计及P2G厂站的电-气综合能源系统规划

• 作 者: 宋楠
• 出 处: 上海电机学院
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 电-气综合能源系统 电转气技术 选址规划 鸽群优化算法 多目标运行规划

近年来,由于电力系统中大规模的风电接入、燃气消费占比的提升及电转气(Power to Gas,P2G)技术的出现,使电力网和天然气网的耦合程度提升。因此,加强电-气综合能源系统运行的绿色经济可行性研究,对提高电力系统中新能源的消纳以及低碳环保运行有重要的意义。本文对电-气综合能源系统中的耦合设备及其与风电场联合选址以及互联系统的综合运行问题进行研究,具体研究成果如下:(1)针对传统电网模型未能考虑天然气网及耦合设备影响的问题,建立了电-气综合能源系统模型及混合潮流模型,分析了耦合设备出力波动对天然气网的影响。算例表明,P2G设备出力变化对接入点气压影响最大;燃气轮机出力变化对其沿线的气压均有影响;此外,仿真结果验证了综合能源混合潮流模型在选取不同平衡节点时均有效。(2)针对电-气综合能源系统中P2G厂站投资成本高、回收周期长的问题,在P2G厂站建设时,考虑风电场为投资主体,进行联合建设选址分析。建立了以最大日内收益为优化目标的联合建设选址模型,引入基于蒙特卡洛方法的模拟退火算法思想后提出了一种改进的鸽群算法对模型求解。仿真结果表明,改进的鸽群算法在收敛速度和计算速度上均有所提升;节能减排的收入在联合场站中占有较大的比重;电转气厂站的收入仅为风电场运营收入的30%左右;联合厂站的建立对天然气网络的节点气压和管道流量均有一定上升。(3)针对电-气综合能源运行中风电出力和负荷的时序性及不确定特性不能在典型日出力曲线中体现的问题,采用k中心点(k-medoids)聚类算法对风电出力及负荷以季节划分进行场景削减合并,在此基础上对电-气综合能源系统进行了多目标运行优化分析。以最小化电-气综合能源系统运行费用及弃风量最小化为目标,建立了能源互联系统的多目标运行优化模型。经场景分析及算例表明,削减合并可以得到具有一定代表性的风电及负荷出力场景;加权平均可有效解决单目标优化时其他目标函数值无法达到最优值且与最优值相差很大的问题;电转气厂站的建立运行能有效减少系统弃风量,提高能源利用效率。