一种计及实时仿真的综合能源系统混合时间尺度协同运行方法

前-实时两阶段调度决策方案；
9.步骤4、以天然气系统日前运行成本最小为优化目标，建立天然气系统日前调度模 型，与步骤3中电力系统交互日前运行信息；
10.步骤5、基于步骤4中天然气系统的日前决策信息，以及步骤3中电力系统实时的 调度决策方案，建立天然气系统实时仿真模型，定量分析实时运行中风电出力的波动对 天然气系统实时运行的影响；
11.步骤6、电网调度中心输出电力系统日前与实时运行结果；
12.步骤7、气网调度中心输出天然气系统日前调度结果与实时仿真结果。
13.进一步的，步骤3中，电力系统的日前与实时运行约束包括：
[0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027]
其中，i与j指电力节点，w指风电机组，t指时间断面，v指发电机组，s指场景， d指电负荷，指与节点i相连的电负荷集合，指与节点i相连接的发电机组集合， 指与节点i相连接的风电机组集合，e(i)指与节点i相连的节点集合，ωr与ωg分 别指燃煤机组与燃气机组集合；δ
it
指节点i在t时刻的电压相角，δ
jt
指节点j在t时刻 的电压相角，δ
its
指场景s下节点i在t时刻的电压相角，δ
jts
指场景s下节点j在t时刻 的电压相角，指机组v在t时刻的出力，指机组v在t-1时刻的出力，与分别为机组v在t时刻场景s的出力增加量与出力减小量，与分别为机组v在 t-1时刻场景s的出力增加量与出力减小量，为切负荷量；b
ij
指线路i-j的电纳，指发电机组v的装机容量，指线
路i-j的输电容量，指发电机组v的爬坡上限 值，指日前阶段风电机组w在t时刻的调度值，指风电机组w在时刻t的可调 度容量，指风电机组w实时运行场景s的出力值与日前运行出力的偏差值，指 电负荷d在t时刻的需求量；与分别指机组v上爬坡与下爬坡的最大值，指 场景s下风电机组v的可调度容量。
[0028]
进一步的，步骤4中，天然气系统日前运行模型为：
[0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041]
其中，w指气源，e指气负荷，k指加压站，m与n指天然气节点；g(m)指与节点 m相连的节点集合，c(m)指与节点m相连的加压站集合，为与节点m相连的负荷 集合，为与节点m相连的发电机组集合，为与节点m相连的气源集合；指气 源w的产气成本，指切气负荷成本，指t时刻气负荷e的需求量，θk指加压站k 的转化效率，k
mn
为管道m-n的管存常数，w
mn
为管道m-n的weymouth常数，与分别为加压站k的加压比下限与上限，为加压站k输气容量上限，为气源w 的爬坡量上限值，与分别为节点m压力的最小值与最大值，l
min
为输气网管存 量的下限；指气源w在t时刻的产气量，指气源w在t-1时刻的产气量，指 在t时刻的切气负荷量，指加压站k在t时刻的流量，指燃气机组v在t时刻消耗 的天然气量，f
mnt
指管道m-n首端在t时刻的流量值，f
nmt
指管道m-n末端在t时刻的流 量值，指管道m-n在t时刻的平均流量值，l
mnt
指管道m-n在t时刻的管存量，l
m,n,t-1
指管道m-n在t-1时刻的管存量，l
mnt＝24
指t＝24时刻管道m-n的管存量，π
mt
指节点m 在t时刻的压力值，π
nt
指节点n在t时刻的压力值，指加压站k在t时刻入口的压力 值，指加压站k在t时刻出口的压力值，u
mt
指节点m在t时刻的节点边际气价。
[0042]
进一步的，步骤5中，天然气系统的实时仿真模型表示为：
[0043][0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050]
其中，指场景s下加压站k在t时刻的流量值，指场景s下燃气机组v在t 时刻消耗的天然气量，f
mnts
指场景s下管道m-n首端在t时刻的流量值，f
nmts
指场景s 下管道m-n末端在t时刻的流量值，指场景s下管道m-n在t时刻的平均流量值，l
mnts
指场景s下管道m-n在t时刻的管存量，l
m,n,t-1,s
指场景s下管道m-n在t-1时刻的管存 量，π
mts
指场景s下节点m在t时刻的压力值，π
nts
指场景s下节点n在t时刻的压力值，指场景s下加压站k在t时刻入口的压力值，指场景s下加压站k在t时刻出口 的压力值，ρ
kt
指t时刻加压站的加压比，ηv为燃气机组v发电效率。
附图说明
[0051]
图1是本发明方法流程图。
[0052]
图2是综合能源系统算例图。
[0053]
图3是天然气系统实时仿真下节点压力越限概率示意图。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本 发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各 种等同形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
[0055]
本发明提出一种计及实时仿真的综合能源系统混合时间尺度协同运行方法，计及了 电力系统日前-实时两阶段运行决策以及天然气系统的日前运行决策，构建了电力系统与 天然气系统的日前协同调度模型，提出了天然气系统实时仿真方法，以定量分析新能源 波动对天然气系统实时运行的影响，为综合能源系统日前协同决策提供参考。本发明旨 在通过综合能源系统混合时间尺度协同运行机制，实现高比例新能源渗透下综合能源系 统的高效经济运行。
[0056]
电力系统运行模型
[0057]
日前-实时二阶段决策的目标函数
[0058]
电力系统日前-实时两阶段随机运行模型的目标函数为：
[0059][0060]
式中：t指时间断面，v指发电机组，s指场景，d指电负荷，m指天然气节点；ωg为燃气轮机组集合，ωr为燃煤机组集合；为燃气机组运维固定成本，ηv为燃气机组v发电效率，为燃煤机组发电成本，为切负荷成本，σs为场景s的权重，为 实时运行中燃气机组额外购气的比例系数(一般稍大于1)，为实时运行中燃气机组出 售多余天然气的比例系数(一般稍小于1)；u
m(v),t
指天然气节点m在t时刻的气价，指 机组v在t时刻的出力，与分别为机组v在t时刻场景s的出力增加量与出力减 小量，为切负荷量。
[0061]
式(b-1)描述了电力系统日前-实时运行的期望成本，其中第一项为日前调度的运行 成本，第二项为实时运行下燃气机组调整成本的期望值，第三项为实时运行下燃煤机组 调整成本的期望值，第四项为实时运行下切负荷成本的期望值。
[0062]
电力系统日前运行约束
[0063]
在日前调度中，电力系统需满足的运行约束包括：
[0064][0065][0066][0067][0068][0069]
式中：i与j指电力节点，w指风电机组，指与节点i相连的电负荷集合，指 与节点i相连接的发电机组集合，指与节点i相连接的风电机组集合，e(i)指与节点 i相连的节点集合；δ
it
指节点i在t时刻的电压相角，δ
jt
指节点j在t时刻的电压相角，指风电机组w在时刻t的调度值，指机组v在t-1时刻的出力；b
ij
指线路i-j 的电纳，为负荷d在t时刻的需求量，指风电机组w在时刻t的可调度容量，指发电机组v的装机容量，指线路i-j的输电容量，指发电机组v的爬坡上限 值。
[0070]
式(b-2)描述了电力节点日前的功率平衡；式(b-3)指输电线路的传输容量约束；式 (b-4)为发电机组的容量约束；式(b-5)为发电机组的爬坡约束；式(b-6)指风电机组的
出 力约束。
[0071]
电力系统实时运行约束
[0072]
电力系统实时运行需满足的约束包括：
[0073][0074][0075][0076][0077][0078][0079][0080][0081]
式中：δ
it
指场景s下节点i在t时刻的电压相角，δ
jt
指场景s下节点j在t时刻的电压 相角，与分别为机组v在t-1时刻场景s的出力增加量与出力减小量，指 风电机组w实时运行场景s的出力值与日前运行出力的偏差值；与分别指机组 v上爬坡与下爬坡的最大值，指场景s下风电机组v的可调度容量。
[0082]
式(b-7)表示实时运行场景s的功率平衡方程，计及了风电出力的波动、发电机组的 调整量以及切负荷量；式(b-8)指输电线路的传输容量约束；式(b-9)表示计及实时调整的 发电容量约束；式(b-10)指计及实时运行发电机组相邻断面的爬坡约束；式(b-11)与(b-12) 分别指发电机组v实时运行上调节量与下调节量的上限值；式(b-13)指实时运行的弃风 约束；式(b-14)指实时的切负荷约束。
[0083]
天然气系统运行模型
[0084]
不同于电力系统的两阶段日前决策-实时调整的调度模型，天然气系统的调度决策一 般仅包含日前决策，而实时运行的净负荷变化(由风电出力波动造成)可由管道的管存平 抑。因此，天然气系统运行模型包括日前决策模型与实时仿真模型，前者用于制定日前 调度计划，后者用于模拟风电出力波动对于天然气系统的影响。
[0085]
天然气系统日前运行模型
[0086]
天然气系统日前运行模型为：
[0087][0088][0089][0090]
[0091][0092][0093][0094][0095][0096][0097][0098][0099]
式中：w指气源，e指气负荷，k指加压站，m与n指天然气节点；g(m)指与节点 m相连的节点集合，c(m)指与节点m相连的加压站集合，为与节点m相连的负荷 集合，为与节点m相连的发电机组集合，为与节点m相连的气源集合；指气 源w的产气成本，指切气负荷成本，指t时刻气负荷e的需求量，θk指加压站k 的转化效率，k
mn
为管道m-n的管存常数，w
mn
为管道m-n的weymouth常数，与分别为加压站k的加压比下限与上限，为加压站k输气容量上限，为气源w 的爬坡量上限值，与分别为节点m压力的最小值与最大值，l
min
为输气网管存 量的下限；指气源w在t时刻的产气量，指气源w在t-1时刻的产气量，指 在t时刻的切气负荷量，指加压站k在t时刻的流量，指燃气机组v在t时刻消耗 的天然气量，f
mnt
指管道m-n首端在t时刻的流量值，f
nmt
指管道m-n末端在t时刻的流 量值，指管道m-n在t时刻的平均流量值，l
mnt
指管道m-n在t时刻的管存量，l
m,n,t-1
指管道m-n在t-1时刻的管存量，l
mnt＝24
指t＝24时刻管道m-n的管存量，π
mt
指节点m 在t时刻的压力值，π
nt
指节点n在t时刻的压力值，指加压站k在t时刻入口的压力 值，指加压站k在t时刻出口的压力值。
[0100]
式(b-15)为天然气系统日前运行成本，包括产气成本与切气负荷成本；式(b-16)天然 气节点流量平衡方程，其对偶变量u
mt
表示节点边际气价；式(b-17)表示管道的平均流量 方程；式(b-18)表示管道首末端流量之差即为管道管存量在相邻两个断面的变化值；式 (b-19)描述了管道管存与管道平均压力成正比关系；式(b-20)描述了管道流量与节点压力 的非线性关系，且采用了二阶锥松弛将非凸约束转化为凸约束；式(b-21)表示加压站的 压缩比约束；式(b-22)表示加压站的流量约束；式(b-23)表示气源相邻断面间的爬坡约束； 式(b-24)为切气负荷约束；式(b-25)为节点压力约束；式(b-26)表示管道管存量约束。
[0101]
天然气系统实时仿真模型
[0102]
对于天然气系统的实时运行，需保持日前调度决策(包括气源出力、加压站压缩比) 不变，而采用管道的管存平抑净负荷的波动。天然气系统的实时仿真模型表示为：
[0103][0104][0105][0106][0107][0108][0109][0110]
式中：指场景s下加压站k在t时刻的流量值，指场景s下燃气机组v在t 时刻消耗的天然气量，f
mnts
指场景s下管道m-n首端在t时刻的流量值，f
nmts
指场景s 下管道m-n末端在t时刻的流量值，指场景s下管道m-n在t时刻的平均流量值，l
mnts
指场景s下管道m-n在t时刻的管存量，l
m,n,t-1,s
指场景s下管道m-n在t-1时刻的管存 量，π
mts
指场景s下节点m在t时刻的压力值，π
nts
指场景s下节点n在t时刻的压力值，指场景s下加压站k在t时刻入口的压力值，指场景s下加压站k在t时刻出口 的压力值，ρ
kt
指t时刻加压站的加压比(取决于日前调度决策)。
[0111]
式(b-27)描述了实时运行的节点流量平衡方程，与日前调度相比，区别在于燃气机 组消耗的天然气量以及管道流量值；式(b-28)与式(b-29)分别描述了实时运行下管道流量 的平均值与管道管存平衡方程；式(b-30)描述了实时运行管道管存与管道平均压力的线 性关系；式(b-31)描述了实时运行的weymouth方程形式；式(b-32)表示固定加压比下加 压比出口与入口的压力关系；式(b-33)计算了燃气轮机组消耗的天然气量。
[0112]
结合电力系统运行模型(b-1)-(b-14)与天然气系统运行模型(b-15)-(b-33)，二者在日 前运行的信息交互包括燃气轮机组的天然气需求以及天然气日前价格，而在实时运行中 由天然气系统灵活性(管存量)支撑燃气轮机组的参与新能源波动的平抑，从而构成了电 力系统与天然气系统日前与实时混合时间尺度协同机制。
[0113]
算例分析
[0114]
本发明采用图2所示的综合能源系统案例(由4节点电力系统与4节点天然气系统构 成)，其中电力节点2的燃气轮机组与天然气节点3相连，风电机组位于电力节点1，本 发明采用100个典型场景描述风电出力的随机性。基于该算例，采用本发明的方法模拟 出天然气系统实时运行时存在不同程度的越限(结果参见图3，越限10％的概率达7％)， 说明了采用燃气轮机组实时平抑风电机组的波动性，易造成天然气节点压力的越限，本 发明采用的天然气系统实时仿真模型能够较好的模拟此类运行风险，并为高比例新能源 渗透下的气-电协同提供了技术支撑。
[0115]
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 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都 应涵盖在本发明的保护范围内。