含天然气压力能利用的综合能源系统优化调度模型

张安安; 冯雅婷; 黄璜; 林冬; 徐宪东

doi:10.7500/AEPS20200730005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

含天然气压力能利用的综合能源系统优化调度模型

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 含天然气压力能利用的综合能源系统优化调度模型
- Optimal Dispatching Model of Integrated Energy System Containing Utilization of Natural Gas Pressure Energy
- 电力系统自动化-方正平台 2021年45卷第12期页码：30-39
- 作者机构：
  
  1.西南石油大学电气信息学院，四川省成都市 610500
  2.中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司，四川省成都市 610051
  3.智能电网教育部重点实验室，天津大学，天津市 300072
- 作者简介：
  
  张安安(1977—)，男，博士，教授，主要研究方向：综合能源系统、电-气协调控制。E-mail：ananzhang@swpu.edu.cn
  冯雅婷(1995—)，女，硕士，主要研究方向：综合能源系统。E-mail：1096084510@qq.com
  黄璜(1994—)，男，通信作者，硕士，助理教授，主要研究方向：综合能源系统、电力系统等值。E-mail：243733400@qq.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2017YFE0112600);四川省科技计划资助项目(2019YJ0279);四川省科技计划2020区域创新项目(2020YFQ0038)
- DOI：10.7500/AEPS20200730005
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-07-30，
  
  修回日期：2020-12-09，
  
  网络出版日期：2021-01-08，
  
  纸质出版日期：2021-06-25
- 稿件说明：
移动端阅览
张安安,冯雅婷,黄璜等.含天然气压力能利用的综合能源系统优化调度模型[J].电力系统自动化,2021,45(12):30-39.

ZHANG An’an,FENG Yating,HUANG Huang,et al.Optimal Dispatching Model of Integrated Energy System Containing Utilization of Natural Gas Pressure Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(12):30-39.
张安安,冯雅婷,黄璜等.含天然气压力能利用的综合能源系统优化调度模型[J].电力系统自动化,2021,45(12):30-39. DOI： 10.7500/AEPS20200730005.

ZHANG An’an,FENG Yating,HUANG Huang,et al.Optimal Dispatching Model of Integrated Energy System Containing Utilization of Natural Gas Pressure Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(12):30-39. DOI： 10.7500/AEPS20200730005.

摘要

天然气压力能的不确定性与其管网负荷随机波动性，限制了综合能源系统中压力能利用效率的提高。提出一种天然气调压站压力能发电与制冷的综合利用模式及系统架构。首先，为解决天然气管网流量波动导致压力能不稳定、供需不平衡的问题，通过研究调压站综合能源系统中的压力与负荷不确定性因素，分析压力能不确定性及综合能源系统与调压站集成系统相关性对综合能源系统优化调度的影响，确立综合能源系统不确定性因素与模型。然后，在此基础上，将气体作为冷能传输介质，考虑气、冷、热不同能量的传输特性，分析该系统分时间尺度能量平衡关系，并兼顾经济性与低碳性建立含天然气调压站的综合能源系统优化调度模型，进而采用混合整数非线性规划法进行求解。最后，通过某实际调压站综合能源系统验证了所提优化调度模型的可行性与有效性。

Abstract

The uncertainty of pressure energy of natural gas and the random fluctuation of pipeline network load limit the improvement of pressure energy utilization efficiency in the integrated energy system (IES). This paper proposes a comprehensive utilization mode and system architecture of the pressure energy power generation and refrigeration for natural gas pressure regulating stations. Firstly

in order to solve the pressure energy instability and the imbalance between supply and demand caused by the fluctuation of natural gas pipeline network flow

the pressure and load uncertainties in the IES of the pressure regulating station are studied to analyze the impact of uncertainty of pressure energy and the relationship between the IES and the integrated system of the pressure regulating station on optimal dispatching of IES. The uncertain factors and models of the IES are established. Secondly

on this basis

gas is used as the cold energy transmission medium

and considering the transmission characteristics of different energies of gas

cold

and heat

the energy balance relationship of the system in different time scales are analyzed

and the economic and low-carbon properties are taken into account to establish the optimal dispatching model of the IES containing natural gas pressure regulating stations. The model is solved by the mixed integer nonlinear programming method. Finally

the feasibility and effectiveness of the proposed optimal dispatching model are verified through the IES of an actual pressure regulating station.

关键词

Keywords

references

LO C E ， VON FRIESEN M P ， SCHENONE C . Optimal retrofitting of natural gas pressure reduction stations for energy recovery ［J］. Energy ， 2018 ， 153 ： 387 - 399 .

YAO S ， ZHANG Y F ， DENG N ， et al . Performance research on a power generation system using twin-screw expanders for energy recovery at natural gas pressure reduction stations under off-design conditions ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 236 ： 1218 - 1230 .

KIM H ， YOU H ， CHOI K S ， et al . A study on interconnecting to the power grid of new energy using the natural gas pressure ［J］. Journal of Electrical Engineering & Technology ， 2020 ， 15 （ 1 ）： 307 - 314 .

李瑞，陈来军，梅生伟，等 . 先进绝热压缩空气储能变工况运行特性建模及风储协同分析［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 11 ）： 25 - 33 .

LI Rui ， CHEN Laijun ， MEI Shengwei ， et al . Modelling the off-design operation characteristics of advanced adiabatic compressed air energy storage and cooperative analysis of hybrid wind power and energy storage system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 11 ）： 25 - 33 .

王朝龙，李琦芬，苗沃生，等 . 天然气压力能发电制冰一体化应用设计与经济性分析［J］. 上海节能， 2019 （ 3 ）： 221 - 227 .

WANG Chaolong ， LI Qifeng ， MIAO Wosheng ， et al . Integrated application design and economic analysis of natural gas pressure energy for power genera-tion and ice making ［J］. Shanghai Energy Conservation ， 2019 （ 3 ）： 221 - 227 .

刘晓鸥，葛少云 . 区域综合能源系统的能效定义及其相关性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 8 - 18 .

LIU Xiaoou ， GE Shaoyun . Definition and correlation analysis on energy utilization efficiency of regional integrated energy system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 8 - 18 .

GUO H ， TANG Q X ， GONG M Q ， et al . Optimization of a novel liquefaction process based on Joule-Thomson cycle utilizing high-pressure natural gas exergy by genetic algorithm ［J］. Energy ， 2018 ， 151 ： 696 - 706 .

TAN H B ， ZHAO Q X ， SUN N N ， et al . Proposal and design of a natural gas liquefaction process recovering the energy obtained from the pressure reducing stations of high-pressure pipelines ［J］. Cryogenics ， 2016 ， 80 ： 82 - 90 .

NI L N ， LIU W J ， WEN F S ， et al . Optimal operation of electricity， natural gas and heat systems considering integrated demand responses and diversified storage devices ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 3 ）： 423 - 437 .

FARZANEH-KORD V ， KHOSHNEVIS A B ， ARABKOOHSAR A ， et al . Defining a technical criterion for economic justification of employing CHP technology in city gate stations ［J］. Energy ， 2016 ， 111 ： 389 - 401 .

石玉东，刘晋源，徐松，等 . 考虑时序特性的配电网风-光-储随机规划模型［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 10 ）： 23 - 32 .

SHI Yudong ， LIU Jinyuan ， XU Song ， et al . Integrated wind-photovoltaic-storage stochastic planning model considering time-varying characteristics in distribution network ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 10 ）： 23 - 32 .

AHN H ， RIM D ， PAVLAK G S ， et al . Uncertainty analysis of energy and economic performances of hybrid solar photovoltaic and combined cooling， heating， and power （CCHP + PV） systems using a Monte-Carlo method ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 255 ： 113753 .

MURTY V V V S N ， KUMAR A . Optimal energy management and techno-economic analysis in microgrid with hybrid renewable energy sources ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2020 ， 8 （ 5 ）： 929 - 940 .

李鹏，韩鹏飞，陈安伟，等 . 含高密度间歇性能源的交直流混合微网模糊随机优化运行［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2956 - 2965 .

LI Peng ， HAN Pengfei ， CHEN Anwei ， et al . Fuzzy random optimal operation of hybrid AC/DC microgrid with high density intermittent energy sources ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2956 - 2965 .

程杉，黄天力，魏荣宗 . 含冰蓄冷空调的冷热电联供型微网多时间尺度优化调度［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 5 ）： 30 - 38 .

CHENG Shan ， HUANG Tianli ， WEI Rongzong . Multi-time-scale optimal scheduling of CCHP microgrid with ice-storage air-conditioning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 30 - 38 .

张禹森，孔祥玉，孙博伟，等 . 基于电力需求响应的多时间尺度家庭能量管理优化策略［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1811 - 1818 .

ZHANG Yusen ， KONG Xiangyu ， SUN Bowei ， et al . Multi-time scale home energy management strategy based on electricity demand response ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1811 - 1818 .

张安安，冯雅婷，林冬，等 . 考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应模型［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 19 - 27 .

ZHANG An’an ， FENG Yating ， LIN Dong ， et al . Gas-electricity demand response model for micro-energy grid considering comprehensive utilization of natural gas pressure energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 19 - 27 .

LI Y Y ， LIU Y J ， ZHANG G Q ， et al . Thermodynamic analysis of a novel combined cooling and power system utilizing liquefied natural gas （LNG） cryogenic energy and low-temperature waste heat ［J］. Energy ， 2020 ， 199 ： 117479 .

徐文渊，蒋长安 . 天然气利用手册［M］. 2版 . 北京：中国石化出版社， 2006 .

XU Wenyuan ， JIANG Chang’an . Natural gas utilization manual ［M］. 2nd ed . Beijing ： China Petrochemical Press ， 2006 .

赵霞，胡潇云，杨仑，等 . 考虑参数不确定性的区域电-气联合系统的概率-模糊能流评估［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 2 ）： 135 - 142 .

ZHAO Xia ， HU Xiaoyun ， YANG Lun ， et al . Probabilistic-possibilistic energy flow evaluation of regional electricity-gas integrated system considering parameter uncertainties ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 135 - 142 .

张安安，张红，李茜，等 . 电-气联合储能的海上微能系统模糊随机规划［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 20 ）： 5915 - 5925 .

ZHANG An’an ， ZHANG Hong ， LI Qian ， et al . Fuzzy stochastic programming of offshore MIES including electricity and associated gas storage ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 20 ）： 5915 - 5925 .

ATTAVIRIYANUPAP P ， KITA H ， TANAKA E ， et al . A fuzzy-optimization approach to dynamic economic dispatch considering uncertainties ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2004 ， 19 （ 3 ）： 1299 - 1307 .

刘宝碇，赵瑞清，王纲 . 不确定规划及应用［M］. 北京：清华大学出版社， 2003 .

LIU Baoding ， ZHAO Ruiqing ， WANG Gang . Uncertain planning and application ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2003 .

郭丰慧，胡林献，周升彧 . 基于二级热网储热式电锅炉调峰的弃风消纳调度模型［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 19 ）： 50 - 56 .

GUO Fenghui ， HU Linxian ， ZHOU Shengyu . Dispatching model of wind power accommodation based on heat storage electric boiler for peak-load regulation in secondary heat supply network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 19 ）： 50 - 56 .

王丹，李思源，刘柳，等 . 输气系统管网延时稳态建模与特性研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 2 ）： 467 - 476 .

WANG Dan ， LI Siyuan ， LIU Liu ， et al . Steady state modeling and characteristics study of delay in gas transmission system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 2 ）： 467 - 476 .

孙宏斌，郭庆来，吴文传，等 . 面向能源互联网的多能流综合能量管理系统：设计与应用［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 12 ）： 122 - 128 .

SUN Hongbin ， GUO Qinglai ， WU Wenchuan ， et al . Integrated energy management system with multi-energy flow for Energy Internet： design and application ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 12 ）： 122 - 128 .

LIU Xuezhi . Combined analysis of electricity and heat networks ［D］. Cardiff ， UK： Cardiff University ， 2015 .

陈厚合，尚聪，王丹，等 . 计及输气系统延时特性的电-气互联系统可用输电能力计算［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 8 ）： 113 - 119 .

CHEN Houhe ， SHANG Cong ， WAGN Dan ， et al . Available transfer capability calculation of integrated electricity and natural-gas systems considering delay characteristics of gas transmission system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 8 ）： 113 - 119 .

徐航，董树锋，何仲潇，等 . 基于多能互补的电/热综合需求响应［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 2 ）： 500 - 509 .

XU Hang ， DONG Shufeng ， HE Zhongxiao ， et al . Electro-thermal comprehensive demand response based on multi-energy complementarity ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 500 - 509 .

骆钊 . 冷热电联供型微网能量优化管理研究［D］. 南京：东南大学， 2017 .

LUO Zhao . Research on energy optimal management of combined cooling， heating and power microgrid ［D］. Nanjing ： Southeast University ， 2017 .

WANG C ， WEI W ， WANG J H ， et al . Convex optimization based distributed optimal gas-power flow calculation ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 3 ）： 1145 - 1156 .

张儒峰，姜涛，李国庆，等 . 基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 15 ）： 4430 - 4440 .

ZHANG Rufeng ， JIANG Tao ， LI Guoqing ， et al . Maximum entropy based probabilistic energy flow calculation for integrated electricity and natural gas systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 15 ）： 4430 - 4440 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

港口能源-物流耦合优化调度模型与方法综述

动态碳-绿证交易交互机制下多综合能源系统协调优化调度

综合能源系统建模与仿真：综述、思考与展望