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专利号: 2019101179435
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2025-11-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:构建天然气公司、电网公司的规划收益模型;

对于天然气公司,以降低天然气网络的投资建设及运行成本、增加售气收入、使收益最大化为目标构建收益模型;

对于电网公司,以降低网损成本、投资成本、购电成本、增加售电收入、使自身利益最大化为目标构建收益模型;

步骤二:使天然气公司的天然气能源系统与电网公司的电能系统之间形成联合规划的动态博弈;电网公司的规划决策包括对燃气机组进行选址定容、对输电线路的投建位置进行选择,天然气公司的决策为管道的新建方案,天然气公司可以决策天然气管道结构,影响电网燃气机组的投资建设及电网售电收益;而电网公司可以决策网架,追求最小化投资,影响天然气的消纳;两个主体独立决策,但彼此相互影响,形成博弈关系;

步骤三:对决策方案进行安全校核,首先计算电力网络的潮流,然后根据耦合节点以及天然气网络的原始参数计算天然气网络的潮流,从而实现两个能源网络的参数信息交互,将两个博弈主体统一到同一个博弈模型中,进而实现天然气网络规划方案安全校核,最后根据校核结果确定该博弈回合下,两个投资主体的最终决策方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于:在步骤一中,在构建电网公司规划收益模型时,包括目标函数的构建和约束条件的设立;

1.电网公司规划收益模型的目标函数如下:

电网公司收益目标函数包括售电收入IGSE、燃气机组的投资成本CIG、输电线路的投资成本CIT、发电机的运行成本COG和网损成本CTL,具体计算如下:FE=IGSE-CIG-CIT-COG-CTL   (1)

式中:t为规划水平年,T为规划水平年总数,ELdt为t水平年的年负荷,ρE为电价,SGGU为燃气机组的待选集合,xi为燃气机组i的投资0-1变量,αi为燃气机组i的投资费用,ω为资金折现率,TG是燃气机组的设备使用寿命,STL为输电线路的待选集合,yj输电线路j的投资0-1变量,βj为输电线路j的投资费用,TTL是线路的使用寿命,m是发电机的编号,gmt是发电机m在t水平年的的运行时间,CGCm是发电机m的运行成本,PGm是发电机m的有功功率,l是线路的编号,NLOSSlt是线路l在t水平年的网损,μl是单位线路网损费用,

2.电网公司规划收益模型的约束条件包括功率平衡约束和潮流约束和火电机组出力约束和线路输送容量约束。

3.根据权利要求2所述的一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于:所述电网公司规划收益模型的约束条件如下:

1)功率平衡约束

式中:H、J和K分别表示输电线路、发电机、负荷与电力网络节点的关联矩阵;fLlt表示t水平年线路l上流过的潮流;Pgmt表示发电机m在t水平年的出力;ELdkt表示t水平年节点k的负荷;l、m、k和η分别表示输电线路、发电机、电力负荷和电力网络节点;S1、S2、S3和S4分别表示输电线路集合、发电机集合、电力负荷集合和电力网络节点集合,

2)潮流约束

式中:Pq和Qq分别为节点q处有功、无功注入;Uq和Ur分别为节点q和r电压幅值;Gqr和Bqr分别为支路qr的电导、电纳;θqr为节点q、r间电压相角差,

3)火电机组出力约束

式中: 表示火电机组b的出力上下限;STPU表示火电机组的集合,

4)线路输送容量约束

式中:fLqr是线路qr的潮流, 为线路qr最大传输容量。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于:在步骤一中,在构建天然气公司收益模型时,包括目标函数的构建和约束条件的设立;

1.天然气公司规划收益模型的目标函数如下:

天然气公司收益目标函数包括售气收入IGSG、输气管道的投资成本CIP,天然气源的运行成本COW,具体计算如下:FG=IGSG-CIp-COW   (11)

式中:EGdt为年负荷,ρG为气价,SGP为输气管道的待选集合,zi是输气管道的投资0-1变量,γi为输气管道的投资费用,ω为资金折现率,Tp是输气管道的使用寿命,n是天然气源的编号,gnt是天然气源n在t水平年的运行时间,CWCn是天然气源的运行成本,Wnt是天然气源的生产量,

2.天然气公司规划收益模型的约束条件包括节点压力约束、升压器容量约束、火电机组出力约束、线路输送容量约束。

5.根据权利要求4所述的一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于:所述天然气公司规划收益模型的约束条件如下:

1)节点压力约束

式中: 分别代表节点h气压的最大值和最小值;S5表示天然气网络节点的集合,t表示水平年,

2)升压器容量约束

式中:fct、πa1t和πa2t分别为t水平年升压器c流过的气流、进气口和出气口端的气压;Γcmax为升压器c的升压比例;Oc 为升压器的传输容量上限;SC是升压器的集合,

3)天然气源出气量约束

式中:Wnt为气源n在t水平年的出气量; 分别为气源n出气量的上下限;SWT为所有气源节点的集合,

4)天然气管道输送容量约束

式中:fppt是管道p在t水平年的管道天然气流量;Opmax代表管道传输的容量上限;SP表示天然气管道集合,

5)气流平衡约束

式中:A、V、R和Y分别表示天然气管道、加压器、天然气源、天然气负荷和天然气网络节点的关联矩阵;p、c、n、h和w分别表示天然气管道、加压器、天然气源、天然气负荷、天然气网络节点和负荷节点;SGP、SC、SWT和SWL分别表示天然气管道集合、加压器集合、天然气源集合、天然气负荷集合、天然气网络节点集合和所有负荷节点集合;fppt是管道p在t水平年的管道天然气流量;fct为t水平年升压器c流过的气流;Wnt为气源n在t水平年的出气量;EGdht表示t水平年节点h的天然气负荷;S5表示天然气网络节点的集合。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于:在步骤二中,在开始博弈时,首先由电网公司根据耦合节点得到的天然气网络传递的信息,通过调整燃气机组和输电线路的新建方案,给出决策ME,使得电网公司收益最大化;然后再将潮流信息传递给耦合节点,耦合节点将电力潮流信息经过转化后传递给天然气公司,通过调整输气管道的决策,优化网络拓扑,给出决策MG,使得天然气公司收益最大化;两个博弈主体的决策方案使得综合能源系统的拓扑更新,进入下一个博弈回合。

7.根据权利要求6所述的一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于:在博弈过程中当电网公司和天然气公司任意一方改变策略都无法获得更多的收益时,博弈达到均衡状态,动态博弈模型具体描述如下:式中: 均为在对方选择最优策略下的己方最优策略,在该策略组合下电网公司和天然气公司均能达到均衡意义下的最大收益;argmax()为使目标函数取值最大的变量集合;FE、FG分别是电网公司和天然气公司收益目标函数。

8.根据权利要求6所述的一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于:在步骤三中首先在电网给定决策方案后,计算该网架结构下的电力系统的潮流,得到耦合节点的节点功率,并对方案进行校核;然后利用耦合节点的能源转化关系,根据节点有功功率计算得到天然气流量,并将其带入到天然气潮流模型中进行计算,从而实现两个能源网络的参数信息交互。

9.根据权利要求8所述的一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于:所述耦合节点的能源转化关系如式(21)所示:Ωe=δegΩg   (21)

式中:Ωg是输出量,Ωe是输入量,δeg是输入量与输出量间的耦合系数,式(21)中耦合节点约束的约束条件包括燃气机组出力约束、耦合节点功率平衡约束,

1.燃气机组出力约束

式中: 表示燃气机组u的出力上下限;SGF表示燃气机组的集合,

2.耦合节点功率平衡约束

式中:fLio表示流入耦合节点的电力潮流,fpo表示流入耦合节点的气流,Θ为燃气机组转化系数,fLco表示流出耦合节点的电力潮流,ELdo为耦合节点的负荷,o表示耦合节点。

10.根据权利要求1或2或3或5或7所述的一种基于多主体博弈的电力-天然气综合能源系统联合规划方法,其特征在于:电网公司和天然气公司在规划过程中互相掌握对方的全部策略信息。