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基于ADMM的电-气综合能源系统分布式滚动优化调度.docx
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基于ADMM的电-气综合能源系统分布式滚动优化调度.docx
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1 引言
燃气轮机与电转气技术的发展使得对电、气系统之间进行统一的规划与调
度成为了关注焦点
[1]
。这不但有助于提高电-气互联系统经济效益,提高能源利
用率,而且可以缓解系统负荷高峰
[2⇓ ⇓ -5]
。如果仍以传统的电网与天然气网独立运
行模式考虑,将无法保证调度方案经济性及稳定性。
目前关于电-气互联综合能源系统的研究多在建模、优化算法以及规划调
度等方面
[6⇓ -8]
。由于电-气互联系统内设备众多、建模复杂、约束条件较多,集中
式优化调度模型均为大规模非线性优化问题。同时多时间尺度调度使得模型求
解更加复杂,容易出现求解时间长、目标函数不稳定、求解困难等问题、为解
决 这 些 问 题 , 适 应 用 于 大 规 模 分 布 式 计 算 和 优 化 问 题 的 交 替 方 向 乘 子 算 法
(Alternative direction multiplier method,ADMM)获得广泛关注。ADMM 算法具
有收敛性好、形式简单等优点,更适合应用于电-气互联系统。文献[9-10]采用
ADMM 分别将电源与电网协同规划框架转换为电源规划决策子问题与电网规
划决策子问题,将多个含分布式电源互联微电网转换为独立微电网交互求解,实
现了电源与网架分布式协同规划,微电网间分布式优化调度。文献[11]针对电力
流与天然气流采用 ADMM 实现其分布式协同优化。另外,制定调度计划过程中,
负荷及风电场等日前预测值会因随机波动,与真实值之间出现偏差。文献[12⇓-
14]提出了基于模型预测控制的综合能源系统多时间尺度协调优化调度及动态
优化调度。调度结果均基于预测值优化,负荷预测信息可由多种方法得出。文
献[15]提出了一种考虑天然气系统优化运行的电力-天然气综合能源系统双层
优化调度模型。文献[16]提出了分阶梯加速惩罚因子交替方向乘子法的模型分
布式协同求解机制。但是仍未综合考虑关于解决决策变量过多、模型复杂以及
预测信息不确定性的问题。
为此,本文提出了基于 ADMM 的电-气综合能源系统分布式滚动优化调度模
型。以预测值下系统运行成本最小为目标函数建立集中式优化调度模型,利用
ADMM 将集中式优化调度模型转换为分布式调度模型求解。同时将滚动优化
引入算法,根据电负荷、气负荷以及风电场等的实时预测值对其日前预测值进
行不断调整。最后通过算例说明所提算法的可行性及经济性,两系统之间实现
了协同运行。
2 电-气互联综合能源系统建模
电-气互联系统的结构如图 1 所示。考虑电网和天然气网两种能源网络,风
电场作为可再生能源发电机组接入网络中。通过燃气轮机与电转气装置进行耦
合,提高能源利用率以及系统安全可靠性。
图 1
图 1 电-气互联系统结构图
2.1 电力 系统建模
电力系统模型常以交流潮流分析,包括有功功率和无功功率,存在大量非线
性关系,求解复杂。这里建立了线性化最优潮流电网模型,不考虑电网的无功功
率和电压,采用直流潮流对电-气互联系统中的电力系统建模。
Pij=θi−θjXijPij=θi−θjXij
(1)
式中,θ
i
、θ
j
分别为 i、j 节点的相角;Χ
ij
为 i、j 节点之间线路的阻抗;P
ij
为从 i
节点流向 j 节点的功率。
2.2 天然 气系统建模
考虑较小时间尺度天然气管道内的压力不随外界因素变化,始终处于稳定
状态,管道端任意时刻都满足理想状态下的能量守恒定律。
(1) 天然气管道气流稳态模型
fmn=xmnδmnδmn( π 2m− π 2n)−−−−−−−−−−−√fmn=xmnδmnδmn( π m2− π
n2)
(2)
δmn={1 π m≥ π n−1 π m< π nδmn={1 π m≥ π n−1 π m< π n
(3)
式中,f
mn
为管道从节点 m 到节点 n 的天然气流量;x
mn
为管道的传输系数,与
管道长度、内径、压力等因素有关;δ
mn
反映了管道内天然气的流动方向;π
m
、π
n
分别为管网节点 m、n 的节点气压。
(2) 天然气管存的稳态模型
V=νT0X0(X2Z2T2−X1Z1T1)V=νT0X0(X2Z2T2−X1Z1T1)
(4)
式中,V 为管道末端的储气量;T
0
为天然气基准状态温度;X
0
表示天然气基准
状态压力;T
1
、T
2
分别表示储气前后的天然气平均温度;X
1
、X
2
分别表示储气前
后的平均压力;Z
1
、Z
2
分别表示在 X
1
、X
2
压力下的压缩因子。
(3) 压缩机的稳态模型
fW=fkK( π in− π out)fW=fkK( π in− π out)
(5)
式中,f
W
为压缩机运行消耗的天然气流量;f
k
为压缩机流入的天然气流量;K
为压缩机常数;π
in
、π
out
分别为管道输入端与输出端的气压。
2.3 燃气 轮机建模
燃气轮机是将天然气转换为电力的能源重要转换装置,为表征其能源转换
关系,建立如下模型
fGT=α+βPt+νPt2fGT=α+βPt+νPt2
(6)
式中,f
GT
为燃气轮机消耗的燃气流量;P
t
为燃气轮机输出功率;α、β、ν 分别
为燃气轮机的能耗系数。
2.4 电转 气装置建模
电转气装置是将电能通过电解水制成氢气,然后再制造甲烷的过程。它的
电能输入可以由电网、风电、燃气轮机等发电装置来提供,调度比较灵活。为
表征其能源转换关系,建立如下模型
fP2G=PP2GηP2GHGfP2G=PP2GηP2GHG
(7)
式中 ,f
P2G
为电 转气装置 输出的天 然气流量 ;P
P2G
为电 转气装置 消耗的电 功
率;ηP2GηP2G 为能量转换效率;H
G
为天然气热值。
3 电-气综合能源系统集中式优化调度模型
3.1 目标 函数
从经济角度出发,以预测值下满足系统调度周期内运行成本最小为目标函
数。系统调度周期内运行成本包括 24 h 内电力系统的出力总成本和天然气系
统气源产气总成本。
F=min(CPF+CGF)=min(∑t=124∑i=1n(CAiP2Gi(t)+CBiPGi(t)+CCi)+∑t=124∑i=
1n(CGifGi(t)))F=min(CPF+CGF)=min(∑t=124∑i=1n(CAiPGi2(t)+CBiPGi(t)+CCi)+
∑t=124∑i=1n(CGifGi(t)))
(8)
式 中 ,C
PF
为 电 力 系 统 出 力 总 运 行 成 本 ;C
GF
为 天 然 气 系 统 气 源 产 气 总 成
本;C
Ai
、C
Bi
、C
Ci
为电力网络中第 i 台燃煤机组价格参数;P
Gi
(t)为任意时刻第 i 台
燃煤机组出力;C
Gi
为天然气网络中第 i 个气源价格参数;f
Gi
(t)为任意时刻第 i 个
气源 流量。
3.2 电力 系统约束条件
(1) 电力系统功率平衡约束
∑i=1nPGi,t+∑i=1nPGTi,t+∑i=1nPWTi,t=∑i=1nPP2Gi,t+∑i=1nPLi,t∑i=1nPGi,t+∑i=1
nPGTi,t+∑i=1nPWTi,t=∑i=1nPP2Gi,t+∑i=1nPLi,t
(9)
式 中 ,P
G
、 P
GT
、 P
WTi
分 别 为 燃 煤 机 组 出 力 、 燃 气 轮 机 出 力 及 风 电 场 出
力;P
P2G
、P
L
分别为电转气装置耗电量及电负荷。
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- 2301_766455962024-04-03感谢资源主分享的资源解决了我当下的问题,非常有用的资源。
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