一种电气互联系统分布式最大供能能力分析方法与系统

技术领域

本发明属于综合能源系统优化运行技术领域，更具体的，涉及一种电气互联系统分布式最大供能能力分析方法与系统。

背景技术

随着燃气轮机和电转气技术的普及，电力系统与天然气系统之间的相互作用日益加强。最大供能能力作为评估电气互联系统可靠性的重要指标，需进行合理评估。与传统电力系统最大供电能力不同，电气互联系统最大供能能力的评估需要充分考虑电网、气网间的耦合关系，并需保护电网和气网运营商的信息隐私性。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，本发明提出了一种电气互联系统分布式最大供能能力分析方法，构建了考虑配电网潮流约束、气网潮流约束、电网与气网耦合约束的电气互联系统最大供能能力评估模型，并基于凸凹法和交替方向乘子法将模型分解为配电网最大供能能力、气网最大供气能力子模型，进行分布式迭代求解。

本发明提供一种电气互联系统分布式最大供能能力分析方法与系统，本发明采用如下的技术方案。

一种电气互联系统分布式最大供能能力分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，构建配电网潮流约束模型；

步骤2，建立天然气网潮流约束模型；

步骤3，通过配电网潮流约束模型与天然气网潮流约束模型构建配电网与天然气网的耦合约束条件，并建立最大供能能力模型的目标函数；

步骤4，对最大供能能力模型进行分布式求解，得到电气互联系统分布式最大供能能力结果。

步骤4.1，根据配电网潮流约束模型、气网潮流约束模型、以及最大供能能力模型的目标函数，建立电网潮流和气网潮流松弛模型；

步骤4.1.1：将支路潮流约束和韦茅斯方程约束改写为由两个凸函数之差组成的不等式组，改写后的不等式组如下：

步骤4.1.2：求解松弛后的最大供能能力模型的目标函数，记录初始解

步骤4.1.3：根据初始解，采用一阶泰勒公式将步骤4.1.1中的约束条件左侧展开，并加入松弛变量

步骤4.1.4：迭代求解如下所示的目标函数含松弛变量惩罚项的模型，迭代过程中若满足小于或等于收敛判据，则停止迭代；否则，记录变量

ν

步骤4.2，对电网子模型和气网子模型进行分布式求解；

步骤4.2.1：对天然气网与配电网耦合约束进行松弛，将松弛模型分解为电网最大供电能力子模型、气网最大供气能力子模型，如下所示：

其中，Obj

步骤4.2.2：设置交互变量初值

优选地，步骤1中的配电网潮流约束模型中的约束条件具体包括：

节点功率平衡约束、线路压降平衡约束、支路潮流约束、变量上下限约束、配电网支路运行约束，其中，节点功率平衡约束包括有功功率平衡约束和无功功率平衡约束。

优选地，步骤2中的天然气网潮流约束模型中的约束条件具体包括气网支路运行约束和气网运行变量上下限约束；

其中，气网支路运行约束如下：

式中，下标mn、m、s分别表示管道mn、气节点、气源节点，集合S(m)、V(m)、G(m)分别表示与节点m相连的气源、电转气设备、燃气轮机集合，π(m)、δ(m)分别表示气网中以节点m为末端节点的管道首端节点集、以节点i为首端节点的管道末端节点集；f

气网运行变量的上下限约束如下:

Π

优选地，步骤3中构建的配电网跟天然气网耦合约束和最大供能能力模型的目标函数具体为；

配电网与天然气网耦合约束如下

式中，

最大供能能力模型的目标函数如下：

式中，

一种电气互联系统分布式最大供能能力分析系统，具体包括：

约束模型构建模块，用于构建配电网潮流约束模型与天然气网潮流约束模型；

函数构建模块，用于构建最大供能能力模型的目标函数；

函数计算模块，用于求解最大供能能力模型的目标函数，得到电气互联系统分布式最大供能能力结果；

结果输出模块，用于输出得到电气互联系统分布式最大供能能力结果。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

考虑到配电网、气网运营商属于不同的主体，存在信息隐私安全保护的需求，采用整体求解框架对最大供能能力进行评估不符合工程实际需求。本发明基于交替方向乘子法，将最大供能能力模型分解为电网最大供电能力子模型和气网最大供气能力子模型，建立分布式求解框架，符合信息隐私安全保护的需求。

附图说明

图1是本发明电气互联系统分布式最大供能能力分析方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

实施例1，如图1所示，为本发明电气互联系统分布式最大供能能力分析方法的流程图，即一种电气互联系统分布式最大供能能力分析方法，包括如下步骤：

步骤1，构建基于二阶锥规划的配电网潮流约束模型；

需要说明的是，“配电网”也可以简称为“电网”，“天然气网”也可以简称为“气网”。

步骤101，建立节点功率平衡、线路压降平衡、支路潮流约束如下：

其中，节点功率平衡约束包括有功功率平衡和无功功率平衡约束，分别如式(1.1)(1.2)所示，考虑线路重构的线路压降平衡约束如(1.3)所示，支路潮流约束如(1.4)所示。

式中，下标ki、ij、i、u、v、w、g、t分别表示线路ki、线路ij、节点i、变电站、风机、电转气设备、燃气轮机、调度时段，可以理解的是，线路ki为节点k与节点i构成的线路。集合I(i)、V(i)、W(i)、G(i)分别表示与节点i相连的变电站、风机、电转气设备、燃气轮机集合，π(i)、δ(i)分别表示配电网中以节点i为末端节点的线路首端节点集、以节点i为首端节点的线路末端节点集，集合U表示变电站节点集合；p

步骤1.2，建立变量上下限约束，包含节点电压、线路电流、线路有功和无功功率、变电站有功和无功功率、风机有功和无功功率、燃气轮机有功和无功功率、电转气设备有功功率、负荷增长比例，具体约束如下：

式中，

步骤1.3，建立配电网支路运行约束，包含树状图约束如式(1.17)-式(1.18)所示和虚拟潮流约束如式(1.19)-式(1.22)所示，如下：

其中，x

步骤2，建立基于韦茅斯方程的气网潮流约束模型；

步骤2.1，建立气网支路运行约束，包含节点气流平衡约束、气网管存约束和韦茅斯方程约束，如下所示：

式中，下标mn、m、s分别表示管道mn、气节点、气源节点，可以理解的是，管道mn由气节点m与气节点n构成，集合S(m)、V(m)、G(m)分别表示与节点m相连的气源、电转气设备、燃气轮机集合，π(m)、δ(m)分别表示气网中以节点m为末端节点的管道首端节点集、以节点i为首端节点的管道末端节点集；f

步骤2.2，建立气网运行变量上下限约束，包含节点气压、气源出力、管道气流量、节点气流量、气负荷增长倍数如下：

Π

步骤3，构建电网、气网间耦合约束条件，并提出最大供能能力模型的目标函数；

步骤3.1，建立电网、气网耦合约束，包含燃气轮机和电转气设备进出口约束，如下所示：

式中，

步骤3.2，建立最大供能能力模型的目标函数如下：

式中，

步骤4，基于凸凹法和交替方向乘子法，对最大供能能力进行分布式求解。

步骤4.1，基于凸凹法，对电网潮流和气网潮流进行松弛。

首先，将等式约束(1.4)、(1.26)改写为由两个凸函数之差组成的不等式组，如下：

求解如下松弛模型，记录初始解

根据初始解，采用一阶泰勒公式将约束条件(2.37)、(2.38)左侧展开，并加入松弛变量

迭代求解目标函数含松弛变量惩罚项的模型(1.42)，迭代过程中若满足公式(1.43)和(1.44)，则停止迭代；否则，记录变量

ν

步骤4.2，基于交替方向乘子法，对电网子模型和气网子模型进行分布式求解，迭代至耦合变量收敛。

首先，对电网、气网耦合约束(1.32)(1.33)进行松弛，将模型(1.39)分解为电网最大供电能力子模型、气网最大供气能力子模型，如下所示。

其中，Obj

本发明的实施例2提供了一种电气互联系统分布式最大供能能力分析系统，具体包括：

约束模型构建模块，用于构建配电网潮流约束模型与天然气网潮流约束模型；

函数构建模块，用于构建最大供能能力模型的目标函数；

函数计算模块，用于求解最大供能能力模型的目标函数，得到电气互联系统分布式最大供能能力结果；

结果输出模块，用于输出得到电气互联系统分布式最大供能能力结果。

本发明的实施例3提供了一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1所述方法的步骤。

本发明的实施例4提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

考虑到配电网、气网运营商属于不同的主体，存在信息隐私安全保护的需求，采用整体求解框架对最大供能能力进行评估不符合工程实际需求。本发明基于交替方向乘子法，将最大供能能力模型分解为电网最大供电能力子模型和气网最大供气能力子模型，建立分布式求解框架，符合信息隐私安全保护的需求。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

本领域内的技术人员应明白，本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。