耀世娱乐用户注册中心_一种考虑电网和天然气网信息交互的电-气协同恢复方法

1.本发明涉及电网和天然气网恢复技术领域，尤其涉及一种考虑电网和天然气网信息交互的电-气协同恢复方法。

背景技术：

2.目前，电网和天然气网的耦合程度日趋紧密。两网的紧密联系可能引发连锁故障、给系统恢复带来挑战。大停电事件发生后，若能够充分考虑电网和天然气网的相互依赖性，制定正确有效的系统机组恢复策略，可以有效缩短停电时间，尽可能减少经济损失。现实中，电网和天然气网分属不同的运营商，两个系统之间存在行业信息壁垒，无法由单一的主体进行协同优化决策。因此，有必要考虑两个系统间有限信息交互，设计电-气协同分布式优化方法，提升系统恢复策略的有效性。

3.在电网和天然气网耦合恢复领域，现有技术中有方案研究了电-气混联综合能源系统在极端事件下的恢复力问题，结果表明电网和气网耦合运行具有更强的恢复能力；还有方案从灾后维修人员调度的角度，提出了一种电-气耦合系统联合维修人员的调度方法，实现两个系统中设备修复次序的协调优化；还有方案面向城市区域综合能源系统，提出了一种基于电-气-热多能流协同的重要负荷恢复方法。

4.上述现有技术中的方案的缺点包括：这些方案都采用集中式建模求解方法，未考虑电网和天然气网两个系统之间的行业信息壁垒。对于多主体自治决策问题，分布式优化方法凭借子问题间少量信息交互、各子问题交替求解获得最优解的特点，近年来在多能源系统规划和运行领域获得广泛关注。目前，考虑电网和天然气网有限信息交互的电-气协同恢复分布式优化决策鲜有研究。然而，大停电事故后电网和天然气网高度耦合且两个系统之间存在信息壁垒，因此，有必要研究电-气协同恢复分布式优化决策问题。

技术实现要素：

5.本发明提供了一种考虑电网和天然气网信息交互的电-气协同恢复方法，以得到最优的电网和天然气网协同恢复方案。

6.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

7.一种考虑电网和天然气网信息交互的电-气协同恢复方法，包括：

8.构建分布式优化求解框架下的电网恢复模型和天然气网恢复模型；

9.通过基于目标级联分析法atc的电-气协同恢复算法对所述分布式优化求解框架下的电网恢复模型和天然气网恢复模型进行求解，得到电网恢复策略和天然气网恢复策略。

10.优选地，所述的构建分布式优化求解框架下的电网恢复模型和天然气网恢复模型，包括：

11.设置电网恢复模型的目标函数为：

[0012][0013]

式中，u

tg,i

为表征机组状态的0-1整数决策变量，若已恢复取1，否则取0；ci为机组容量；p

g,i

为机组出力；s

nbs

为系统中非黑启动机组的集合；s

t

为恢复时段的集合。

[0014]

设置电网恢复模型的约束条件为：

[0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023]

式中，u

tf,i

、u

tld,i

分别为表征燃气机组供气恢复状态、电力负荷恢复状态的0-1整数决策变量，若已恢复取1，否则取0；p

ld,i

为电力负荷功率；sf为系统中燃气机组的集合；sg为系统中所有机组的集合；s

ld

为系统中电力负荷的集合；

[0024]

式(2)为燃气机组的供气约束；式(3)为系统功率约束；式(4)-(6)为恢复逻辑约束；式(7)-(9)为初始状态约束；

[0025]

设置天然气网恢复模型的目标函数为：

[0026][0027]

式中，u

tgld,i

为表征天然气负荷恢复状态的0-1整数决策变量，若已恢复取1，否则取0；m

gld,i

为天然气负荷量；s

gld

为系统中燃气机组的集合；

[0028]

设置天然气网恢复模型的约束条件为：

[0029][0030]

式中，u

tc,i

为表征电驱动压缩机恢复状态的0-1整数决策变量，若已恢复取1，否则取0；n为天然气管网动态时间，式(11)为天然气管网动态时间约束；

[0031]

在分布式求解框架下，燃气机组、电驱动压缩机的启动时间分别在电网内部、天然气网内部进行决策，采用增广拉格朗日函数将耦合设备恢复时间的一致性约束松弛后作为惩罚项分别增加到电网和天然气网恢复目标中，如式(12)-(13)所示：

[0032][0033][0034]

式中，分别为罚函数的一次项乘子、二次项乘子；，分别为罚函数的一次项乘子、二次项乘子；，为优化决策后的时间，即信息传递量，分别表示电力负荷恢复时间、燃气机组的供气恢复时间、电驱动压缩机恢复时间、气负荷恢复时间；t

ld-c,ij

、t

f,i

、t

c,ij

、t

gld-f,i

为待优化变量，分别表示力负荷恢复时间、燃气机组的供气恢复时间、电驱动压缩机恢复时间、气负荷恢复时间，由式(14)-(17)计算：

[0035][0036][0037][0038][0039]

式中，表示给电驱动压缩机供电的电力负荷的恢复状态，表示给燃气机组供气的天然气负荷的恢复状态；

[0040]

分布式优化求解框架下的电网恢复模型为：

[0041]

max(12)

[0042]

s.t.(2)-(9)，(14)-(17)

[0043]

分布式优化求解框架下的天然气网恢复模型为：

[0044]

max(13)

[0045]

s.t.(11)，(14)-(17)。

[0046]

优选地，所述的通过基于atc的电-气协同恢复算法对所述分布式优化求解框架下的电网恢复模型和天然气网恢复模型进行求解，得到电网恢复策略和天然气网恢复策略，包括：

[0047]

步骤1：获取系统参数，初始化耦合设备恢复时间、一次项罚函数乘子、二次项罚函数乘子以及迭代次数，置迭代次数k＝1；

[0048]

步骤2：计算并求解所述分布式优化求解框架下的电网恢复模型；

[0049]

步骤3：传递电力负荷的恢复时间、燃气机组的恢复时间给天然气网；

[0050]

步骤4：计算并求解所述分布式优化求解框架下的天然气网恢复模型；

[0051]

步骤5：传递天然气负荷的恢复时间、电驱动压缩机恢复时间给电网；

[0052]

步骤6：检查是否满足式(18)-(19)所示的收敛条件，式(18)表示电力负荷的恢复时间与电驱动压缩机的启动时间达成一致，式(19)表示燃气机组的供气恢复时间与天然气负荷的恢复时间达成一致；

[0053][0054][0055]

步骤7：若满足式(18)-(19)所示的收敛准则，则结束迭代，输出电网恢复策略和天然气网恢复策略；若不满足收敛条件，则更新罚函数乘子，令k＝k+1，返回步骤2继续迭代，乘子更新原则如式(20)-(23)所示。

[0056][0057][0058][0059][0060]

式中，为加速算法的收敛，β的取值一般为2《β《3，乘子初值一般取较小的常数。

[0061]

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明方法考虑电网和天然气网的有限信息交互，建立分布式求解框架下的电网恢复模型和天然气网恢复模型，设计求解电-气协同恢复问题的分布式算法，以生成最优的电网和天然气网协同恢复方案。

[0062]

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0063]

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0064]

图1为本发明实施例提供的一种考虑电网和天然气网信息交互的电-气协同恢复方法的处理流程图；

[0065]

图2为本发明实施例提供的一种基于atc的电-气协同恢复算法的流程图

[0066]

图3为本发明实施例提供的一种测试系统示意图。

具体实施方式

[0067]

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

[0068]

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一

个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

[0069]

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0070]

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

[0071]

本发明旨在克服现有方法缺乏考虑电网系统和天然气网系统存在行业信息壁垒，无法由单一的主体进行协同回复决策的问题。

[0072]

本发明实施例通过构建分布式优化求解框架，分别对电网恢复问题和天然气网恢复问题进行独立建模。然后，考虑电网和天然气网的有限信息交互，设计求解基于目标级联分析法(atc)的电-气协同恢复分布式算法，获得电网恢复方案和天然气网恢复方案。

[0073]

本发明实施例提供的一种考虑电网和天然气网信息交互的电-气协同恢复方法的处理流程如图1所示，包括如下处理步骤：

[0074]

步骤1：构建分布式优化求解框架下电网恢复模型和天然气网恢复模型。

[0075]

一、电网/天然气网恢复模型

[0076]

(1)电网恢复模型

[0077]

1)目标函数

[0078]

电网恢复的目标函数为尽快恢复系统的发电能力，数学表达式为

[0079][0080]

式中，u

tg,i

为表征机组状态的0-1整数决策变量，若已恢复取1，否则取0；ci为机组容量；p

g,i

为机组出力；s

nbs

为系统中非黑启动机组的集合；s

t

为恢复时段的集合。

[0081]

2)约束条件

[0082][0083][0084][0085][0086][0087]

[0088][0089][0090]

式中，u

tf,i

、u

tld,i

分别为表征燃气机组供气恢复状态、电力负荷(给压缩站供电)恢复状态的0-1整数决策变量，若已恢复取1，否则取0；p

ld,i

为电力负荷(给压缩站供电)功率；sf为系统中燃气机组的集合；sg为系统中所有机组的集合；s

ld

为系统中电力负荷的集合。

[0091]

式(2)为燃气机组的供气约束；式(3)为系统功率约束；式(4)-(6)为恢复逻辑约束；式(7)-(9)为初始状态约束。

[0092]

(2)天然气网恢复模型

[0093]

1)目标函数

[0094]

天然气网恢复的目标函数为尽快恢复气负荷，数学表达式为

[0095][0096]

式中，u

tgld,i

为表征天然气负荷(给燃气机组供气)恢复状态的0-1整数决策变量，若已恢复取1，否则取0；m

gld,i

为天然气负荷量；s

gld

为系统中燃气机组的集合。

[0097]

2)约束条件

[0098][0099]

式中，u

tc,i

为表征电驱动压缩机恢复状态的0-1整数决策变量，若已恢复取1，否则取0；n为天然气管网动态时间。

[0100]

式(11)为天然气管网动态时间约束。

[0101]

二、分布式优化求解框架下电网/天然气网恢复模型

[0102]

目标级联分析法(analytical target cascading，atc)是解决分层分散结构协调优化问题的一种新方法，它允许层次结构中上下级问题自主决策，上级主问题对下级子问题的决策进行协调优化而获得问题的整体最优解。atc算法具有级数不受限制、同级子问题可具有不同的优化形式、参数易于选择且经过严格的收敛证明等优点，克服了传统的基于拉格朗日松弛的对偶分解算法在迭代中容易出现反复振荡的现象，因此常应用于解决大规模系统的优化问题。本发明实施例采用atc方法求解电-气协同恢复问题。

[0103]

在分布式求解框架下，燃气机组、电驱动压缩机的启动时间分别在电网内部、天然气网内部进行决策。为保证燃气机组启动时供气(由天然气网恢复决定)已恢复和电驱动压缩机启动时供电(由电网恢复决定)已恢复，采用增广拉格朗日函数将耦合设备恢复时间的一致性约束松弛后作为惩罚项分别增加到电网和天然气网恢复目标中，如式(12)-(13)所示。

[0104]

[0105][0106]

式中，分别为罚函数的一次项乘子、二次项乘子；，分别为罚函数的一次项乘子、二次项乘子；，为优化决策后的时间，即信息传递量，分别表示电力负荷(给压缩站供电)恢复时间、燃气机组的供气恢复时间、电驱动压缩机恢复时间、气负荷(给燃气机组供气)恢复时间；t

ld-c,ij

、t

f,i

、t

c,ij

、t

gld-f,i

为待优化变量，分别表示力负荷(给压缩站供电)恢复时间、燃气机组的供气恢复时间、电驱动压缩机恢复时间、气负荷(给燃气机组供气)恢复时间，由式(14)-(17)计算。

[0107][0108][0109][0110][0111]

式中，表示给电驱动压缩机供电的电力负荷的恢复状态，表示给燃气机组供气的天然气负荷的恢复状态。

[0112]

综上所述，分布式优化求解框架下的电网恢复模型为：

[0113]

max(12)

[0114]

s.t.(2)-(9)，(14)-(17)

[0115]

s.t的含义为subject to:受制于约束。

[0116]

分布式优化求解框架下的天然气网恢复模型为：

[0117]

max(13)

[0118]

s.t.(11)，(14)-(17)

[0119]

步骤2：通过基于atc的电-气协同恢复算法对上述分布式优化求解框架下的电网恢复模型和天然气网恢复模型进行求解，得到电网恢复策略和天然气网恢复策略。电网恢复策略包括：机组、线路、节点和电力负荷的恢复时序，天然气网恢复策略包括：电驱动压缩机和天然气负荷的恢复时序。

[0120]

本发明实施例提供的一种基于atc的电-气协同恢复算法流程如图2所示，包括如下的处理步骤：

[0121]

步骤1：获取系统参数，初始化耦合变量(耦合设备恢复时间)、一次项罚函数乘子、二次项罚函数乘子以及迭代次数，置迭代次数k＝1。

[0122]

步骤2：计算分布式优化求解框架下的电网恢复模型。

[0123]

步骤3：传递(电驱动压缩机供电)电力负荷的恢复时间、燃气机组的恢复时间给天

然气网。

[0124]

步骤4：计算分布式优化求解框架下的天然气网恢复模型。

[0125]

步骤5：传递(燃气机组供气)天然气负荷的恢复时间、电驱动压缩机恢复时间给电网。

[0126]

步骤6：检查是否满足式(18)-(19)所示的收敛条件，式(18)表示(电驱动压缩机供电)电力负荷的恢复时间与电驱动压缩机的启动时间达成一致，式(19)表示燃气机组的供气恢复时间与天然气负荷的恢复时间达成一致。

[0127][0128][0129]

步骤7：若满足式(18)-(19)所示的收敛准则，则结束迭代，输出电网恢复策略和天然气网恢复策略；若不满足收敛条件，则更新罚函数乘子，令k＝k+1，返回步骤2继续迭代，乘子更新原则如式(20)-(23)所示。

[0130][0131][0132][0133][0134]

式中，为加速算法的收敛，β的取值一般为2《β《3，乘子初值一般取较小的常数。

[0135]

实施例一

[0136]

在图3所示的测试系统中，一共有3台机组，机组容量均为60mw，其中g1为黑启动机组，g2、g3为不具备黑启动能力的燃气机组；一共有2个电力负荷，负荷均为50mw。天然气系统中共有2台电驱动压缩机，2个天然气负荷，其中，电驱动压缩机cp1恢复后2个时段(天然气管网动态时间)后天然气负荷gld1恢复，电驱动压缩机cp2恢复后4个时段(天然气管网动态时间)后天然气负荷gld2恢复。电网和天然气网的耦合连接如图中虚线所示。

[0137]

步骤一：根据图3所示测试系统的信息和场景信息，分别建立分布式求解框架下的电网恢复模型和天然气网恢复模型。

[0138]

步骤二：基于atc的电-气协同恢复算法流程对电网恢复模型和天然气网恢复模型进行迭代求解。

[0139]

恢复结果如表1和表2所示所示，可有效决策电网和天然气网的恢复策略。

[0140]

基于atc的电-气协同恢复分布式算法性能如表3所示，具有较好的收敛性和较短的迭代时间。

[0141]

表1电网恢复策略

[0142]

恢复元件g1g2g3eld1eld2恢复时间24824

[0143]

表2天然气网恢复策略

[0144]

恢复元件gld1gld2cp1cp2恢复时间4824

[0145]

表3方法性能

[0146]

恢复元件迭代次数迭代时间恢复时间61.89s

[0147]

综上所述，本发明实施例的考虑电网和天然气网信息交互的电-气协同恢复方法解决了当前方法未考虑电网和天然气网的运营管理特点的问题，通过电网和天然气网的有限信息交互，求解得到电网和天然气网的系统恢复策略。

[0148]

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

[0149]

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

[0150]

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0151]

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。