【技术实现步骤摘要】
一种基于大规模新能源并网的能源网络安全管理优化方法
[0001]本专利技术属于多能源系统协同优化调度领域，具体地，涉及一种基于大规模新能源并网的能源网络安全管理优化方法。
技术介绍
[0002]近年来，多能源系统在优化能源结构、提高能源利用效率方面的优势日益彰显，因而受到了广泛关注。能源集线器是多能源系统中源
‑
网
‑
荷之间的接口平台，随着EH数量的增多，需要从整个系统的能源安全角度出发，对能源网络进行优化管理。另一方面，随着新能源渗透率的增加，其出力的随机性和波动性对电网正常运行造成了极大挑战。因此，对含有大规模新能源并网的多能源系统进行协同优化调度具有重要意义。
[0003]P2G可以实现电网和天然气网间能量的双向流动，具有平衡系统供需的潜力。其既可以作为多能源系统突发事件的应急替代能源，还能够有效平抑新能源发电的随机性和波动性，大大提高多能源系统的可调度性。因此构建考虑P2G参与的多能源集线器协同优化调度模型，不仅可以显著提高系统的供能安全，而且能有效解决可再生能源发电的消纳问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于，针对上述问题，本专利技术提出一种基于大规模新能源并网的能源网络安全管理优化方法，用于实现含多大规模新能源并网的多能源系统安全、经济运行，为多能源系统调度运行提供参考。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于大规模新能源并网的能源网络安全管理优化方法，包括以下步骤：>[0007]步骤S1：建立多能源系统的EH模型和P2G单元模型；
[0008]步骤S2：构建在系统电网或天然气网发生突发事件前后，含大规模新能源并网的多能源集线器单元间的协同优化调度模型；
[0009]步骤S3：对所建模型进行求解；
[0010]步骤S4：得到含大规模新能源并网的多能源集线器单元间的协同优化调度最优方案。
[0011]进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0012]S101：建立多能源系统的EH模型，所述EH模型由变压器、CHP单元和燃气锅炉三部分组成，电力和天然气作为该集线器的能量输入，通过变压器和CHP单元满足电负荷需求，通过CHP单元和燃气锅炉满足系统热负荷需求；
[0013]S102：构建P2G单元模型，所述P2G单元模型将电和水作为输入，电解产生的H2与CO2结合进入甲烷化单元，生成甲烷和水，所生成的甲烷气体直接注入天然气管道。
[0014]进一步地，所述S102中每个气体管道中注入的甲烷总量由式(1)和(2)计算得到：
[0015][0016][0017]式中，上标0和1分别表示应急故障处理前后的条件，P
m,out
(t)和ptg分别为t时刻产生的甲烷总量和注入各气网的甲烷量；s为场景集；lg为天燃气网络数；
[0018]为了确保注入到管道中的氢气在标准极限范围内，将标准极限设置为管道总气体能量的 1％，如式(3)和(4)所示：
[0019][0020][0021]其中，P
Gnet
(t,lg)和P
H
(t,lg)分别是第lg个气网支路消耗的总气体和注入氢气的总功率。
[0022]进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0023]S201：构建多能源集线器单元间的协同优化目标函数，以电力系统和天然气系统发生意外故障前后能源集线器网络总的运行成本最小为目标，构建优化调度模型如下：
[0024][0025]式中，表示在意外故障发生前的总运行成本；表示意外故障发生后的预期运行成本；每种成本由两部分组成，第一部分是每个集线器内所用电能或气体能源的成本，第二部分是不能满足集线器的内电、热需求的惩罚成本。α为安全系数；C
p
为不使用风力发电时产生的等效经济损失，这部分成本也是由意外事件造成的；各部分成本的具体表达式如式 (6)
‑
(8)所示：
[0026][0027][0028][0029]式中，n为能源集线器总数量；π
e
和π
g
为每千瓦时的电力和天然气的价格，和是每千瓦时的电力和燃气甩负荷需付出的惩罚费用，P
e
(t,n)，P
g
(t,n)，L
e
(t,n)和L
h
(t,n)分别表示总用电量和天然气量以及中断的电负荷量和热负荷量，W
c
(t)为风力发电缩减量；
[0030]S202：构建在应急处理前后优化调度模型需要满足的约束条件；
[0031](1)能量平衡
[0032]应急事件前后，电负荷供需平衡满足式(9)
‑
(10)：
[0033][0034][0035]热负荷供需平衡满足式(11)和(12)：
[0036][0037][0038]其中，I
ec
(n,j)和I
ec
(n,j)分别表示各集线器单元间的电网和气网连接状态，为0
‑
1变量；n为集线器单元的总数量，利用各集线器间线路的传输效率，对电力交换时产生的损耗进行建模；η
t
和η
CHP
分别为变压器和CHP的电能转换效率；P
t
(t,n)为变压器一次侧的输入电功率； P
CHP
(t,n)和P
gb
(t,n)分别表示CHP和燃气锅炉消耗的天然气量；和η
gb
分别表示CHP单元产热效率和燃气锅炉效率和与其他枢纽电力交换量的变量；P
ex
(t,n,j)和P
hx
(t,n,j)分别表示集线器单元间的电交互功率和热交互功率；
[0039]集线器内部功率消耗和电网、气网功率消耗还满足如下关系，式(13)和(14)说明电网向集线器输入的功率等于集线器内部变压器消耗的功率，式(15)和(16)说明气网向集线器输入的天然气量等于CHP机组和GB消耗的天然气总和：
[0040][0041][0042][0043][0044]式中，P
e
(t,n)、P
g
(t,n)分别为各集线器的输入电功率和输入天然气量；
[0045]与其他存储技术类似，P2G单元内部的氢气储量满足一定的能量平衡关系，t时刻P2G单元内部的氢气储量等于t
‑
1时刻的储量加上t时刻P2G产生和释放的氢量之差，如式(17)和(18) 所示：
[0046][0047][0048]式中，P
st
(t)表示储氢量；P
ch
(t)和P
dis
(t)分别表示装置储存和释放氢气的功率；η
ch
和η
dis
分别表示氢气的储存和释放效率；
[0049](2)设备单元运行约束
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于大规模新能源并网的能源网络安全管理优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：建立多能源系统的EH模型和P2G单元模型；步骤S2：构建在系统电网或天然气网发生突发事件前后，含大规模新能源并网的多能源集线器单元间的协同优化调度模型；步骤S3：对所建模型进行求解，得到含大规模新能源并网的多能源集线器单元间的协同优化调度最优方案。2.根据权利要求1所述的一种基于大规模新能源并网的能源网络安全管理优化方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：S101：建立多能源系统的EH模型，所述EH模型由变压器、CHP单元和燃气锅炉三部分组成，电力和天然气作为该集线器的能量输入，通过变压器和CHP单元满足电负荷需求，通过CHP单元和燃气锅炉满足系统热负荷需求；S102：构建P2G单元模型，所述P2G单元模型将电和水作为输入，电解产生的H2与CO2结合进入甲烷化单元，生成甲烷和水，所生成的甲烷气体直接注入天然气管道。3.根据权利要求2所述的一种基于大规模新能源并网的能源网络安全管理优化方法，其特征在于：所述S102中每个气体管道中注入的甲烷总量由式(1)和(2)计算得到：征在于：所述S102中每个气体管道中注入的甲烷总量由式(1)和(2)计算得到：式中，上标0和1分别表示应急故障处理前后的条件，P
m,out
(t)和ptg分别为t时刻产生的甲烷总量和注入各气网的甲烷量；s为场景集；lg为天燃气网络数；为了确保注入到管道中的氢气在标准极限范围内，将标准极限设置为管道总气体能量的1％，如式(3)和(4)所示：的1％，如式(3)和(4)所示：其中，P
Gnet
(t,lg)和P
H
(t,lg)分别是第lg个气网支路消耗的总气体和注入氢气的总功率。4.根据权利要求1所述的一种基于大规模新能源并网的能源网络安全管理优化方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：S201：构建多能源集线器单元间的协同优化目标函数，以电力系统和天然气系统发生意外故障前后能源集线器网络总的运行成本最小为目标，构建优化调度模型如下：式中，表示在意外故障发生前的总运行成本；表示意外故障发生后的预期运行成本；α为安全系数；C
p
为不使用风力发电时产生的等效经济损失；各部分成本的具体表达式如式(6)
‑
(8)所示：
式中，n为能源集线器总数量；π
e
和π
g
为每千瓦时的电力和天然气的价格，和是每千瓦时的电力和燃气甩负荷需付出的惩罚费用，P
e
(t,n)，P
g
(t,n)，L
e
(t,n)和L
h
(t,n)分别表示总用电量和天然气量以及中断的电负荷量和热负荷量，W
c
(t)为风力发电缩减量；S202：构建在应急处理前后优化调度模型需要满足的约束条件；(1)能量平衡应急事件前后，电负荷供需平衡满足式(9)
‑
(10)：(10)：热负荷供需平衡满足式(11)和(12)：热负荷供需平衡满足式(11)和(12)：其中，I
ec
(n,j)和I
ec
(n,j)分别表示各集线器单元间的电网和气网连接状态，为0
‑
1变量；n为集线器...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩明亮，李美玲，杨丽，张玮，赵俊杰，陈静怡，陈永琦，马昕熠，张文松，王正辉，张丽娟，岳超，李兴，李鑫，李洛，张舒凯，李积鹏，
申请(专利权)人：中国电建集团青海省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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