本發(fā)明屬于綜合能源系統(tǒng)領(lǐng)域，目的是實(shí)現(xiàn)電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的綜合負(fù)荷削減量計(jì)算，具體涉及考慮風(fēng)電棄用的綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型。

背景技術(shù)：

近年來，隨著氣電裝機(jī)規(guī)模的不斷提升以及電轉(zhuǎn)氣(power-to-gas，p2g)技術(shù)的日趨成熟，電力、天然氣系統(tǒng)間的耦合關(guān)系愈加深化。p2g裝置的引入不僅實(shí)現(xiàn)了電、氣子系統(tǒng)間能量的雙向流動(dòng)，而且為風(fēng)電的大量存儲與運(yùn)輸提供了新的解決思路。因此，含p2g的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)成為未來能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢之一，其具有的規(guī)模大、設(shè)備類型繁多/運(yùn)行特性各異、隨機(jī)性強(qiáng)烈特征，大大增加了系統(tǒng)可靠性評估的建模、計(jì)算復(fù)雜度。綜合負(fù)荷削減計(jì)算是電-氣互聯(lián)系統(tǒng)可靠性評估關(guān)鍵環(huán)節(jié)，構(gòu)建準(zhǔn)確的綜合負(fù)荷削減模型是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性合理、有效評估的重要基礎(chǔ)。

目前，未有研究提出考慮p2g裝置的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型。現(xiàn)有負(fù)荷削減模型中以運(yùn)行費(fèi)用最小為優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了電-氣互聯(lián)系統(tǒng)(未考慮p2g裝置)的電負(fù)荷、氣負(fù)荷削減量計(jì)算，但未考慮實(shí)際系統(tǒng)中存在的棄風(fēng)問題，同時(shí)也未計(jì)及p2g裝置在棄風(fēng)時(shí)開啟的實(shí)際運(yùn)行特性，因此無法實(shí)現(xiàn)考慮p2g裝置的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減量的有效、準(zhǔn)確計(jì)算。

綜上所述，現(xiàn)有優(yōu)化模型存在以下問題：一是忽略了實(shí)際系統(tǒng)中存在的“棄風(fēng)限電”現(xiàn)象，二是沒有考慮p2g裝置的實(shí)際運(yùn)行特性，三是沒有考慮燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的熱負(fù)荷削減情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，公開一種考慮風(fēng)電棄用的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減模型構(gòu)建方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之技術(shù)方案是：考慮p2g裝置的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減模型的建立和求解。首先，建立優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，以電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量之和最小作為目標(biāo)函數(shù)；其次，考慮電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量變量，基于電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)有功平衡方程、無功功率平衡方程和天然氣系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)流量平衡方程，以及p2g裝置和燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組方程，建立優(yōu)化模型的式約束；再次，考慮電-氣互聯(lián)系統(tǒng)中p2g裝置和燃?xì)鈾C(jī)組的容量約束、電力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)中狀態(tài)量的上下限約束，構(gòu)建優(yōu)化模型的不式約束；最后，在不同風(fēng)電場出力和不同電轉(zhuǎn)氣裝置容量的場景下，采用內(nèi)點(diǎn)法對所建優(yōu)化模型進(jìn)行求解。其具體方法步驟如下：

(1)建立綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)

電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型以電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量之和最小為優(yōu)化目標(biāo)，其模型可表示為：

式中，ce,i是電負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷削減變量；cg,m是氣負(fù)荷節(jié)點(diǎn)m的負(fù)荷削減變量；ch,k是燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組k的熱負(fù)荷削減變量；δpw,i是風(fēng)電場i的棄風(fēng)變量；nd是電負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，ng是氣負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，nw是風(fēng)電場的總數(shù)，nb是燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的總數(shù)；λe,i為表征各電負(fù)荷重要性的權(quán)重因子，λg,m為表征各氣負(fù)荷重要性的權(quán)重因子，λh,k為表征各熱負(fù)荷重要性的權(quán)重因子，λw,i為表征各風(fēng)電場棄風(fēng)嚴(yán)重性的權(quán)重因子。

(2)建立式約束

考慮電負(fù)荷削減變量ce,i、氣負(fù)荷削減變量cg,m、熱負(fù)荷削減變量ch,k和棄風(fēng)變量δpw,i，以及電轉(zhuǎn)氣裝置的消耗電功率和注入氣流變量，基于電力系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)有功平衡方程、無功功率平衡方程和天然氣系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)流量平衡方程，以及燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組方程，建立如下式約束：

pg,i+pgas,i+pchp,i+pw,i+ce,i-pp2g,i-δpw,i-pd,i-pi＝0,i＝1,2,...,ne(2)

qg,i+qgas,i+qchp,i+qc,i-qd,i+ce,i(qd,i/pd,i)-qi＝0,i＝1,2,...,ne(3)

fg,m+fp2g,m+(cg,m/ghv)-fgas,m-fchp,m-fd,m-fm＝0,m＝1,2,...,nm(4)

pchp,k＝(hchp,k-ch,k)/νchp,k,k＝1,2,...,nb(5)

其中，式(2)是電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)有功平衡方程，式(3)是電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)無功平衡方程，式(4)是天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)流量平衡方程，式(5)是燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組方程。式中，pg,i、qg,i分別為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i的非燃?xì)獬Ｒ?guī)機(jī)組的有功出力和無功出力；pgas,i、qgas,i分別為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的有功出力和無功出力；pchp,i、qchp,i分別為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的有功出力和無功出力；pd,i、qd,i分別為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i的有功負(fù)荷和無功負(fù)荷；pi、qi分別為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i的注入有功功率和無功功率；pw,i、δpw,i分別為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i的風(fēng)電場的風(fēng)電功率和棄風(fēng)量；qc,i、pp2g,i分別為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i的無功電源功率和p2g裝置消耗電功率；fgas,m、fchp,m分別為天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)m的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的消耗氣流和燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的消耗氣流；fp2g,m為天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)m的p2g裝置的注入氣流；fg,m、fd,m分別為天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)m的氣源注入氣流和節(jié)點(diǎn)氣負(fù)荷；fm為天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)m的注入氣流；ghv為天然氣高熱值；hchp,k、vchp,k分別為燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組k的熱負(fù)荷、熱電比。ne是電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，nm是天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，nb是燃?xì)鉄狳c(diǎn)聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的總數(shù)。以下是式約束中各耦合元件模型以及節(jié)點(diǎn)注入功率、氣流方程。

①p2g裝置模型

當(dāng)電-氣互聯(lián)系統(tǒng)中出現(xiàn)棄風(fēng)現(xiàn)象時(shí)，通過開啟p2g裝置可將富余風(fēng)電轉(zhuǎn)化為天然氣，注入天然氣系統(tǒng)的輸氣管道進(jìn)行存儲和運(yùn)輸。因此，p2g裝置消耗電功率與注入氣流之間的關(guān)系如下：

其中，pp2g,k、fp2g,k分別為p2g裝置k的消耗電功率和注入氣流，ηp2g,k為p2g裝置k的轉(zhuǎn)化效率；ghv為天然氣高熱值；δpw,i為風(fēng)電場i的棄風(fēng)量。nw、nc分別為風(fēng)電場和p2g裝置的總數(shù)。

②燃?xì)鈾C(jī)組模型

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組與燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組是電-氣互聯(lián)系統(tǒng)中常見的燃?xì)鈾C(jī)組，均以天然氣為燃料，向電力系統(tǒng)提供所需電能。我國燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組一般采用“以熱定電”的運(yùn)行模式，根據(jù)熱力需求和熱電比來確定機(jī)組的輸出電功率。以上兩種燃?xì)鈾C(jī)組的消耗氣流與輸出電功率之間滿足如下方程：

fgas,k＝(αg,k+βg,kpgas,k+γg,k(pgas,k)²)/ghv,k＝1,2,...,na(7)

fchp,k＝pchp,k/(ηchp,kghv),k＝1,2,...,nb(8)

其中，pgas,k、fgas,k分別為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組k的有功出力和消耗氣流；pchp,k、fchp,k分別為燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組k的有功出力和消耗氣流。αg,k、βg,k、γg,k為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組k的耗量系數(shù)；ηchp,k為燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組k的轉(zhuǎn)化效率。na是燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的總數(shù)。

③節(jié)點(diǎn)注入功率、氣流方程

電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i的注入有功功率pi和注入無功功率qi，以及天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)m的注入氣流fm計(jì)算公式如下：

式中，vi和vj分別是電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i和j的電壓幅值；gij和bij分別為ne×ne階節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y中第i行第j列元素的實(shí)部和虛部；θij是電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i與j的電壓相角差；amr是節(jié)點(diǎn)-管道關(guān)聯(lián)矩陣a中第m行第r列元素；emq是節(jié)點(diǎn)-壓縮機(jī)關(guān)聯(lián)矩陣e中第m行第q列元素；tmq是節(jié)點(diǎn)-壓縮機(jī)入口節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣t中第m行第q列元素。nl、np分別為輸氣管道和壓縮機(jī)支路的總數(shù)。lr為流過天然氣輸氣管道r(以下默認(rèn)r為輸氣管道的序號)的流量，cq為流過天然氣壓縮機(jī)支路q(以下默認(rèn)q為壓縮機(jī)支路的序號)的流量，τq為壓縮機(jī)支路q消耗的流量，三者具體計(jì)算公式如下：

對于天然氣系統(tǒng)中輸氣管道r，穩(wěn)態(tài)條件下管道流量lr為

式中，m和n分別為輸氣管道的首端節(jié)點(diǎn)和末端節(jié)點(diǎn)；πm、πn分別為節(jié)點(diǎn)m和n的氣壓；kr為輸氣管道r的管道系數(shù)；smn表征氣體流動(dòng)方向。

天然氣在管道輸送的過程中，會存在一定的壓力損失，因此系統(tǒng)中常配置一定數(shù)量加壓站。加壓站較為經(jīng)濟(jì)選擇是采用燃?xì)鈮嚎s機(jī)來升高壓力，其工作中消耗的氣體流量取自支路，可效為壓縮機(jī)進(jìn)口節(jié)點(diǎn)的氣負(fù)荷。燃?xì)鈮嚎s機(jī)消耗的流量τq計(jì)算公式如下：

式中，m和n分別為壓縮機(jī)支路的進(jìn)口節(jié)點(diǎn)和出口節(jié)點(diǎn)；hq為壓縮機(jī)支路q消耗的電功率；cq為流過壓縮機(jī)支路q的流量；bq為壓縮機(jī)支路q的壓縮機(jī)系數(shù)；zq為壓縮機(jī)支路q的進(jìn)口氣體壓縮因子；α為絕熱系數(shù)；αc,q、βc,q、γc,q為壓縮機(jī)q的耗量系數(shù)。

(3)建立不式約束

電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型的不式約束包括：式(16)-(19)的電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷削減變量和棄風(fēng)變量的上下限約束；式(20)-(24)的電轉(zhuǎn)氣裝置和燃?xì)鈾C(jī)組的容量約束；式(25)-(27)的天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)氣壓約束、氣源注氣量約束、壓縮機(jī)壓縮比約束；式(28)-(31)的電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓約束、非燃?xì)獬Ｒ?guī)機(jī)組出力約束、線路功率約束。

0≤ce,i≤pd,i,i＝1,2,...,nd(16)

0≤cg,m/ghv≤fd,m,m＝1,2,...,ng(17)

0≤ch,k≤hchp,k,k＝1,2,...,nb(18)

0≤δpw,i≤pw,i,i＝1,2,...,nw(19)

vi^min≤vi≤vi^max,i＝1,2,...,ne(28)

-tl^min≤tl≤tl^max,l＝1,2,...,nr(31)

式中，tl是輸電線路l流過的功率；rq是壓縮機(jī)支路q的壓縮比；和pminp2g分別為p2g裝置消耗電功率的上限和下限；和pmingas分別為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組有功出力的上限和下限；和qmingas分別為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組無功出力的上限和下限；和pminchp分別為燃?xì)鉄狳c(diǎn)聯(lián)產(chǎn)機(jī)組有功出力的上限和下限；和qminchp分別為燃?xì)鉄狳c(diǎn)聯(lián)產(chǎn)機(jī)組無功出力的上限和下限；和分別為天然氣節(jié)點(diǎn)氣壓的上限和下限；和fming,m分別為天然氣氣源注入量的上限和下限；和rminq分別為壓縮機(jī)壓縮比的上限和下限；和vmini分別為節(jié)點(diǎn)電壓幅值的上限和下限；和pming,i分別為非燃?xì)獬Ｒ?guī)發(fā)電機(jī)組有功出力的上限和下限；和qming,i為非燃?xì)獬Ｒ?guī)發(fā)電機(jī)組無功出力的上限和下限；和tminl為輸電線路傳輸功率的上限和下限。nr是輸電線路的總數(shù)，nu是非燃?xì)獬Ｒ?guī)機(jī)組的總數(shù)，ns是天然氣氣源的總數(shù)。

(4)綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型求解和系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減量計(jì)算

基于第(1)步的目標(biāo)函數(shù)和第(2)步的式約束以及第(3)步的不式約束，考慮電轉(zhuǎn)氣裝置的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型已建立完成。該模型為非線性優(yōu)化問題，可采用內(nèi)點(diǎn)法對其進(jìn)行求解，本發(fā)明調(diào)用內(nèi)點(diǎn)法求解器ipopt求解該優(yōu)化模型。

最后根據(jù)優(yōu)化模型結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)的綜合負(fù)荷削減量，系統(tǒng)的電負(fù)荷削減量、氣負(fù)荷削減量、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量的計(jì)算公式如下：

式中，ce為系統(tǒng)的電負(fù)荷削減量，cg為系統(tǒng)的氣負(fù)荷削減量，ch為系統(tǒng)的熱負(fù)荷削減量，δpw為系統(tǒng)的棄風(fēng)量。

至此，考慮電轉(zhuǎn)氣裝置的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型的求解步驟結(jié)束。

值得說明的是，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的綜合負(fù)荷削減量計(jì)算，特別適用于風(fēng)電新能源大規(guī)模接入電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的情況。優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)中加入熱負(fù)荷削減量、棄風(fēng)量的變量，以電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量之和最小為作為優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)；將p2g裝置模型中的消耗電功率和注入氣流變量加入優(yōu)化模型的式約束中；在優(yōu)化模型的不式約束中考慮熱負(fù)荷削減量、棄風(fēng)量的上下限約束，以及p2g裝置消耗電功率的容量約束。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下效果：

(1)在含p2g裝置的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)負(fù)荷削減模型方面，本發(fā)明提出的模型不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供電、供氣、供熱多種供能形式可靠性水平的有效評估，而且能夠合理量化系統(tǒng)棄風(fēng)的嚴(yán)重程度。

(2)相比于現(xiàn)有電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的負(fù)荷削減模型，本發(fā)明所提的模型采用電力系統(tǒng)交流模型和天然氣系統(tǒng)非線性模型，有效保留了電、氣子系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行特性，同時(shí)考慮系統(tǒng)“棄風(fēng)限電”現(xiàn)象以及p2g裝置在棄風(fēng)時(shí)的運(yùn)行特性，使得系統(tǒng)的負(fù)荷削減量計(jì)算、棄風(fēng)量計(jì)算更為精確。

附圖說明

本發(fā)明采用ieee14-ngs10電-氣互聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施例的驗(yàn)證，該系統(tǒng)由ieee14節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)和ngs10節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)兩部分組成。

圖1為ieee14-ngs10電-氣互聯(lián)系統(tǒng)；

圖2為ngs10節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

參見圖1，本發(fā)明采用ieee14-ngs10電-氣互聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施例的驗(yàn)證，該系統(tǒng)由ieee14節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)和ngs10節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)兩部分組成。

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

圖1的ieee14節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中共有5臺發(fā)電機(jī)，火電裝機(jī)總?cè)萘繛?90mw，共有11個(gè)電負(fù)荷，電峰荷為570mw；節(jié)點(diǎn)6接入容量250mw的風(fēng)電場，同時(shí)配置容量10mw的p2g裝置由天然氣節(jié)點(diǎn)2注入天然氣系統(tǒng)。圖2的ngs10節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)包括6條輸氣管道，3個(gè)燃?xì)鈮嚎s機(jī)，2個(gè)氣源站，6個(gè)氣負(fù)荷，共有3個(gè)自然氣負(fù)荷，分別是節(jié)點(diǎn)6的180mmcfd、節(jié)點(diǎn)7的180mmcfd和節(jié)點(diǎn)10的298mmcfd；天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)5、7、9分別提供電力系統(tǒng)1、3、2節(jié)點(diǎn)處燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組g1、g3以及燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組g2的用氣需求；燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組g2的熱負(fù)荷為166.8mw。天然氣系統(tǒng)中管道系統(tǒng)其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可參見文獻(xiàn)[1]。

本實(shí)施例中假設(shè)電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷的隨機(jī)特性均服從正態(tài)分布，其標(biāo)準(zhǔn)差為各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷期望值的5％；風(fēng)速服從兩參數(shù)威布爾分布，尺度參數(shù)為3.97，形狀參數(shù)為10.7，采用恒功率1控制方式。其中風(fēng)電轉(zhuǎn)換模型如下：

式中，pw,i為風(fēng)電場i的風(fēng)電功率，pr,i為風(fēng)電場i的額定功率，vin,i，vr,i，vo,i分別為風(fēng)電場i的切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速。模型中的切入風(fēng)速、切出風(fēng)速和額定風(fēng)速分別為3m/s、25m/s、15m/s。

其次，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組、燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組和p2g裝置的耦合元件模型中參數(shù)取值表1所示，天然氣系統(tǒng)中壓縮機(jī)的控制方式和參數(shù)取值如表2所示：

表1耦合元件模型參數(shù)表

表2天然氣壓縮機(jī)參數(shù)表

(2)建立綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)

電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型以電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量之和最小為優(yōu)化目標(biāo)。由于系統(tǒng)中共有11個(gè)電負(fù)荷，3個(gè)自天然氣負(fù)荷，1個(gè)熱負(fù)荷，1個(gè)風(fēng)電場，因此目標(biāo)函數(shù)中電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷削減變量和棄風(fēng)變量共有15個(gè)，各節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷削減、風(fēng)電棄用權(quán)重因子均取1。

(3)建立式約束

考慮電負(fù)荷削減變量ce,i、氣負(fù)荷削減變量cg,m、熱負(fù)荷削減變量ch,k和棄風(fēng)變量δpw,i以及電轉(zhuǎn)氣裝置，基于電力系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)有功、無功功率平衡方程和天然氣系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)流量平衡方程，以及p2g裝置和燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組方程，建立式約束。由于系統(tǒng)中共有14個(gè)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，10個(gè)天然氣節(jié)點(diǎn)，1個(gè)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組，因此根據(jù)所建模型要求，共有39個(gè)值約束，包括28個(gè)電力系統(tǒng)有功平衡約束和28個(gè)無功平衡約束、10個(gè)天然氣流量平衡約束和1個(gè)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行約束。

(4)建立不式約束

基于第(2)步所建立的式約束，電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型的不式約束包括：11個(gè)電負(fù)荷削減變量上下限約束、2個(gè)氣負(fù)荷削減變量上下限約束、1個(gè)熱負(fù)荷削減變量上下限約束和1個(gè)棄風(fēng)變量上下限約束；1個(gè)p2g裝置容量約束、4個(gè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組容量約束、2個(gè)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組容量約束；10個(gè)天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)氣壓約束、2個(gè)氣源注氣量約束、3個(gè)壓縮機(jī)壓縮比約束；14個(gè)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓約束、2個(gè)非燃?xì)獬Ｒ?guī)機(jī)組出力約束、13個(gè)線路功率約束。

模型中變量的不式約束上下限如下表所示：

表3不式約束上下限表

(5)綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型求解和系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減量計(jì)算

完成以上步驟的工作之后，可以進(jìn)行電-氣互聯(lián)系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減優(yōu)化模型的求解，本發(fā)明調(diào)用內(nèi)點(diǎn)法求解器ipopt對該優(yōu)化模型進(jìn)行求解。設(shè)置幾組不同的風(fēng)電場出力和不同電轉(zhuǎn)氣裝置容量的場景，觀察風(fēng)電滲透率和電轉(zhuǎn)氣裝置容量對電負(fù)荷削減量、氣負(fù)荷削減量、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量的影響。

1)風(fēng)電場出力對系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減量的影響

在系統(tǒng)火電機(jī)組裝機(jī)不變的情況下，電轉(zhuǎn)氣裝置容量為10mw時(shí)，設(shè)置8組不同風(fēng)電場出力情況的場景，觀察電負(fù)荷削減量、氣負(fù)荷削減量、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量的變化情況，其結(jié)果如下表所示：

表4不同風(fēng)電場出力下系統(tǒng)負(fù)荷削減情況

由表2可知，隨著風(fēng)電場出力的增加，燃?xì)鈾C(jī)組與非燃?xì)獬Ｒ?guī)機(jī)組的出力減小，因此發(fā)電機(jī)組用氣需求減小，系統(tǒng)切氣負(fù)荷量減小。其次，系統(tǒng)在風(fēng)電場出力較小時(shí)不出現(xiàn)棄風(fēng)情況，當(dāng)風(fēng)電場出力超過某一閾值的時(shí)候，由于風(fēng)電外送通道功率和電源調(diào)節(jié)能力有限，輸電線路無法傳送出更多的風(fēng)電場出力，使得系統(tǒng)棄風(fēng)量逐漸增大。

2)電轉(zhuǎn)氣裝置對系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減量的影響

在風(fēng)電場出力為180mw的情況下，設(shè)置7組不同p2g裝置容量的場景，觀察電負(fù)荷削減量、氣負(fù)荷削減量、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量的變化情況，其結(jié)果如下表所示：

表5不同電轉(zhuǎn)氣裝置容量下系統(tǒng)負(fù)荷削減情況

從表3可知，p2g裝置容量的提升對系統(tǒng)棄風(fēng)和切氣負(fù)荷量有顯著的積極影響，而對切電負(fù)荷和熱負(fù)荷沒有影響。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：通過求解本發(fā)明提出的負(fù)荷削減模型，可在考慮p2g裝置的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)中，計(jì)及系統(tǒng)棄風(fēng)現(xiàn)象的條件下，得到系統(tǒng)的電負(fù)荷削減量、氣負(fù)荷削減量、熱負(fù)荷削減量以及系統(tǒng)棄風(fēng)量。該模型為電-氣互聯(lián)系統(tǒng)可靠性評估打好模型基礎(chǔ)。

綜上所述，本發(fā)明提出的一種考慮風(fēng)電棄用的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減模型。首先，建立優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，以電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量之和最小作為目標(biāo)函數(shù)；其次，考慮電負(fù)荷、氣負(fù)荷、熱負(fù)荷削減量和棄風(fēng)量變量，基于電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)有功、無功功率平衡方程和天然氣系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)流量平衡方程，以及p2g裝置和燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組方程，建立優(yōu)化模型的式約束；再次，考慮電-氣互聯(lián)系統(tǒng)中p2g裝置和燃?xì)鈾C(jī)組的容量約束、電力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)中狀態(tài)量的上下限，構(gòu)建優(yōu)化模型的不式約束；最后，調(diào)用內(nèi)點(diǎn)法求解器ipopt實(shí)現(xiàn)該模型的計(jì)算求解，并在不同風(fēng)電場出力和不同電轉(zhuǎn)氣裝置容量的場景下實(shí)現(xiàn)仿真分析。本發(fā)明很好的考慮p2g裝置在系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)行特性，通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)p2g裝置對系統(tǒng)綜合負(fù)荷削減量以及棄風(fēng)量均有一定影響。