申请/专利权人：武汉大学

申请日：2022-02-21

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN114580123B

主分类号：G06F30/18

分类号：G06F30/18;G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/06;G06F111/04;G06F113/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2022.06.21#实质审查的生效;2022.06.03#公开

摘要：本发明提出了一种电力天然气互联系统分布式协同校正控制方法。首先，基于电力系统交流潮流模型以及通过正交配置法离散的天然气系统动态管流模型构建电力‑天然气互联系统协同校正控制优化模型。其次，考虑到区域能源系统的运营独立性，将电力‑天然气互联系统协同校正优化控制模型解耦，并通过辅助问题原则法构建区域系统辅助优化子模型。最后，基于原始对偶拟牛顿算法分布式求解区域系统辅助优化子模型得到协同校正控制策略。本发明优点在于：通过正交配置法离散的天然气系统动态管流模型兼顾计算精度和效率；分布式求解协同校正控制策略，有助于维护运营独立性、缓解通信阻塞；具有有限时间收敛性，可以快速获得高精度的协同校正控制策略。

主权项：1.一种电力天然气互联系统分布式协同校正控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过以电力-天然气互联系统总体校正控制代价最小化的目标函数构建电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型；以电力系统的常规发电机功率调整量、燃气发电机功率调整量、电负荷切除量以及天然气系统气源调整量和气负荷切除量为电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的连续性优化变量；通过电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的电力系统运行约束条件、电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的电力系统安全限值约束条件、电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的通过正交配置法离散的天然气系统运行约束条件、电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的天然气系统安全限值约束条件、电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的天然气系统边界约束条件、电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的电力-天然气耦合约束条件构建电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的约束条件，进一步构建电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型；步骤2：将电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型按照电力-天然气互联系统的地理区划通过节点复制法解耦得到多个区域系统校正控制子模型；在得到的区域系统校正控制子模型中将待协调的耦合变量通过增广处理统一向量维度得到增广耦合变量；将每个区域系统校正控制子模型和每个区域系统对应的增广耦合变量，通过辅助问题原则法构建区域系统辅助优化子模型；步骤3：以故障后电力-天然气互联系统运行状态作为步骤2的区域系统辅助优化子模型中决策变量的初值，基于原始对偶拟牛顿算法分布式求解区域系统辅助优化子模型，得到电力-天然气互联系统的协同校正控制策略；步骤1所述以电力天然气互联系统总体校正控制代价最小化的目标函数，具体为：设电力-天然气互联系统总体校正控制代价为C，可表示为N个区域电力系统控制代价Ce,ii＝1,2,……,N和M个区域天然气系统控制代价Cg,ii＝1,2,……,M之和： 式中，PL0,n为校正前区域电力系统n的电力负荷有功功率向量，PL,n为区域电力系统n的切负荷决策变量，ME,n为区域电力系统n切除电负荷的成本系数；PT0,n为校正前区域电力系统n的燃气发电机有功出力向量，PT,n为区域电力系统n的燃气发电机调整决策变量，EGT,n为区域电力系统n燃气发电机调整的成本系数；PG0,n为校正前区域电力系统n的常规发电机有功出力向量，PG,n为区域电力系统n的常规发电机调整决策变量，EG,n为区域电力系统i常规发电机调整的成本系数；N表示区域电力系统的数量；fS0,m为校正前区域天然气系统m气源的质量流率向量，为区域天然气系统m气源的质量流率决策变量，ES,m区域天然气系统m气源调整的成本系数；fL0,m为校正前区域天然气系统m气负荷的质量流率向量，为区域天然气系统m常规气负荷的质量流率决策变量，MG,m区域天然气系统m切除常规气负荷的成本系数；fT0,m为校正前区域天然气系统m燃气发电机气负荷的质量流率向量，为区域天然气系统m燃气发电机气负荷的质量流率决策变量，ET,m区域天然气系统m燃气发电机气负荷调整的成本系数；M表示区域天然气系统的数量；步骤1所述电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的电力系统运行约束条件，具体为：设Λ为电力-天然气互联系统中电力系统节点的集合，且电力系统满足二阶锥交流潮流模型： 式中，PGi为节点i注入的常规发电机有功功率；QGi为节点i注入的常规发电机无功功率；PTi为节点i注入的燃气发电机有功功率；QTi为节点i注入的燃气发电机无功功率；PLi为节点i流出的负荷有功功率；QLi为节点i流出的负荷无功功率；δi为和节点i直接连接的所有节点的集合；Pij为从节点i流向节点j的有功功率；Qij为从节点i流向节点j的无功功率；Pji为从节点j流向节点i的有功功率；Qji为从节点j流向节点i的无功功率；gij为线路i-j的电导；bij为线路i-j的电纳；bi,ij为线路i-j的i侧对地电纳；bj,ij为线路i-j的j侧的对地电纳；、Vic为节点i的电压典型值；Vjc为节点i的电压典型值；辅助变量Wi＝Vi2；辅助变量Wj＝Vj2；辅助变量Wcij＝ViVjcosθij；辅助变量Wsij＝ViVjsinθij；步骤1所述电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的电力系统安全限值约束条件，具体为： 式中，ΛG为常规发电机节点的集合，ΛT为燃气发电机节点的集合，ΛL为电负荷节点的集合，Λ为电力系统所有节点集合；为常规发电机i有功出力的上限；PGi为常规发电机i有功出力的下限；为常规发电机i无功出力的上限；QGi为常规发电机i无功出力的下限；为常规发电机i爬坡率的上限；RG,i为常规发电机i爬坡率的下限；为燃气发电机i有功出力的上限；PTi为燃气发电机i有功出力的下限；为燃气发电机i无功出力的上限；QTi为燃气发电机i无功出力的下限；为燃气发电机i爬坡率的上限；RT,i为燃气发电机i爬坡率的下限；为节点i有功负荷切除调整的上限，也即节点i故障前的有功负荷大小；PLi为节点i有功负荷切除调整的下限；为节点i无功负荷切除调整的上限，也即节点i故障前的无功负荷大小；QLi为节点i无功负荷切除调整的下限；为系统有功网损的上界；为节点i电压幅值的上限；Vi为节点i电压幅值的下限；步骤1所述电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的通过正交配置法离散的天然气系统运行约束条件，具体为：设Υ为天然气系统中节点的集合，天然气系统满足通过正交配置法离散的动态管流模型： 式中，Δt为天然气系统待优化的时间长度；Δxab为输气管道ab的长度；Aab为输气管道ab的横截面积；Dab为输气管道ab的管壁内径；Nt为时间正交配置点的个数；Nx为空间正交配置点的个数；为空间一阶微分矩阵的第i，k个元素，为时间一阶微分矩阵的第j，k个元素；fab,ij为输气管道ab的质量流率在第i，j个时空配置点处的取值；pab,ij为输气管道ab的气体压力在第i，j个时空配置点处的取值；λ为管壁摩擦系数；为输气管道ab的平均气体流速；vs为天然气的气体音速；fSa,j为天然气系统节点a气源的质量流率在第j个时间配置点处的取值；fLa,j天然气系统节点a常规气负荷的质量流率在第j个时间配置点处的取值；fTa,j天然气系统节点a燃气发电机气负荷的质量流率在第j个时间配置点处的取值；为压缩机ba出口处质量流率在第j个时间配置点处的取值；fCab,0j压缩机ab入口处质量流率在第j个时间配置点处的取值；步骤1所述电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的天然气系统安全限值约束条件，具体为： 式中，i＝1,…,Nx，为空间域正交配置插值点的个数；j＝1,…,Nt，Nt为时域正交配置插值点的个数；为管道ab气体压力的上限；pab为管道ab气体压力的下限；为管道ab可输送气体质量流率的上限；fab为管道ab可输送气体质量流率的下限；为节点a气源流量的上限；fSa为节点a气源流量的下限；为校正控制前节点a的气负荷质量流率；fLa为节点a气负荷质量流率的下限；为节点a燃气机组气负荷质量流率可调节的上限；fTa分别为节点a燃气机组气负荷质量流率可调节的下限；步骤1所述电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的天然气系统边界约束条件，具体为： 其中，ρab,ij表示管道ab中气体密度在第i，j个时空配置点处的取值；和分别表示管道ab在初始时刻第i个空间配置点处的取值；fSa,j为天然气系统节点a气源的质量流率在第j个时间配置点处的取值；fLa,j天然气系统节点a常规气负荷的质量流率在第j个时间配置点处的取值；fTa,j天然气系统节点a燃气发电机气负荷的质量流率在第j个时间配置点处的取值；为初始时刻气节点a气源的质量流率；为初始时刻节点a气负荷的质量流率；为初始时刻节点a燃气发电机气负荷的质量流率；校正控制策略中节点a气源质量流率的给定值；为校正控制策略中节点a气负荷质量流率的给定值；为校正控制策略中节点a燃气机组进气量质量流率的给定值；步骤1所述电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型的电力-天然气耦合约束条件，具体为：设电力节点i∈Λ的燃气发电机是天然气节点m∈Υ的气负荷，则电力节点i与天然气节点m的耦合约束条件为： 式中，为校正控制策略中天然气节点a燃气机组进气量质量流率的给定值；PTi为电力节点i注入的燃气发电机有功功率；ηTi,a为燃气发电机的工作效率，HG为天然气热值；设压缩机ab，a,b∈Υ是电力节点i∈Λ的电负荷，则其耦合约束条件为： 式中，PCi为电网节点i上电压缩机消耗的电功率；ηCi,ab压缩机ab消耗电功率与其原动机驱动流量间的比例系数；为压缩机ab出口处压力在时间配置点l处的值；pab,0l为为压缩机ab入口处压力在时间配置点l处的值；KCab为压缩机ab的增压比；fCab,kl为压缩机ab在第k，l个时空配置点处质量流率的值；fCab为压缩机ab质量流率的下限；为压缩机ab质量流率的上限；fCab,k0为压缩机ab的空间配置点k处质量流率在初始时间配置点处的值；为压缩机ab的空间配置点k处的质量流率在初始时刻值；步骤1所述电力-天然气互联系统协同校正控制优化模型，决策变量包括所有与约束条件和目标函数有关的待确定的量；电力系统中的决策变量具体为：电力节点i注入的常规发电有功功率PGi；电力节点i注入的常规发电机无功功率QGi；电力节点i注入的燃气发电有功功率PTi；电力节点i注入的燃气发电机无功功率QTi；电力节点i流出的负荷有功功率PLi；电力节点i流出的负荷无功功率QLi；从电力节点i流向电力节点j的有功功率Pij；从电力节点i流向电力节点j的无功功率Qij；辅助变量Wi；辅助变量Wcij；辅助变量Wsij；天然气系统中的决策变量具体为：输气管道ab的质量流率在第i，j个时空配置点处的取值fab,ij；输气管道ab的气体压力在第i，j个时空配置点处的取值pab,ij；天然气系统节点a气源的质量流率在第j个时间配置点处的取值fSa,j；天然气系统节点a常规气负荷的质量流率在第j个时间配置点处的取值fLa,j；天然气系统节点a燃气发电机气负荷的质量流率在第j个时间配置点处的取值fTa,j；压缩机ba出口处质量流率在第j个时间配置点处的取值压缩机ab入口处质量流率在第j个时间配置点处的取值fCab,0j。

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百度查询： 武汉大学 一种电力天然气互联系统分布式协同校正控制方法

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