， gh,gb为燃气锅炉的产热效率， Hgt为燃气轮机产 热量， H gb为燃气锅炉的产热量。 说明书 3/6 页 6 CN 110689199 A 6 0052 混合潮流模型的目标函数为能源互联网的经济效益和环。

18、境效益最小， 约束条件包 括正常运行情况下的电力系统的潮流约束条件、 天然气系统代数方程约束条件、 热力系统 能流方程约束条件和能量集线器输入和输出耦合方程约束条件； 0053 分层分布式优化的目标函数为碳排放量最少， 约束条件包括正常运行状态下的潮 流约束条件、 天然气系统代数方程约束和热力系统能量流约束。 0054 多能源网络稳态混合潮流模型的建立具体包括： 0055 201)构建多能源网络稳态混合潮流模型约束条件； 0056 202)构建混合潮流模型； 0057 混合潮流模型约束条件的表达式为： 0058 0059 其中， F为电力系统潮流方程， G为天然气系统代数方程， H为热力系统能。

19、流方程， CEH 为能量集线器输入和输出耦合方程， xe为电力系统相关变量， xg为天然气系统相关变量， xh 为热力系统相关变量， xeh为能源集线器相关变量。 0060 混合潮流模型为： 0061 0062 其中， minf(x,u)为目标函数， h(x,u)0为等式约束条件， g(x,u)0为不等式约 束条件， x为状态变量， u为控制变量； 0063 等式约束条件包括混合潮流平衡方程、 能源集线器内部能量方程和网络与能源集 线器耦合方程， 不等式约束条件包括系统运行约束和能源集线器自身约束， 状态变量x包括 电力网络中的电压和电流、 天然气网络中的流量和气压以及热力网络中的流量和热媒温。

20、 度， 控制变量u包括电力网络发电单元出力、 天然气网络压缩机变比、 热力网络的热源出力 和能源集线器的分配系数。 0064 步骤4)具体包括： 0065 401)建立短时间的区域的分布式自治单元模型； 0066 402)每个自治单元对估计值进行更新； 0067 403)通过步骤402)中的迭代收敛， 得到短时间的区域级的多能互补最佳调度方 案。 0068 分布式自治单元模型的目标函数为： 0069 说明书 4/6 页 7 CN 110689199 A 7 0070 所述的自治单元对估计值进行更新方式的表达式为： 0071 0072 其中， xik为自治单元i第k步迭代对决策变量xi的估计值，。

21、 aijk为自治单元i与 j的通信权重系数， dik为自治单元i的迭代步长， sik为自治单元i的目标函数fi(x)在点 xxik的偏转次梯度。 0073 实施例： 0074 如图2所示为燃气轮机将天然气转化为电能和热能的仿真模型。 0075 进气管道的作用是对发电机起到冷却作用， 使其在发电过程中保持温度相对稳 定。 其数学模型为： 0076 Q0qm,air*cp,a*(T1-T0) 0077 其中， Q0为进气管中空气吸收的热量， qm,air为空气质量流量， cp,a为定压比热容， T1 为进气管出口温度， T0为进气管入口温度即环境温度。 0078 压气机的热力过程在理想情况下是等熵。

22、过程， 实际由于压气过程存在摩擦， 故而 是一个熵增绝热过程。 其数学模型为： 0079 0080 0081 m1(r0-1)/r0 0082 其中， T2为压气机出口空气温度， r0为空气比热比， c为压气机绝热效率， NC为实际 压缩功率。 0083 回热器数学模型为： 0084 T3 *(T5-T2)+T2 0085 T6T5-cp,air(T3-T2)/cp,flue 0086 其中， T3表示回热器出口空气温度， 为回热度， T5表示透平出口烟气温度， cp,表示 烟气的定压比热容。 0087 燃烧室数学模型为： 0088 T4 cc*T4,ideal 0089 Qgas(cp,fl。

23、ue*T4-cp,air*T3)*qm,flue 0090 其中，cc表示燃烧效率， T4,deal为燃烧室理论燃烧温度， 一般取843， Qgas表示燃气 耗量。 0091 透平数学模型为： 说明书 5/6 页 8 CN 110689199 A 8 0092 0093 发电机数学模型为： 0094 PoutputNT-NC 0095 NG g*Poutput 0096 式中， Poutput表示理论上发电机输出功率， NG表示发电量，g为发电机的发电效率。 0097 对上述各模块的数学模型在Matlab/Simulink仿真平台上建立模型， 再将各部件 按照实际系统结构连接成系统仿真模型。 0098 以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何 熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到各种等效的修改或替 换， 这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护范围应以权利 要求的保护范围为准。 说明书 6/6 页 9 CN 110689199 A 9 图1 图2 说明书附图 1/1 页 10 CN 110689199 A 10 。