电-气互联综合能源系统优化运行的模型与算法研究

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1、硕士学位论文电-气互联综合能源系统优化运行的模型与算法研究作者姓名郑展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ModelsandAlgorithmsResearchofOptimizationOperationforInterdependentElectricity-NaturalGasNetworkinIntegratedEnergySystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhengZhanSupervisor：Prof.

2、ZhangYongjunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TM7学校代号：10561学号：201520111263华南理工大学硕士学位论文电-气互联综合能源系统优化运行的模型与算法研究作者姓名：郑展指导教师姓名、职称：张勇军教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：电力系统及其自动化研究方向：综合能源系统优化运行论文提交日期：2018年6月1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：张勇军李爱民李晓华欧阳森摘

3、要随着现代能源技术的演进及新能源并网的加速，能源系统面临着代际升级的革命。而以电力为主的二次能源亦面临着变革的机遇。而对清洁能源的使用需求提升促使着以天然气为代表的一次能源得到逐步推广。以燃气轮机、分布式能源站为代表的城市天然气应用工程正加速着天然气网络的扩展；而随着燃气轮机发电站点的建设以及天然气网络扩张，使得电-气互联综合能源系统成为未来重要的一种供能系统。同时，电转气装置（PowertoGas，简称P2G）的出现则进一步促进电网和天然气网络的融合与耦合。但由于当前电力网络及天然气网络的能流管理及调度分属不同主体，其联合调度受到物理因素的制

4、约。本文着手于含有P2G的电-气互联综合能源系统优化运行的模型与算法研究，以促进电力-天然气互联网络的协同优化运行。本文首先阐述了电-气互联综合能源系统的基本建模原理，探究了电力网络、天然气网络的建模手段，并对燃气轮机及P2G装置的建模进行介绍。同时基于含有P2G的电-气互联网络，设计了电力-天然气混合潮流的解法以及在选取不同平衡节点下的四种电-气网络运行模式。针对电网和天然气网络的平衡节点同时在外部的算例，使用内点法算法对其优化运行问题进行求解。接着，本文提出了基于广义Benders分解算法的电-气互联综合能源系统的优化潮流算法。根据运用于混

5、合整数非线性规划问题的广义Benders分解算法，将原优化问题分解为天然气优化主问题以及电力优化子问题。通过设定燃煤机组的出力功率为复杂变量，然后代入电力运行子问题进行计算，并使用Benders割回代到主问题求解天然气运行主问题，通过算例仿真证明该方法的有效性。其次，本文提出了基于交替方向乘子(ADMM)算法的电-气互联综合能源系统的优化潮流算法。根据ADMM算法中的两个子问题交替求解的特点，将原优化问题分解为电力网络运行子问题以及天然气网络运行子问题。通过不断更新算子最后促进迭代计算收敛。通过算例仿真证明该方法的有效性。最后，本文比对集中式算

6、法、广义Benders分解算法以及ADMM算法三种情形下的计算精度以及计算速度。结果表明，在同样的计算精度下，基于管治主体相对分离以及低频信息交互的互联网络，ADMM算法拥有较好的收敛性。本文得到国家自然科学基金项目(51777077)和广东省自然科学基金项目(2017A030313304)的资助。关键词：综合能源系统；优化运行；电转气技术；协同优化；能源互联网IAbstractWiththeevolutionofmodernenergytechnologiesandtheaccelerationofnewenergyintegration,t

7、heenergysystemisfacingarevolutioninintergenerationalupgradings.Thesecondaryenergybasedonelectricityisalsofacingopportunitiesforthecombinationofotherenergy.Theincreaseindemandforcleanenergyhasledtothegradualpromotionofprimaryenergysuchasnaturalgas.Urbannaturalgasapplicationpr

8、ojects,suchasnaturalgasgenerationsanddistributedenergystations,areaccelerat