考虑移动应急能源的电气综合能源系统恢复策略生成方法及设备与流程

本发明涉及综合能源系统恢复方法，尤其涉及一种考虑移动应急能源的电气综合能源系统恢复策略生成方法及设备。

背景技术：

1、电气综合能源系统(integrated power and gas distribution system,ipgds)使配电网(power distribution system,pds)和配气网(gas distribution system,gds)相互耦合，增加了系统运行的灵活性，但也使得调度控制更加复杂。随着燃气发电的大规模并网，天然气系统中的供气堵塞将会严重影响到电力系统的安全可靠供电。电气综合能源系统的扰动跨能流耦合特性使得任一系统故障或供能堵塞都会对其他系统的能流分配优化产生影响。在天然气系统供气资源有限的情况下如何分配气负荷，是否供给电力系统产生电能均需根据实际情况动态决策。反之，电力系统供电堵塞引起对天然气需求的变化也需要重新调整天然气系统的流量分布，因此ipgds停能后的供能恢复需要协调决策。

2、目前，ipgds的供能恢复决策大多忽略电能流、气能流时间常数的差异，不考虑气系统的延时特性或暂态特性，通过采用固定的优化步长将ipgds的恢复决策问题简化处理，降低了对实际综合能源系统恢复操作的指导意义。有必要将电力和天然气的传输速度差异纳入考量，并在此基础上提出供能恢复策略，实现系统内有限资源的充分利用。

3、作为固定电源和气源的补充，移动应急电源(mobile emergency power source,meps)与移动应急气源(mobile emergency gas source,megs)可以通过交通网灵活接入系统，起到停能后快速供能或保障系统可靠供能的作用。目前相关研究主要侧重于考虑meps的供电恢复决策，鲜有研究同时考虑meps与megs进行综合能源系统的恢复决策。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种考虑移动应急能源的电气综合能源系统恢复策略生成方法及设备，同时考虑了meps与megs进行综合能源系统的恢复决策。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了一种考虑移动应急能源的电气综合能源系统恢复策略生成方法，包括如下步骤：

3、s1：识别电气综合能源系统状态，得到可恢复区域和不可恢复区域；

4、s2：基于识别的电气综合能源系统状态，以电气综合能源系统的恢复总净收益最大为目标，建立计及移动应急资源调度的mg2pies恢复分区划分优化模型，求解得到恢复分区划分方案初始集合；

5、s3：对所述恢复分区划分方案初始集合进行移动应急资源调配优化，得到包括移动应急资源最优接入方案的恢复分区划分方案集合；

6、s4：以分区内恢复净收益最大为目标，建立分区内恢复方案优化模型，并对所述恢复分区划分方案集合中每个恢复分区划分方案，求解得到该方案中各分区的恢复方案，以及各分区的最大恢复净收益；

7、s5：从所述恢复分区划分方案集合中选择可以得到最大恢复总净收益的恢复分区划分方案以及对应的分区内恢复方案作为最优恢复分区划分方案和最优分区内恢复方案。

8、进一步的，所述s1具体包括：

9、s1.1：提取出电气综合能源系统中包括各电源可用功率、各气源可用流量的能源参数信息；其中，各电源可用功率为电源的额定功率与实时供电功率之差，各气源可用流量位气源的额定流量与实时供气流量之差；

10、s1.2：识别电气综合能源系统中包括各负荷重要度、待恢复负荷量的负荷参数信息；

11、s1.3：提取区域内电气综合能源系统中各能源、负荷、及设备的运行状态，并从中剔除故障能源、负荷及设备；

12、s1.4：将没有可恢复线路、管道或交通路径的停能区域作为不可恢复区域，将存在可恢复线路、管道或交通路径的区域作为可恢复区域。

13、进一步的，所述mg2pies恢复分区划分优化模型的目标函数为：

14、

15、

16、

17、

18、式中，i为恢复总净收益；ia为系统中第a个分区的恢复净收益，a＝1,2,...,nn；nn为供能系统和可提供稳定能源供应的准供能系统的总数，nv/f,lead为主导v/f电源数量；ngs,lead为主导稳压气源数量；ωel和ωgl分别表示电负荷节点集合和气负荷节点集合；表示电负荷节点i的meps接入状态，有meps接入时取1，无meps接入时取0；表示电负荷节点i的分区状态，已分区取1，未分区取0；表示气负荷节点i的megs接入状态，有megs接入时取1，无megs接入时取0；表示气负荷节点i的分区状态，已分区取1，未分区取0；ωv/f表示系统中v/f电源集合；表示v/f电源i是否是主导v/f电源，是主导v/f电源取1，不是主导v/f电源取0；ωgs表示系统中稳压气源集合；表示稳压气源源i是否是主导稳压气源，是主导稳压气源取1，不是主导稳压气源取0。

19、进一步的，所述mg2pies恢复分区划分优化模型的约束条件包括：

20、节点分区约束：

21、

22、

23、

24、

25、

26、

27、

28、

29、

30、

31、式中，ne为电网分区数目；ng为气网分区数目；表示电负荷节点i被分到第a个分区的状态，表示非主导电源节点被分到第a个分区的状态，被分到第a个分区取1，否则取0；表示非主导电源节点集合；表示电负荷节点i的父节点j被分到第a个分区的状态，被分到第a个分区取1，否则取0；γi为节点i的父节点集合；表示气负荷节点i被分到第a个分区的状态，表示非主导气源节点被分到第a个分区的状态，被分到第a个分区取1，否则取0；表示非主导气源节点集合；表示气负荷节点i的父节点j被分到第a个分区的状态，被分到第a个分区取1，否则取0；

32、移动应急资源约束：

33、

34、

35、式中，为meps候选连接点集合；nmeps为系统中配置的meps数量；ωmeps为meps集合；为移动应急电源c在电负荷节点i的接入状态，1为已接入，0为未接入；为移动应急气源c在气负荷节点i的接入状态，1为已接入，0为未接入；为megs候选连接点集合；nmegs为megs数量；ωmegs为megs集合；

36、接入时间约束：

37、

38、

39、式中，为移动应急电源c接入电负荷节点i的所需时间；为移动应急电源c经过路段pq的运输时间；为移动应急电源c的启动耗时；ωtr,ci为移动应急电源c到电负荷节点i的最短路径的路段集合；为移动应急气源c接入气负荷节点i的所需时间；为移动应急气源c经过路段pq的运输时间；为移动应急气源c的启动耗时；ωtr,ci为移动应急气源c到气负荷节点i的最短路径的路段集合。

40、进一步的，所述s3具体包括：

41、s3.1：从恢复分区划分方案初始集合中提取任一恢复分区划分方案，并获取该恢复分区划分方案中待调配meps的集合ωmeps和待调配megs的集合ωmegs；

42、s3.2：对于获取的恢复分区划分方案，从ωmeps搜索交通路径可达的meps候选连接点集合其中中元素分别为没有被划分至任何分区的待恢复候选连接点、已划分至某分区的待恢复候选连接点、某供电子系统内的候选连接点；

43、s3.3：若φ为空集，则从ωmeps中的待调配meps到meps候选连接点之间搜索运输成本最小的路径作为最优路径，将最优路径中的待调配meps接入并从ωmeps中剔除，将最优路径的meps候选连接点从中剔除；

44、s3.4：若则从ωmeps中的待调配meps到meps候选连接点之间搜索运输成本最小的路径作为最优路径，将最优路径中的待调配meps接入，并将该待调配meps的额定容量计入该分区供电子系统或可自启动v/f电源的剩余可用功率，将从ωmeps中剔除，将从中剔除；

45、s3.5：若则从ωmeps中的待调配meps到meps候选连接点之间搜索运输成本最小的路径作为最优路径，将最优路径中的待调配meps接入并将该meps的额定容量计入所在供电子系统的剩余可用功率，将该meps从ωmeps中剔除，将从中剔除；

46、s3.6：对于获取的恢复分区划分方案，从ωmegs搜索交通路径可达的megs候选连接点集合其中中元素分别为没有被划分至任何分区的待恢复候选连接点、已划分至某分区的待恢复候选连接点、某供气子系统内的候选连接点；

47、s3.7：若φ为空集，则从ωmegs中的待调配megs到megs候选连接点之间搜索运输成本最小的路径作为最优路径，将最优路径中的待调配megs接入并从ωmegs中剔除，将最优路径的megs候选连接点从中剔除；

48、s3.8：若则从ωmegs中的待调配megs到megs候选连接点之间搜索运输成本最小的路径作为最优路径，将最优路径中的待调配megs接入，并将该待调配megs的额定流量计入该分区供气子系统剩余可用流量，将从ωmegs中剔除，将从中剔除；

49、s3.9：若则从ωmegs中的待调配megs到megs候选连接点之间搜索运输成本最小的路径作为最优路径，将最优路径中的待调配megs接入并将该megs的额定流量计入所在供气子系统的剩余可用流量，将该megs从ωmegs中剔除，将从中剔除；

50、s3.10：返回执行s3.1，直至遍历恢复分区划分方案初始集合中所有恢复分区划分方案，得到各恢复分区划分方案所对应的移动应急能源最优接入方案，形成包括移动应急资源最优接入方案的恢复分区划分方案集合。

51、进一步的，所述分区内恢复方案优化模型的目标函数具体为：

52、

53、式中，ia为系统中第a个分区的恢复净收益，和分别为同一决策时段内分区a中pds和gds恢复方案的总步数；ke和kg分别为pds和gds恢复方案中的步序号，一步方案即为恢复某对象所采取的一系列操作，和分别为第ke步电负荷和第kg步气负荷的恢复收益；和分别为第ke步电源和第kg步气源为负荷供能的成本；和分别为第ke步的签约需求响应电负荷和第kg步的签约需求响应气负荷进行削减的补偿；和分别为第ke步meps和第kg步megs的运输成本；和分别为第ke步电负荷和第kg步气负荷的恢复风险。

54、进一步的，所述分区内恢复方案优化模型的约束包括配电网约束、配气网约束和电气耦合约束，电气耦合约束约束为：

55、

56、

57、

58、式中，表示t时刻燃气轮机b输出的电功率；表示燃气轮机b的能量转换参数；ωgt,a为分区a中gt集合；表示t时刻燃气轮机b是否启动，1为启动，0为未启动；分别为t时刻燃气轮机b的需要的天然气压力值及其上、下限；分别为t时刻注入燃气轮机b的天然气流量值及其上、下限；m为大于预设值的数。

59、进一步的，所述分区内恢复方案优化模型的约束还包括：

60、移动应急电源出力约束：

61、

62、

63、式中，为分区a中的meps候选连接点集合；分别为移动应急电源c的最大有功输出功率和t时刻的有功输出功率，为移动应急电源c在电负荷节点i的接入状态，t0为初始时刻，为移动应急电源c接入电负荷节点i的所需时间，ωmeps为meps集合，nmeps为meps数量，pimeps(t)为t时刻meps在节点i注入的有功功率；

64、移动应急气源出力约束：

65、

66、

67、式中，为分区a中的megs候选连接点集合；分别为移动应急气源c的最大流量和t时刻流量，为移动应急气源c在气负荷节点i的接入状态，为移动应急气源c接入气负荷节点i的所需时间，ωmegs为megs集合，nmegs为megs数量，pimegs(t)为t时刻meps在节点i注入的流量。

68、进一步的，所述分区内恢复方案优化模型的约束还包括：

69、辐射状拓扑约束：

70、

71、

72、式中，ωe,a为电网侧分区a中的节点集合；为输电线路ij的恢复状态，1为已恢复，0为未恢复；为电网侧分区a中的节点总数；ωg,a为气网侧分区a中的节点集合；为输气管道ij的恢复状态，1为已恢复，0为未恢复；为气网侧分区a中的节点总数；

73、负荷需求响应约束：

74、

75、

76、式中，为节点i处t时刻电负荷削减状态，1表示削减，0表示未削减；δpid(t)为电负荷节i在t时刻参与需求响应削减的电负荷量；为电负荷节点i在t时刻签订的可削减电负荷量的最大值；为节点i处t时刻气负荷削减状态；δfid(t)为气负荷节点i在t时刻参与需求响应削减的气负荷量；为气负荷节点i在t时刻签订的可削减气负荷量的最大值,ωel,a、ωgl,a分别表示分区a电负荷节点集合和气负荷节点集合。

77、本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述方法。

78、本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明先识别系统状态，分析各电源可用功率、各气源可用流量、各负荷重要度、待恢复负荷量、支路状态和开关设备状态；然后以整个综合能源系统的预计恢复净收益最大为目标对准供能系统或供能系统的初始分区划分，接着进行移动应急能源调配优化，得到包括移动应急资源调配方案的系统恢复分区划分方案集合；最后在分区内恢复方案优化模型中对某分区划分方案，求解各分区的恢复方案及其恢复净收益，遍历所有分区划分方案，取系统恢复收益最大值所对应的分区划分方案及其分区内恢复方案为优化结果。本发明同时考虑了meps和megs进行综合能源系统的恢复决策，准确性更高。