一种基于交叉项解耦的电-气互联系统低碳化概率最优能量流方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于交叉项解耦的电

【技术实现步骤摘要】
一种基于交叉项解耦的电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流方法


[0001]本专利技术涉及新能源电力系统
，具体是一种基于交叉项解耦的电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流方法。

技术介绍

[0002]电
‑
气互联系统通过多类能量的相互转换和协调利用，形成了低碳化的多能量流耦合紧密结构，有利于电力能源系统低碳化运行，促进碳中和战略目标实现。电力/天然气负荷以及间歇性能源出力等不确定性因素给电
‑
气互联系统的安全经济运行带来巨大挑战，概率能量流是处理不确定因素对系统影响的有效手段，已被广泛应用。因此，在双碳战略目标下，针对电
‑
气互联系统开展低碳化的概率最优能量流研究具有重要意义。
[0003]现有电
‑
气互联系统的低碳化电
‑
气耦合模式通常只计及电
‑
氢气
‑
天然气模式，无法深度耦合协同氢系统，由于氢气合成天然气存在附加的甲烷化过程，能量转化效率较电转氢技术低。因而，当电
‑
气互联系统不考虑氢系统的深度耦合和协同运行时，将无法实现互联系统多种能源的协同利用，进而导致系统能源利用率低、弃风弃光和运行成本增加等问题。考虑到天然气网可以注入一定体积无碳环保氢气。因此，有必要挖掘电
‑
气互联系统不同能量间的相互转化和循环利用模式，以加强多能源系统间的耦合协同关系，通过氢气
‑
天然气等混合能量流优化助力于系统低碳化经济运行。此外，计及不确定性因素影响的电
‑
气互联系统概率能量流计算方法主要有模拟法和解析法，难以兼顾计算精度与求解效率，随机响应面方法可以兼顾计算精度和求解效率之间的矛盾，但这仅限于小规模、低维随机变量的情形，在面对含大规模、高维随机变量的电
‑
气互联系统时，求解效率会明显下滑。综上所述，目前缺乏一种针对电
‑
气互联系统低碳化运行，有效处理电
‑
气互联系统不确定因素的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于交叉项解耦的电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流方法，包括以下步骤：
[0005]1)获取电
‑
气互联系统参数。
[0006]所述电
‑
气互联系统参数包括电力负荷、天然气负荷、风电场站风速。
[0007]电力负荷、天然气负荷、风电场站风速的概率密度函数如下所示：
[0008][0009]式中，x表示电力/天然气负荷值或风速。μ和σ分别表示均值和标准差。α为比例系数。
[0010]2)对输出随机变量Y进行Wiener混沌多项式展开。
[0011]对随机响应面的随机变量Y进行Wiener混沌多项式展开的步骤包括：
[0012]2.1)将输入随机变量X转化为独立且服从标准正态分布的输入随机变量ξ＝[ξ1,ξ2,
…
,ξ
n
]。n为输入随机变量数量；ξ
n
为第n个输入随机变量；
[0013]2.2)将利用Hermite正交多项式基对输出随机变量Y进行Wiener混沌多项式展开，得到：
[0014][0015][0016]式中，n为输入随机变量的个数。H
m
(
·
)为m阶Hermite正交多项式基。a0、均为待定系数。a
0,2
、a
i,2
、a
ii,2
、a
ij,2
、a
0,3
、a
i,3
、a
ii,3
、a
iii,3
、a
ij,3
、a
ijj,3
、a
ijk,3
、均为待定系数；ξ
i
、ξ
j
、ξ
k
为第i、j、k个输入随机变量；Y2为二阶Wiener混沌多项式；Y3为三阶Wiener混沌多项式；
[0017]2.3)对交叉项ξ
i
ξ
j
、交叉项ξ
i
ξ
j
ξ
k
进行解耦处理，步骤包括：
[0018]2.3.1)对交叉项ξ
i
ξ
j
进行恒等变形，得到：
[0019][0020]对交叉项ξ
i
ξ
j
ξ
k
进行恒等变形，得到：
[0021][0022]2.3.2)在参数项(ξ
i,0
,ξ
j,0
)对交叉项(ξ
i
‑
ξ
j
)2进行泰勒级数方法展开并保留一阶项，得到：
[0023](ξ
i
‑
ξ
j
)2≈2(ξ
i,0
‑
ξ
j,0
)(ξ
i
‑
ξ
j
)
‑
(ξ
i,0
‑
ξ
j,0
)2ꢀꢀ
(6)
[0024]在参数项(ξ
i,0
,ξ
j,0
,ξ
k,0
)，对参数f(ξ
i
,ξ
j
,ξ
k
)进行泰勒级数方法展开并保留二阶项，得到：
[0025][0026]2.3.3)通过解耦处理后的交叉项ξ
i
ξ
j
如下所示：
[0027][0028]通过解耦处理后的交叉项ξ
i
ξ
j
ξ
k
如下所示：
[0029][0030]式中，b
0,3
为常数项。b
i,3
、b
ii,3
和b
iii,3
为系数。
[0031]2.4)基于步骤2.3)，输出随机变量Y的二阶Wiener混沌多项式Y2、三阶Wiener混沌多项式Y3分别如下所示：
[0032][0033][0034]式中，b
0,2
为常数项。b
i,2
和b
ii,2
均为待求系数。
[0035]3)建立电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流模型。
[0036]所述电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流模型的目标函数如下所示：
[0037][0038]式中，F表示电
‑
气互联系统全天内期望总运行成本。C
CGU
为燃煤机组发电成本。C
CCS.P2G
为碳捕集
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于交叉项解耦的电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取电
‑
气互联系统参数。2)对输出随机变量Y进行Wiener混沌多项式展开；3)建立电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流模型；4)求解电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流模型，得到电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流。2.根据权利要求1所述的一种基于交叉项解耦的电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流方法，其特征在于，所述电
‑
气互联系统参数包括电力负荷、天然气负荷、风电场站风速；电力负荷、天然气负荷、风电场站风速的概率密度函数如下所示：式中，x表示电力/天然气负荷值或风速；μ和σ分别表示均值和标准差；α为比例系数。3.根据权利要求1所述的一种基于交叉项解耦的电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流方法，其特征在于，对随机响应面的随机变量Y进行Wiener混沌多项式展开的步骤包括：1)将输入随机变量X转化为独立且服从标准正态分布的输入随机变量ξ＝[ξ1,ξ2,
…
,ξ
n
]；n为输入随机变量个数；ξ
n
为第n个输入随机变量；2)将利用Hermite正交多项式基对输出随机变量Y进行Wiener混沌多项式展开，得到：项式基对输出随机变量Y进行Wiener混沌多项式展开，得到：式中，n为输入随机变量的个数；a
0,2
、a
i,2
、a
ii,2
、a
ij,2
、a
0,3
、a
i,3
、a
ii,3
、a
iii,3
、a
ij,3
、a
ijj,3
、a
ijk,3
、均为待定系数；ξ
i
、ξ
j
、ξ
k
为第i、j、k个输入随机变量；Y2为二阶Wiener混沌多项式；Y3为三阶Wiener 混沌多项式；3)对交叉项ξ
i
ξ
j
、交叉项ξ
i
ξ
j
ξ
k
进行解耦处理，步骤包括：3.1)对交叉项ξ
i
ξ
j
进行恒等变形，得到：对交叉项ξ
i
ξ
j
ξ
k
进行恒等变形，得到：
3.2)在参数项(ξ
i,0
,ξ
j,0
)对交叉项(ξ
i
‑
ξ
j
)2进行泰勒级数方法展开并保留一阶项，得到：(ξ
i
‑
ξ
j
)2≈2(ξ
i,0
‑
ξ
j,0
)(ξ
i
‑
ξ
j
)
‑
(ξ
i,0
‑
ξ
j,0
)2ꢀꢀ
(6)在参数项(ξ
i,0
,ξ
j,0
,ξ
k,0
)，对参数f(ξ
i
,ξ
j
,ξ
k
)进行泰勒级数方法展开并保留二阶项，得到：3.3)通过解耦处理后的交叉项ξ
i
ξ
j
如下所示：通过解耦处理后的交叉项ξ
i
ξ
j
ξ
k
如下所示：式中，b
0,3
为常数项；b
i,3
、b
ii,3
和b
iii,3
为系数；4)基于步骤3)，输出随机变量Y的二阶Wiener混沌多项式Y2、三阶Wiener混沌多项式Y3分别如下所示：分别如下所示：式中，b
0,2
为常数项；b
i,2
和b
ii,2
均为待求系数。4.根据权利要求1所述的一种基于交叉项解耦的电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流方法，其特征在于，所述电
‑
气互联系统低碳化概率最优能量流模型的目标函数如下所示：式中，F表示电
‑
气互联系统全天内期望总运行成本；C
CGU
为燃煤机组发电成本；C
CCS.P2G
为碳捕集
‑
电转气协同运行成本；C
GS
为购气成本；C
CURT
为弃风弃光惩罚成本；C
CO2
为碳排放成本。其中，燃煤机组发电成本C
CGU
如下所示：式中，T为运行周期，T＝24；和分别为节点i燃煤机组的煤耗系数；
为燃煤机组的出力；Ω
CGU
为燃煤机组注入节点集合；碳捕集
‑
电转气协同运行成本C
CCS.P2G
如下所示：式中，和分别为CO2和H2的价格系数。和分别为节点i电转气设备外购的CO2量和H2量；购气成本C
GS
如下所示：式中，为节点i气井购气价格系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洲洋，姜云鹏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：