综合能源系统规划方案获取方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种综合能源系统规划方案获取方法和系统，其方法包括：对能源中心进行建模，获得具有载体形式转换功能的能源中心模型；根据所述能源中心模型构建至少包括电转气装置和多个能源中心的综合能源系统对应的综合能源系统模型；以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，以预设约束为约束条件，结合所述综合能源系统模型构建所述综合能源系统的协同规划模型；根据所述协同规划模型获取所述综合能源系统的规划方案。采用本发明专利技术方案进行综合能源系统的规划，可以获得可靠性较高、成本较低的规划方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统规划
，特别是涉及一种综合能源系统规划方案获取方法和系统。
技术介绍
与其他一次能源相比，天然气具有效率高、清洁环保等优点。随着环境问题的日益凸出，高耗能高污染的燃煤机组正逐渐被低污染的天然气机组取代。根据2010年的世界能源展望，2008年被用于发电的天然气总量达到了4303TWh，且2035年有望达到7600TWh。可以预见，天然气在未来的能源消费结构中的重要性将越来越突出。在传统的电力系统运行与规划中，由于电力系统和天然气系统的耦合性较低，通常不会考虑天然气供给的可靠性，即假定不受天然气系统的约束。然而，随着近几年来天然气发电比重的增加，电转气(Power to Gas，PtG)技术逐渐成熟并商业化运行，电力系统和天然气系统的耦合程度也日益加深，该假定未必总是成立。而且考虑到电力系统和天然气系统的耦合日益加深，且能够带来经济效益和可靠性提升，电力系统和天然气系统的协同规划问题受到了越来越多的关注。例如，2009年澳大利亚合并了天然气网络和电力网络的运营结构，并成立对天然气系统和电力系统进行统一规划与管理的国家能源市场运营结构(Australian Energy Market Operator，AEMO)。此外，由于热电联产(Combined Heat and Power，CHP)机组具有高效、反应快、建设时间短等特点，成为了“气电协调规划”中得到越来越多关注的能源转换器之一。同时，PtG技术的出现，为“气电协调规划”提供了另外一种耦合的可能。PtG技术简言之就是电解水产生氢气和氧气，再将氢气和二氧化碳催化产生甲烷。甲烷是天然气最重要的成分，PtG转化的甲烷可直接注入天然气网络中进行运输和存储。在上述背景下，考虑热电联产机组和电转气装置，如何规划综合能源系统(例如电转气装置的选址和定容)成为了一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种综合能源系统规划方案获取方法和系统，可以有效地规划综合能源系统。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种综合能源系统规划方案获取方法，包括：对能源中心进行建模，获得具有载体形式转换功能的能源中心模型；根据所述能源中心模型构建至少包括电转气装置和多个能源中心的综合能源系统对应的综合能源系统模型；以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，以预设约束为约束条件，结合所述综合能源系统模型构建所述综合能源系统的协同规划模型；根据所述协同规划模型获取所述综合能源系统的规划方案。一种综合能源系统规划方案获取系统，包括：第一建模单元，用于对能源中心进行建模，获得具有载体形式转换功能的能源中心模型；第二建模单元，用于根据所述能源中心模型构建至少包括电转气装置和多个能源中心的综合能源系统对应的综合能源系统模型；第三建模单元，用于以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，以预设约束为约束条件，结合所述综合能源系统模型构建所述综合能源系统的协同规划模型；规划单元，用于根据所述协同规划模型获取所述综合能源系统的规划方案。根据上述本专利技术的方案，其是对能源中心进行建模，获得具有载体形式转换功能的能源中心模型，根据所述能源中心模型构建至少包括电转气装置和多个能源中心的综合能源系统对应的综合能源系统模型，以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，以预设约束为约束条件，结合所述综合能源系统模型构建所述综合能源系统的协同规划模型，根据所述协同规划模型获取所述综合能源系统的规划方案，采用本专利技术方案进行综合能源系统的规划，可以获得可靠性较高、规划成本较低的规划方案。附图说明图1为本专利技术实施例一的综合能源系统规划方案获取方法的实现流程示意图；图2为一个具体示例中的简易的能源中心模型的组成结构示意图；图3为综合能源系统的组成结构示意图一；图4为综合能源系统的协同规划模型的求解流程示意图；图5为9节点的综合能源测试系统的组成结构示意图；图6为能源中心第1年夏季和冬季典型的电日负荷曲线；图7为能源中心第1年夏季和冬季典型的热日负荷预测曲线；图8为第1种情况下的规划结果；图9为第2种情况下的规划结果；图10为第3种情况下的规划结果；图11为第4种情况下的规划结果；图12为第2、4种情况下风电的日出力曲线；图13为本专利技术实施例二的综合能源系统规划方案获取系统的组成结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。实施例一本专利技术实施例一提供一种综合能源系统规划方案获取方法，图1为本专利技术实施例一的综合能源系统规划方案获取方法的实现流程示意图，如图1所示，该实施例一中的综合能源系统规划方案获取方法包括：步骤S101：对能源中心进行建模，获得具有载体形式转换功能的能源中心模型；在其中一个实施例中，所述对能源中心进行建模，获得具有载体形式转换功能的能源中心模型包括：获取能源中心的输入端的各能源载体在设定时段的功率，由输入端的各能源载体在设定时段的功率生成能源中心模型在所述设定时段的输入功率向量；获取能源中心的输出端的各能源载体在设定时段的功率，由输入端的各能源载体在设定时段的功率构成能源中心模型在所述设定时段的输出功率向量；根据能源中心内部的各能源转换器效率、调度系数和拓扑结构确定能源中心模型的输入端和输出端的耦合矩阵；根据所述输入功率向量、所述输出功率向量确定能源中心模型的输入端和输出端的转换关系，所述转换关系为L＝CP；其中，L和P分别表示输出功率向量和输入功率向量；C表示耦合矩阵。步骤S102：根据所述能源中心模型构建至少包括电转气装置和多个能源中心的综合能源系统对应的综合能源系统模型；其中，综合能源系统模型不但可以包括电转气装置和多个能源中心，还可以包括常规发电机组和分布式可再生能源发电机组等；在其中一个实施例中，所述根据所述能源中心模型构建至少包括电转气装置和多个能源中心的综合能源系统对应的综合能源系统模型包括：将综合能源系统抽象成多个能源中心、常规发电机组、电转气装置以及可再生资源发电机组由能源网络互连而成的综合能源系统模型；各能源中心的输入端在综合能源系统模型中相当于负荷；能源载体通过能源网络的耦合矩阵在各个能源中心之间进行分配；电转气装置在电力系统中充当负荷，在天然气系统中相当于气源，用和描述电能和天然气在各能源中心的潮流分布情况；其中，Pe和Pg分别表示各个能源中心输入端的电能和天然气的功率列向量；FL和FP分别表示电力网络的输电线路流过的电功率和天然气网络的管道流过的天然气的功率列向量；UL和UP分别表示电力网络输电线路和天然气网络管道中潮流与各个能源中心的耦合矩阵；PG、PS分别表示与各个能源中心相应节点相连电源的电功率列向量和气源的气功率列向量；和分别表示与各个能源中心相应节点相连的电转气装置的电功率列向量和气功率列向量；UG、US和UPtG分别表示电源、气源和电转气装置与各个能源中心的耦合列向量；表示电转气装置转换效率的列向量。在本实施例中，通过构建综合能源系统模型，将原本复杂的非线性问题转换为了线性化，可以降低运算的复杂度，提升运算效率。步骤S103：以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综合能源系统规划方案获取方法，其特征在于，包括：对能源中心进行建模，获得具有载体形式转换功能的能源中心模型；根据所述能源中心模型构建至少包括电转气装置和多个能源中心的综合能源系统对应的综合能源系统模型；以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，以预设约束为约束条件，结合所述综合能源系统模型构建所述综合能源系统的协同规划模型；根据所述协同规划模型获取所述综合能源系统的规划方案。

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统规划方案获取方法，其特征在于，包括：对能源中心进行建模，获得具有载体形式转换功能的能源中心模型；根据所述能源中心模型构建至少包括电转气装置和多个能源中心的综合能源系统对应的综合能源系统模型；以所述综合能源系统的总成本最小作为优化目标，以预设约束为约束条件，结合所述综合能源系统模型构建所述综合能源系统的协同规划模型；根据所述协同规划模型获取所述综合能源系统的规划方案。2.根据权利要求1所述的综合能源系统规划方案获取方法，其特征在于，所述对能源中心进行建模，获得具有载体形式转换功能的能源中心模型包括：获取能源中心的输入端的各能源载体在设定时段的功率，由输入端的各能源载体在设定时段的功率生成能源中心模型在所述设定时段的输入功率向量；获取能源中心的输出端的各能源载体在设定时段的功率，由输入端的各能源载体在设定时段的功率构成能源中心模型在所述设定时段的输出功率向量；根据能源中心内部的各能源转换器效率、调度系数和拓扑结构确定能源中心模型的输入端和输出端的耦合矩阵；根据所述输入功率向量、所述输出功率向量确定能源中心模型的输入端和输出端的转换关系，所述转换关系为L＝CP；其中，L和P分别表示输出功率向量和输入功率向量；C表示耦合矩阵。3.根据权利要求1所述的综合能源系统规划方案获取方法，其特征在于，所述根据所述能源中心模型构建至少包括电转气装置和多个能源中心的综合能源系统对应的综合能源系统模型包括：将综合能源系统抽象成多个能源中心、常规发电机组、电转气装置以及可再生资源发电机组由能源网络互连而成的综合能源系统模型；各能源中心的输入端在综合能源系统模型中相当于负荷；能源载体通过能源网络的耦合矩阵在各个能源中心之间进行分配；电转气装置在电力系统中充当负荷，在天然气系统中相当于气源，用和描述电能和天然气在各能源中心的潮流分布情况；其中，Pe和Pg分别表示各个能源中心输入端的电能和天然气的功率列向量；FL和FP分别表示电力网络的输电线路流过的电功率和天然气网络的管道流过的天然气的功率列向量；UL和UP分别表示电力网络输电线路和天然气网络管道中潮流与各个能源中心的耦合矩阵；PG、Ps分别表示与各个能源中心相应节点相连电源的电功率列向量和气源的气功率列向量；和分别表示与各个能源中心相应节点相连的电转气装置的电功率列向量和气功率列向量；UG、US和UPtG分别表示电源、气源和电转气装置与各个能源中心的耦合列向量；表示电转气装置转换效率的列向量。4.根据权利要求1所述的综合能源系统规划方案获取方法，其特征在于，所述总成本为所述综合能源系统的投资成本、运行成本以及能量短缺成本的和值；所述预设约束包括新设施安装条件约束和物理运行约束，所述物理运行约束电力系统约束、天然气系统约束和综合能源系统约束。5.根据权利要求1所述的综合能源系统规划方案获取方法，其特征在于，所述根据所述协同规划模型确定所述综合能源系统的规划方案包括：输入所述综合能源系统的原始数据到所述协同规划模型；求解所述协同规划模型对应的线性规划问题，获得规划结果；根据所述规划结果确定电转气装置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：董朝阳，郑宇，赵俊华，孟科，张睿，文福拴，黄国日，李杨，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44