計及電-氣雙向耦合的綜合能源配電網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)

周步祥,姚先禹,臧天磊

(四川大學(xué) 電氣工程學(xué)院,成都 610065)

0 引 言

隨著冷熱氣電能源耦合技術(shù)的發(fā)展,計及多能耦合的綜合能源系統(tǒng)(Integrated Energy System,IES)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜化,實現(xiàn)綜合系統(tǒng)整體優(yōu)化運行成為一大難題[1]。單一能源形式的配電網(wǎng)通過其靈活可控的開關(guān)變量利用DNR技術(shù)來改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以實現(xiàn)配電網(wǎng)優(yōu)化運行[2-3]。將配電網(wǎng)重構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于IES中,可以實現(xiàn)系統(tǒng)多能源協(xié)調(diào)運行,對系統(tǒng)的經(jīng)濟運行具有重要意義。

如何實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運行,目前的研究尚且處于起步階段。文獻[4]對國內(nèi)外電轉(zhuǎn)氣(Power to Gas,P2G)技術(shù)的研究現(xiàn)狀和基于氣電耦合系統(tǒng)建模方式作出了歸納總結(jié),分別從靈活性、可靠性兩個方面分析了P2G技術(shù)對氣電耦合IES的影響。文獻[5]構(gòu)建了含P2G裝置、儲氣裝置、燃?xì)鈾C組多能源轉(zhuǎn)換裝置能源中心模型,在博弈論技術(shù)這一框架下,研究了介入多能源市場時參與主體的博弈均衡問題。文獻[6]提出一種同時考慮負(fù)荷需求時變性和運行經(jīng)濟效益的DNR策略,實現(xiàn)降低運行成本的同時促進了新能源的消納。文獻[7-9]基于動態(tài)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù),滿足主動配電網(wǎng)優(yōu)化運行的同時提高了光伏等分布式電源的消納能力。文獻[10]考慮開關(guān)狀態(tài)、分布式電源出力等因素利用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法對DNR模型進行合理松弛,最終建立MISOCP模型為DNR提供了高效求解手段。

上述文獻對DNR技術(shù)用于優(yōu)化配電網(wǎng)運行做了有價值的探索。但如何將網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)與綜合能源系統(tǒng)有效的關(guān)聯(lián)起來仍是亟待解決解決的核心問題。文獻[11-12]以電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)耦合系統(tǒng)為研究對象,研究了新能源接入工況下的最優(yōu)潮流計算方法。文獻[13]討論了極端天氣影響下IES的優(yōu)化調(diào)度策略,以實現(xiàn)IES的應(yīng)急響應(yīng)管理。文獻[14]以電-氣互聯(lián)IES為背景,研究了一種配電系統(tǒng)削峰填谷有效方法。文獻[15]將綜合需求響應(yīng)的理念引入電-氣綜合能源系統(tǒng)中,對進行了運行優(yōu)化的建模與求解。文獻[16]考慮了天然氣機組大規(guī)模接入會提高IES發(fā)生連鎖故障的可能性,通過建模仿真全方位分析了天然氣系統(tǒng)故障場景下對IES的穩(wěn)定性影響。文獻[17]構(gòu)建的電氣綜合能源模型中引入網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)和風(fēng)險分析方法,實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)對綜合能源系統(tǒng)運行優(yōu)化;但該模型只涉及了氣網(wǎng)向電網(wǎng)單一能源傳輸方向,并沒有考慮到P2G技術(shù)帶來的影響。

綜上所述,綜合考慮網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)和電氣雙向耦合條件下的綜合能源系統(tǒng),提出一種基于配電網(wǎng)重構(gòu)的電-氣雙向耦合綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運行模型。本文的主要貢獻包括：(1)分別對配電子系統(tǒng)、配氣子系統(tǒng)和能源耦合系統(tǒng)進行模型構(gòu)建;(2)引入開關(guān)變量和網(wǎng)絡(luò)輻射狀等約束對原模型改進,得到綜合能源系統(tǒng)配電網(wǎng)重構(gòu)模型;(3)為解決模型難以求解這一問題,對模型進行凸優(yōu)化線性化。仿真結(jié)果驗證了基于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)的綜合能源系統(tǒng)可同時提高系統(tǒng)運行的可靠性和經(jīng)濟性。

1 計及電-氣雙向耦合綜合能源系統(tǒng)建模

P2G技術(shù)可實現(xiàn)電能以天然氣的形式存儲和利用,燃?xì)廨啓C和冷熱電三聯(lián)產(chǎn)等設(shè)備可作為配電網(wǎng)的分布式電源實現(xiàn)天然氣高效發(fā)電,這兩類技術(shù)實現(xiàn)了配電子系統(tǒng)和配氣子系統(tǒng)的能量雙向耦合,相比較只考慮天然氣發(fā)電的傳統(tǒng)單項耦合IES,該方法加深了兩個子系統(tǒng)之間的能量互聯(lián),提升了整個IES的靈活性和可靠性。

基于電-氣雙向耦合技術(shù)構(gòu)建的IES模型涉及到配電子系統(tǒng)和配氣子系統(tǒng)以及P2G廠站和燃?xì)廨啓C電-氣雙向耦合裝置的建模。其系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電-氣雙向耦合IES結(jié)構(gòu)圖

1.1 電-氣雙向耦合裝置建模

構(gòu)建的綜合能源模型重點考慮配電子系統(tǒng),天然氣子系統(tǒng)之間能量相互轉(zhuǎn)化過程,主要通過電轉(zhuǎn)氣技術(shù)和燃?xì)廨啓C設(shè)備實現(xiàn)[18]。構(gòu)建的電-氣雙向耦合模型可分為燃?xì)廨啓C運行模型和電轉(zhuǎn)氣設(shè)備運行模型。

(1)燃?xì)廨啓C運行模型：

Pgt=ηgtGgtHg

(1)

(2)電轉(zhuǎn)氣設(shè)備運行模型：

GP2G=ηP2GPP2G/Hg

(2)

式中Pgt為燃?xì)鈴S中燃?xì)廨啓C消耗天然氣輸出的電功率;Ggt為燃?xì)廨啓C消耗發(fā)電所消耗的天然氣氣流大小;ηgt為燃?xì)廨啓C發(fā)電能量轉(zhuǎn)化效率;同理GP2G為P2G裝置消耗電能輸出的天然氣流量大小;PP2G為P2G裝置輸出天然氣需要消耗的電功率;ηP2G為P2G裝置輸出天然氣的能量轉(zhuǎn)化效率,Hg為單位換算系數(shù),本文取值為39 MJ/m3。

1.2 配氣子系統(tǒng)模型

天然氣子系統(tǒng)模型包括氣源、傳輸管道和加壓站等元件模型和輸氣管道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ偷取Ｌ烊粴庥蓺饩M入管道,通過管網(wǎng)被輸送至用戶。通過控制管網(wǎng)中不同節(jié)點的壓力和調(diào)壓閥或者閥門閥芯位置來調(diào)節(jié)天然氣的流量[11]。考慮到配電網(wǎng)自動化技術(shù)相對成熟。文章重點考慮配電網(wǎng)重構(gòu)對天然氣傳輸管道氣流量、氣壓的影響,不考慮天然氣管道閥門控制對其產(chǎn)生的影響。配氣子系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2.1 配氣子系統(tǒng)元件模型

(1)配氣子系統(tǒng)氣源模型

為了尋求連續(xù)穩(wěn)定的供氣流量,本文天然氣氣源只考慮陸上天然氣氣源,可表示為如下：

gs,min≤gs≤gs,max

(3)

式中g(shù)s為配氣網(wǎng)氣源的供氣量大小;gs,min和gs,max分別為配氣網(wǎng)氣源供氣量上下限。

(2)配氣子系統(tǒng)管道氣流穩(wěn)態(tài)模型

天然氣管道的穩(wěn)態(tài)傳輸流量取決于管道兩端節(jié)點之間的氣壓差及管道參數(shù)。天然氣管道l中穩(wěn)態(tài)氣流量表示如下：

(4)

式中fl為配氣網(wǎng)管道l的氣流量大小;pm,pn分別為配氣網(wǎng)管道首端節(jié)點m和末端節(jié)點n的氣壓值;Cl為中高壓配氣網(wǎng)管道傳輸參數(shù);當(dāng)pm>pn時,管道l中的氣流方向為管道首端到末端,當(dāng)pm

(3)理想加壓站模型

由于天然氣傳輸過程中可能會存在因為管道內(nèi)摩擦等原因而造成氣壓損耗,因此需要設(shè)置加壓站對管道內(nèi)的氣體進行加壓。本文考慮到模型求解復(fù)雜程度,忽略加壓站中壓縮機自身損耗,構(gòu)建理想壓縮機線性模型可表示如下：

(5)

式中pi,out和pi,in分別為加壓站出氣口和進氣口節(jié)點氣壓;fc和fc,max分別為配氣網(wǎng)中流過理想壓縮機的氣流量大小及上限;εi,c為升壓比。

1.2.2 配氣子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?/p>

考慮的配氣子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要由天然氣負(fù)荷節(jié)點、傳輸管道和理想加壓站組成。構(gòu)建配氣網(wǎng)節(jié)點-管道關(guān)聯(lián)矩陣AN×L和節(jié)點-加壓站關(guān)聯(lián)矩陣BN×C分別用來描述節(jié)點與管道、節(jié)點與加壓站之間的拓?fù)潢P(guān)系。N代表配氣網(wǎng)系統(tǒng)中負(fù)荷節(jié)點,L代表配氣網(wǎng)系統(tǒng)中的管道,矩陣A中的元素anl表示負(fù)荷節(jié)點n與管道l之間的拓?fù)渎?lián)系。當(dāng)anl=1時,代表負(fù)荷節(jié)點處于管道首端;當(dāng)anl=-1時,代表負(fù)荷節(jié)點處于管道末端。同理,C代表配氣子系統(tǒng)加壓站,矩陣B中的元素bnc為負(fù)荷節(jié)點n與加壓站c之間的拓?fù)潢P(guān)系。當(dāng)bnc=1時,代表負(fù)荷節(jié)點位于加壓站首端;當(dāng)bnc=-1時,代表負(fù)荷節(jié)點位于加壓站末端。

天然氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與電力系統(tǒng)類似,輸氣管道各節(jié)點流量同樣遵循能量守恒定律,即節(jié)點進氣量等于出氣量加上加壓氣站的消耗量,引入上文所提的兩個關(guān)聯(lián)矩陣可得網(wǎng)絡(luò)平衡方程：

(6)

式中g(shù)s為配氣網(wǎng)氣源生產(chǎn)的天然氣流量大小;n為配氣網(wǎng)氣源集合;fl為配氣網(wǎng)管道l的氣流量大小;fc為配氣網(wǎng)中流過理想壓縮機的氣流量大小;fj為配氣網(wǎng)燃?xì)廨啓Cj發(fā)電消耗的天然氣流量大小,fm為P2G設(shè)備生產(chǎn)的天然其流量大小;Ln為配氣子系統(tǒng)所有節(jié)點的天然氣負(fù)荷值。

1.3 配電子系統(tǒng)模型

計及電氣耦合綜合能源系統(tǒng)中關(guān)于配電子系統(tǒng)模型的構(gòu)建采用經(jīng)典的極坐標(biāo)形式下交流潮流模型,可表示為如下：

(7)

(8)

式中PG,i,t和QG,i,t分別為t時刻節(jié)點i處注入的有功功率和無功功率;PL,i,t和QL,i,t分別為t時刻節(jié)點i處負(fù)荷的有功功率和無功功率;N(i)為與節(jié)點i相連的節(jié)點集合;Pij,t和Qij,t分別為t時刻支路i-j上流過的有功功率和無功功率;gij,t和bij,t分別為支路i-j上的電導(dǎo)和電納;Vi,t和Vj,t分別為節(jié)點i和節(jié)點j的電壓幅值;θij,t=θi,t-θj,t為t時刻節(jié)點i、j之間的相位差。

2 計及電-氣雙向耦合配電網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

計及電-氣雙向耦合IES中配電網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)模型的目標(biāo)函數(shù)是IES運行總費用最少,運行總費用包括IES運行的網(wǎng)損損失費用和購電、氣成本,目標(biāo)函數(shù)可表示為如下：

(9)

式中E代表綜合能源系統(tǒng)運行總費用;E1代表配電網(wǎng)網(wǎng)損造成的損失費用;E2代表綜合能源系統(tǒng)運行成本;c1為平均售電電價系數(shù);Pl為配網(wǎng)總的網(wǎng)損;ce為向上一級電網(wǎng)購電的平均電價系數(shù);cg為配氣網(wǎng)氣源購氣平均價格系;Se和Sg分別為配電網(wǎng)耗電功率和配氣網(wǎng)耗氣量。

2.2 約束條件

2.2.1 電-氣雙向耦合裝置運行約束

(10)

式中Pgt,max和Pgt,min為燃?xì)廨啓C輸出功率的上下限;GP2G,max和GP2G,min為電轉(zhuǎn)氣輸出天然氣流量的上下限。

在電-氣雙向耦合的IES的潮流計算過程中通過式(1)、式(2)和式(10)的交換功率值銜接配電子系統(tǒng)和配氣子系統(tǒng)。

2.2.2 天然氣子系統(tǒng)運行約束

(11)

式中pn,min和pn,max為氣負(fù)荷節(jié)點n處節(jié)點氣壓上下限;Fl,max為配氣網(wǎng)管道傳輸流量最大值。

2.2.3 配電子系統(tǒng)運行約束

配電子系統(tǒng)在滿足節(jié)點功率平衡的同時還應(yīng)該滿足節(jié)點電壓上下限、支路傳輸功率上下限和DNR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)輻射狀約束。

(1)考慮DNR和燃?xì)廨啓C發(fā)電后的潮流約束：

(12)

式中PG,j,t和QG,j,t表示配電網(wǎng)節(jié)點i在t時刻電源注入的有功功率和無功功率;PN,j,t和QN,j,t表示節(jié)點i在t時刻燃?xì)廨啓C注入的有功功率和無功功率;PL,i,t和QL,i,t表示節(jié)點i在t時刻負(fù)荷有功功率和無功功率;N(i)為與節(jié)點i相連的節(jié)點集合;Pij,t和Qij,t表示t時刻支路i-j上流過的有功功率和無功功率,從節(jié)點i流出為正;Sij,t為t時刻支路i-j的連通狀態(tài),當(dāng)支路i-j閉合時為,Sij,t=1;當(dāng)支路i-j斷開時,Sij,t=0,對應(yīng)的支路功率也為0。

其中支路功率表達(dá)式為：

(13)

式中g(shù)ij和bij分別為支路i-j的電導(dǎo)和電納;Vi,t、Vj,t分別為t時刻節(jié)點i,j的電壓幅值;θij,t=θi,t-θj,t為t時刻節(jié)點i,j之間的電壓相位差。

(2)節(jié)點電壓約束：

Vi,min≤Vi,t≤Vi,max

(14)

式中Vi,max和Vi,min分別為節(jié)點電壓的上下限,取值區(qū)間通常是[0.9,1.1]。

(3)支路電流上限約束：

(15)

式中Iij,t為流過支路i-j的電流大小,Iij,max為流過支路i-j的電流最大值。

(4)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束：

(16)

式中Dij,t為支路i-j在t時刻的潮流方向,Dij,t=1表示為節(jié)點j在t時刻為節(jié)點i的母節(jié)點,潮流流向為從節(jié)點j到節(jié)點i。該式可以保證重構(gòu)前后始終保持輻射狀態(tài)。

3 模型簡化與求解

本文的電-氣雙向耦合的IES中配氣子系統(tǒng)管道氣流穩(wěn)態(tài)模型、考慮DNR配電網(wǎng)潮流約束等具有復(fù)雜的非凸非線性特性,屬于NP難題,因此運用二階錐松弛、乘積變量線性化和分段線性化等模型簡化方法將復(fù)雜模型轉(zhuǎn)化為易求解的MISOCP模型。

3.1 配電網(wǎng)模型簡化

針對約束式(13)、式(15)中存在二次函數(shù)、三角函數(shù)具有非凸特性這一問題,本文對其進行二階錐松弛轉(zhuǎn)化,定義：

(17)

將約束式(17)代入式(13)、式(15)進行變量替換得到新的約束：

(18)

最后對式(18)進行松弛得到式(19),進而得到標(biāo)準(zhǔn)二階錐形式(20)。

(19)

(20)

(21)

將約束式(21)帶入式(14)、式(18)和式(19)中進行變量替換有：

(22)

(23)

綜上所述,原IES配電子系統(tǒng)優(yōu)化重構(gòu)模型轉(zhuǎn)化為MISOCP問題。

3.2 配氣子系統(tǒng)傳輸管道氣流穩(wěn)態(tài)方程分段線性化

(24)

(25)

式中δi為區(qū)間變量;ψi為二進制變量;ρ為線性化分段區(qū)間數(shù)。

通過以上處理,將計及電-氣雙向耦合的綜合能源配電網(wǎng)重構(gòu)模型轉(zhuǎn)換為MISOCP問題,利用Matlab的YALMIP中的CPLEX算法包對其求解。

4 算例分析

本文在IEEE33節(jié)點系統(tǒng)、7節(jié)點天然氣系統(tǒng)和電-氣耦合裝置構(gòu)建電-氣雙向耦合IES模型中進行算例仿真計算,IEEE33節(jié)點系統(tǒng)、7節(jié)點天然氣系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)參照文獻[21-26]。本文取c1、ce、cg價格系數(shù)分別為0.8、0.4和10。燃?xì)廨啓C的最大有功出力為500 kW,最大無功出力為250 kvar;P2G設(shè)備最大容量設(shè)為1 000 kW;轉(zhuǎn)化效率系數(shù)ηgt、ηP2G分別為0.4和0.6。IES網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 綜合能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.1 場景設(shè)置

場景1：只考慮配電網(wǎng)單獨運行情況下,不進行DNR;

場景2：考慮電-氣雙向耦合的IES運行情況下,不進行DNR;

場景3：考慮電-氣雙向耦合的IES運行情況下,僅以網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo),進行DNR;

場景4：考慮電-氣雙向耦合的IES運行情況下,以綜合運行費用最小為優(yōu)化目標(biāo),進行DNR;

場景5：考慮電-氣雙向耦合的IES運行情況下,以配氣網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)為變量設(shè)置兩種工況與場景4比較用于研究綜合能源系統(tǒng)適應(yīng)性問題。以綜合運行費用最小為優(yōu)化目標(biāo),進行DNR。

4.2 重構(gòu)前后結(jié)果分析

利用所建的模型及求解算法對上述場景1-4進行分析比較,結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 場景1-4重構(gòu)前后結(jié)果數(shù)據(jù)表

由表1可以看出：場景1只考慮配電網(wǎng)單獨運行情況下不進行DNR,網(wǎng)損值為228.109 kW。

場景2計及電-氣雙向耦合綜合能源系統(tǒng)運行情況下,雖然網(wǎng)絡(luò)未重構(gòu),但由于燃?xì)廨啓C和P2G設(shè)備參與兩個子系統(tǒng)之間的能量交互,實現(xiàn)二者之間的能量互補,配電網(wǎng)網(wǎng)損降低至207.507 kW,提升系統(tǒng)整體靈活性可靠性。對于配電子系統(tǒng),燃?xì)廨啓C起到功率支撐作用,實現(xiàn)了配電網(wǎng)優(yōu)化運行;對于配氣子系統(tǒng),P2G設(shè)備相當(dāng)于分布式氣源設(shè)備,可以提升配氣子系統(tǒng)供氣裕度。

場景3在場景2的基礎(chǔ)上,以網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)進行DNR,重構(gòu)后配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖4所示。重構(gòu)后,配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更優(yōu),負(fù)荷分布更均衡,系統(tǒng)網(wǎng)損降低,同時促進了分布式電源(燃?xì)廨啓C)出力的消納。但受天然氣價格系數(shù)過高的影響,系統(tǒng)綜合運行費用并沒有明顯的降低。

圖4 場景3網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

場景4在場景2的基礎(chǔ)上,以系統(tǒng)綜合運行費用最小為優(yōu)化目標(biāo)進行重構(gòu),重構(gòu)后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。重構(gòu)后,配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更優(yōu),負(fù)荷分布更均衡,系統(tǒng)網(wǎng)損降低。考慮到用電價格更優(yōu)惠,P2G設(shè)備生產(chǎn)效率等因素的影響,系統(tǒng)重構(gòu)方案有所改變,系統(tǒng)運行總體費用較重構(gòu)前降低12%。而配電網(wǎng)網(wǎng)損相較場景3僅提升了10%網(wǎng)絡(luò)損耗,降低了綜合能源系統(tǒng)的整體運行成本。

圖5 場景4網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖6、圖7給出了各種場景下,兩個子系統(tǒng)各節(jié)點電壓、氣壓曲線圖。在以網(wǎng)損為優(yōu)化目標(biāo)時,計及電-氣雙向耦合綜合能源系統(tǒng)重構(gòu)后較初始網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點電壓整體提升,電壓偏移量整體減小,最低電壓由0.913(節(jié)點18)提升至0.951(節(jié)點28)。但該場景重點考慮減小配電網(wǎng)損,因此對配氣子系統(tǒng)的提升并不明顯。

圖6 配電子系統(tǒng)節(jié)點電壓曲線

圖7 配氣子系統(tǒng)節(jié)點氣壓曲線

場景4以綜合系統(tǒng)運行費用為優(yōu)化目標(biāo)進行DNR,重構(gòu)后配電網(wǎng)節(jié)點電壓整體提升,平均節(jié)點電壓更趨近于1,最低電壓較重構(gòu)前提升到0.940(32節(jié)點)。與此同時,配氣網(wǎng)節(jié)點氣壓得到有效改善,供氣裕度提升。實現(xiàn)了重構(gòu)后的IES整體優(yōu)化運行,具有一定的實用價值。

4.3 適應(yīng)性分析

利用所建的模型及求解算法對上述場景4,場景5進行分析比較,場景5根據(jù)配氣網(wǎng)氣負(fù)荷的抬升和降低分為工況一和工況二分別進行討論。結(jié)果數(shù)據(jù)如表2。

表2 場景4,場景5重構(gòu)前后結(jié)果數(shù)據(jù)表

由表2可以看出,對配氣網(wǎng)氣負(fù)荷數(shù)據(jù)進行更改。工況一中,配氣子系統(tǒng)各節(jié)點氣負(fù)荷有所增加。此時,受P2G設(shè)備輸出天然氣流量上限約束,重構(gòu)方案有所改變,網(wǎng)損較場景4提高了6.7%,綜合費用提高,節(jié)點電壓、氣壓均有所減小。但依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于場景2重構(gòu)前的各項數(shù)據(jù)。在工況二中,配氣網(wǎng)各節(jié)點氣負(fù)荷都有所減少。此時,配氣網(wǎng)負(fù)荷減少,氣網(wǎng)供氣裕度提升,燃?xì)廨啓C出力提高。因此,配電網(wǎng)網(wǎng)損減少,綜合運行費也用隨氣負(fù)荷的減少而降低,各節(jié)點電壓、氣壓提高。綜上所述,氣負(fù)荷的波動會影響綜合能源系統(tǒng)的各項運行指標(biāo),但其幅度并不明顯,驗證了本文方法在計及電-氣雙向耦合的IES情況下具有較好的適應(yīng)性。

5 結(jié)束語

(1)面向電轉(zhuǎn)氣技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用,提出了一種計及電-氣雙向耦合的綜合能源系統(tǒng)配電網(wǎng)重構(gòu)模型,并證明了該模型能夠有效地實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運行;

(2)相比于傳統(tǒng)的電-氣耦合系統(tǒng)運行模型中,構(gòu)建了含電轉(zhuǎn)氣設(shè)備和燃?xì)廨啓C發(fā)電設(shè)備的電-氣雙耦合模型,并引入配電網(wǎng)開關(guān)變量約束,將原始系統(tǒng)改進為計及電-氣雙向耦合的綜合能源配電網(wǎng)重構(gòu)系統(tǒng)模型;

(3)針對改進模型的非凸非線性特性,本文引入二階錐凸優(yōu)化、乘積變量線性化與分段線性化等方法,將計及電-氣雙向耦合的IES重構(gòu)模型的求解轉(zhuǎn)化成MISOCP問題的求解,提高了模型求解效率;

(4)根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置了不同場景進行數(shù)據(jù)分析,仿真驗證了不同場景下,系統(tǒng)優(yōu)化程度不同;在綜合費用最低目標(biāo)下,綜合能源系統(tǒng)可以實現(xiàn)配電與配氣兩個子系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化,達(dá)到最低成本運行;

(5)結(jié)合多能耦合技術(shù),探討配電網(wǎng)重構(gòu)技術(shù)配電網(wǎng)、配氣網(wǎng)與配熱網(wǎng)等多種能源網(wǎng)耦合系統(tǒng)中的應(yīng)用,實現(xiàn)冷(熱)、電、氣綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運行,是進一步研究的方向。