PDF《考虑配电网重构的城市多能源配电/气/热网扩展规划》

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a e p s - i n f o . c o m 考虑配电网重构的城市多能源配电 / 气/ 热网扩展规划 周贤正,郭创新,董树锋,陈玮(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市

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2 7 ) 摘要:城市多能源配网( UME D N) 处于能源互联网末端, 实现 UME D N 的协同规划与运行对提升 多能量供给的可靠性与经济性至关重要.从能源配送网络的角度出发, 提出了融合配电网重构的 配电/气/热网扩展规划模型.首先, 构建了能源集线器的数学模型;

然后, 考虑城市配电网、 配气 网、 配热网以及能源集线器的相关约束, 通过小时级别时间尺度模拟 UME D N 的运行工况, 以总成 本最小为目标, 建立了混合整数二次规划模型.采用所提模型可得到能量源、 配送管道及能源集线 器的最优建设类型、 投运时间以及建设位置.仿真结果表明考虑配电网重构以及能源集线器的 UME D N 协同规划能显著提升系统可靠性, 降低相关设备的配置容量, 减少能量传输损耗, 从而显 著降低总体规划与运行费用. 关键词:配电网;

重构;

扩展规划;

能源互联网;

热网;

天然气网;

混合整数二次规划 收稿日期:

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修回日期:

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2 8. 上网日期:

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1 1. 国家重点研发计划资 助项目(

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6 0 0) ;

国家自然科学基金资助项目(

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0 引言 为提高能源供给的可靠性与经济性, 国内外学 者对综合能源系统的协同利用进行了深入研究, 如 何利用电/气/热等多种能源网络之间的耦合关系, 充分挖掘不同能源网络内部的特性, 在更大维度内 统筹 源―网―荷 的规划与运行, 是当前研究的热点[

1 - 2] .城市多能源配网(urbanmulti-energydistributionn e t w o r k, UME D N) 处于能源互联网的 末梢, 为用户供给能源, 是能量损耗最大的环节[ 3] , 合理统筹规划能显著提升供能的可靠性与经济性. 目前, 多能源系统规划多集中于主网层面.文献[

4 ] 使用混合整数线性规划建立了长期多区域多 阶段的电网与气网的联合规划模型;

文献[

5 ] 针对大 规模系统的发电、 输电以及天然气网络的拓展问题, 提出了一种多阶段联合规划方法;

文献[

6 ] 通过一阶 泰勒展开式对天然气网络方程进行线性化并提出一 种线性联合拓展规划方法, 以最小化电网与气网的 成本.文献[

7 ] 考虑市场的不确定性和系统的可靠 性并使用模糊粒子群算法求解混合整数非线性规划 模型.在城市级多能源系统规划层面, 按其规划的 对象来看, 研究多集中于电/气网的联合规划.文献 [

8 ] 通过气转电的装置实现配电网和气网的耦合, 在 模型的构建部分, 将模型拆分为主程序和子程序, 主 程序使用智能算法生成电网和气网的网络拓扑, 子 程序用于评估网架并将评估值返回主程序;

在此基 础上, 进一步考虑了供能可靠性、 负荷不确定性以及 多目标优化等[

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1 1] , 但是其建模过于复杂, 大量的非 线性项使得模型只能采用智能算法进行求解, 不能 保证寻找到最优解, 亦有部分文章基于电网、 热网进 行联合规划.文献[

1 2 ] 基于热网以及冷热电联供系 统构建电网与热网的联合规划模型, 并对热网约束 进行了合理近似.但是, 以上文献均未考虑运行过 程中网架结构的灵活性对规划的影响. 关于电力网络、 天然气网络和热网络等3种网 络联合规划的研究尚属空白.多网联合规划涉及的 网络结构复杂且解算困难, 因此, 有必要对系统模型 进行合理简化, 使之适应更大规模、 更多维度的多能 源配电网联合规划.同时, 为了挖掘城市多能源系 统的潜力, 本文提出了融合小时级别配电网重构的 配电/气/热网3种网络架构的扩展规划模型.决策 变量考虑多年份和多设备备选类型, 使用部分节点 形成的能源集线器( e n e r g yh u b , EH) 将3种网络耦 合起来.利用配电网网络拓扑的可重构特性, 并将 其作为控制变量集成到 UME D N 扩展规划模型中, 进一步降低了 UME D N 的成本.本文使用线性化 方法将原来难以求解的非线性非凸问题转化为容易 求解的混合整数二次规划( m i x e di n t e g e rq u a d r a t i c p r o g r a mm i n g , M I Q P) 问题.通过配电网5 4节点测 试系统、 配气网5 0节点测试系统[