论文部分内容阅读
在未来能源互联网环境下,电力系统与天然气系统将高度融合,两系统间耦合和交互愈加频繁,若忽略系统间相互作用对两个系统造成的影响,将导致优化结果过于乐观。因此,有必要考虑电力流与天然气流的相互作用开展电-气能量流的协同优化研究。同时,实际中的电力和天然气系统优化运行调度往往各自为政,电-气互联能源系统的强耦合作用给电、气各系统的调度管理引入了新的难题。为此,有必要针对电力流与天然气流的多主体分布自治决策特点,深入研究电-气互联能源系统的分布式协同调度理论与方法,以实现电力流与天然气流高效综合利用与互补协同,维持电-气互联能源系统安全和经济运行。本文主要的研究内容及研究成果包括:(1)构建同时考虑电力流和天然气流运行特性的系统级“粗粒度”电-气互联能源系统稳态模型和含能量枢纽(Energy Hub,EH)的节点级“细粒度”电-气互联能源系统稳态模型,基于增量分段线性技术(Incremental Piecewise Linear,INC)和二阶锥松弛(Second-order Cone Relaxation,SOCR)技术对模型中的非凸约束(天然气管道气流模型、耦合元件模型等)进行线性化或二阶锥松弛处理,将非凸约束转化为凸约束,完成电-气互联能源系统稳态模型的预处理。(2)基于对电力、天然气系统的边界能量交互特性以及电-气互联能源系统运行和管理形态的深度分析,考虑电力、天然气两系统自治调度管理且仅支持少量信息交互的实际情况,提出一种符合系统级有监管中心的多主体调度管理形态的层级协同优化框架。将电-气协同优化调度问题交由上级协调中心和下级系统调度中心(电力系统调度中心、天然气系统调度中心)共同管理。同时,基于目标级联分析(analytical target cascading,ATC)和层级式交替方向乘子法(Master-Slave alternating direction method of multipliers,MS-ADMM),分别研究层级分布式协同优化调度模型和解算方法,实现电-气互联能源系统能量流的分散自治与集中协调管理。选用Garver6-GAS7、IEEE118-GAS90两个电-气互联能源系统开展算例分析,验证了本文所提层级分布式协同优化框架及优化调度模型和算法的有效性、合理性和可扩展性。(3)在层级分布式协同优化调度研究的基础上,进一步针对无第三方监管机构,即电力调度中心与天然气系统调度中心完全对等的市场环境,提出一种符合系统级无监管中心的多主体调度管理形态的对等分布式协同优化框架。同时,考虑对等优化框架下通信模式的多样性提出基于串行交替方向乘子法(Gauss-Seidel alternating direction method of multipliers,GS-ADMM)和并行交替方向乘子法(Proximal Jacobian alternating direction method of multipliers,PJ-ADMM)两种电-气能量流分布式协同优化调度模型及解算方法,实现电-气互联能源系统最优调度方案的快速求解。在Garver6-GAS7、IEEE118-GAS90两个电-气互联能源系统上开展了算例分析。(4)在系统级多主体分布式协同优化调度的基础上,进一步研究含能量枢纽的节点级电-气互联能源系统分布式协同优化调度问题。提出符合节点级多主体调度管理形态的电-气能量流解耦机制和分布式协同优化调度框架,并结合MS-ADMM算法构建了电-气能量流的节点级分布式协同优化调度模型和求解算法,实现节点级电-气互联能源系统能量流的分散自治与集中协调管理。选用由6个Energy Hub连接而成的节点级电-气互联能源系统进行最优能量流仿真计算,验证了所提出的含能量枢纽的节点级电-气能量流协同优化框架以及优化调度方法的正确性和有效性。