电-气互联系统优化运行及其电转气设备规划研究

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1、硕士学位论文电-气互联系统优化运行及其电转气设备规划研究作者姓名许志恒学科专业电力系统及其自动化指导教师张勇军教授所在学院电力学院论文提交日期2018年6月OptimalDispatchingofIntegratedNaturalgasandElectricitySystemandConfigurationofP2GFacilitiesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuZhihengSupervisor：Prof.ZhangYongjunSouthCh

2、inaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TM71学校代号：10561学号：201520111102华南理工大学硕士学位论文电-气互联系统优化运行及其电转气设备规划研究作者姓名：许志恒指导教师姓名、职称：张勇军教授申请学位级别：学术型硕士学科专业名称：电力系统及其自动化研究方向：综合能源系统运行与规划研究论文提交日期：2018年6月5日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：蔡泽祥委员：张勇军、李晓华、李爱民、欧阳森摘要

3、随着以风电和太阳能为主的新能源的快速发展，传统电网的调控能力已经无法满足新能源的消纳需求。电-气互联系统作为多网融合、多能互补的重要形式，在实现新能源消纳和能源高效清洁利用方面有重要作用。尤其是在电转气(P2G)技术快速发展的背景下，如何实现电-气互联系统经济绿色运行以及P2G设备的优化配置，对提高系统新能源消纳以及低碳环保性能有着非常重要的意义。本文首先对天然气网的支路元件和拓扑结构进行建模，并基于此，对天然气稳态潮流模型进行介绍。在考虑电网和天然气网通过P2G设备和燃气轮机等耦合元件相互融合后，分析了耦合元件出力变化对天

4、然气网运行状态的影响。通过仿真可知，P2G设备出力变化后，对接入点的节点气压影响最大。在其出力上升时，接入点节点气压存在越上限的风险。而燃气轮机出力变化时，对气网负荷沿线的气压均有较大的影响。在其出力上升时，负荷沿线的节点气压存在越下限的可能。此次稳态模型的描述也为后面构建电-气互联系统经济调度模型奠下基础。接着本文采用条件价值风险(CVaR)理论，对考虑了风电出力不确定性的电-气互联系统做出风险量化评估。并通过风险成本系数，将弃风风险和切负荷风险归入运行的经济目标中，建立了电-气互联系统经济优化运行模型。并进一步对无P2G

5、设备接入、P2G设备不提供系统备用和提供备用服务三种场景进行仿真分析。结果表明，P2G设备接入能有效提高电-气互联系统的风电消纳能力，同时能降低系统碳排放量。而P2G在提供备用服务后，能进一步提高系统运行的经济效益和环境效益，此外还能减少弃风风险。基于上述研究，本文从P2G设备的技术特性和建设成本回收方面考虑，提出以风力发电企业进行P2G设备的投资建设主体，构建了P2G设备容量双层规划模型。上层以风力发电企业获益最大为目标，下层则以电-气互联系统成本最小为目标。并通过基于灾变遗传算法和内点法的混合求解算法进行仿真求解。验证了

6、配置P2G设备来提高风力发电企业收益和降低系统成本的可行性。并进一步对比分析了置信度和弃风风险成本系数对P2G配置策略及系统运行的影响。关键词：电-气互联系统；电转气；条件价值风险；碳捕获；双层规划IAbstractWiththerapiddevelopmentofwindpowerandphotovoltaic,powersystemcannotkeepupwiththeneedofwindpoweraccommodationdependonitsdispatching.Asanimportantformtopromote

7、energyintegration,integratednaturalgasandelectricitysystemcanimprovetherenewableenergyaccommodationandpromotethecleanandefficientuseofenergy.HowtorealizecleanandefficientdispatchingofintegratednaturalgasandelectricitysystemandconfigurationofP2Gfacilitywiththerapidd

8、evelopmentofP2Gtechnologyisveryimportanttoimprovetherenewableenergyaccommodationandlowcarbonefficiency.Accordingtothemodelofbranchfacilitiesandto