PDF《电—气互联综合能源系统多时间尺度动态优化调度》

电―气互联综合能源系统多时间尺度动态优化调度 梅建春1 ,卫志农1 ,张勇2 ,马洲俊2 ,孙国强1 ,臧海祥1 ( 1.

河海大学能源与电气学院,江苏省南京市

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9 8;

2. 国网江苏省电力有限公司南京供电公司,江苏省南京市

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1 9 ) 摘要:对于时空相关的天然气管存, 应用多时间尺度/模型预测控制尤为重要.计及天然气管网的 慢动态特性, 考虑暂态天然气系统变量存在时段耦合的特性, 提出了基于模型预测控制的多时间尺 度优化调度策略, 使机组有功出力和气源产气控制过程更为平滑.其中, 以日前优化调度得到的有 功出力值和产 气量为参考值, 基于模型预测控制, 进行日内多时段滚动优化.最后, 对修改的IEEE2 4节点电力系统和比利时2 0节点天然气系统进行算例分析, 验证了所提优化调度方法的可 行性以及有效性, 并分析了气网管存对电―气互联综合能源系统运行的影响. 关键词:电―气互联综合能源系统;

模型预测控制;

多时间尺度;

暂态能量流模型;

动态优化调度 收稿日期:

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修回日期:

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2 6. 上网日期:

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2 4. 国家自然科学基金资助项目(

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5 2 ) .

0 引言

2 1世纪以来, 能源消耗和全球环境问题日益突 出, 许多国家都在寻求能源行业的转变和突破[

1 - 2] . 电力行业作为能源消耗的主要部门之一, 调整能源 结构, 实现低碳环保运行尤为重要.相比于传统火 电, 天然气发电更为清洁、 高效. 从2012年至2040年, 中国燃气发电比例预计将从2% 增长至12% [ 3] .截至2

0 1 6年年底, 中国燃气轮机装机容量 达到了7

00 8 0MW, 占全国总装机容量的4. 3% [ 4] . 另一方面, 燃气轮机组快速的响应特性可用于平抑 间歇性新能源的波动, 从而有效支撑大规模间歇性 新能源的并网与消纳[

5 ] .因而在电力系统与天然气 系统耦合逐步加深的趋势下, 电―气互联 综合能源 系统 ( i n t e g r a t e dp o w e ra n dg a se n e r g ys y s t e m s , I P G E S ) 有望促进低碳可持续能源系统的构建. 值得注意 的是, 天然气系统可通过管存(line-pack)及储气设施大规模存储天然气, 为电力系统运 行调度提供备用.为保证I P G E S的高效经济运行, 一方面考虑到天然气存储的时空相关特性, 需研究 电力系统与天然气系统之间的多断面协调优化;

另 一方面, 在不同的运行时间尺度上( 例如日前调度与 日内调度) , 由于净负荷预测精度的差异, I P G E S对 天然气存储量的需求也截然不同, 因而有必要研究 多时间尺度下的I P G E S运行调度. 目前, 国内外学者针对I P G E S运行调度开展了 相关研究.文献[6-7] 研究了IPGES的稳态能量流.文献[

8 ] 采用分布式协同优化方法对电力系统 和天然气系统进行分布自治决策.文献[

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1 0] 则研 究了电力系统和天然气系统联合统一优化决策.文献[

1 1 ] 对天然气管网模型进行线性化处理, 运用线 性优化方法求解I P G E S最优能量流.文献[

1 2] 考 虑风电场出力、 电力负荷和天然气负荷的不确定性 和相关性, 建立I P G E S 概率最优能量流模型.然而, 上述研究基于天然气系统的稳态潮流模型, 忽略 了天然气管网的慢动态特性, 易导致计算结果与实 际情况出现偏差.文献[