[发明专利]包含电转气装置的电-气互联系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种包含电转气装置的电‑气互联系统运行方法，包括：根据电网参数建立电网成本最小和排污量最小的多目标优化调度模型；根据天然气网络参数，建立天然气网络成本最小和二氧化碳排放量最小的多目标优化运行模型；当燃气轮机所在节点的压力越界时，调整燃气轮机的出力参数。此外，本发明还公开了一种包含电转气装置的电‑气互联系统。采用本发明的技术方案可以达到减少弃风、提高风电消纳率的目的，实现含电转气装置的电‑气互联系统可靠稳定且节能低碳环保的运行，实现了在能源互联网背景下，风能的有效利用和电‑气互联系统清洁低碳安全高效的运行。

技术领域

本发明涉及能源互联网技术领域，特别涉及一种包含电转气装置的电-气互联系统及运行方法。

背景技术

随着世界能源低碳化进程的进一步加快，以及能源危机、环境污染等问题的日益严峻，天然气和非化石能源已成为世界能源发展的主要方向。近年来，风能、太阳能等可再生清洁能源在世界范围内得到大力发展，我国风电的发展尤为迅猛，预计2020年我国风电装机规模将达到2.1亿千瓦以上。然而，由于风电的间歇性、不确定性以及电力系统调峰能力不足，难以适应风电大规模并网消纳的要求，于是部分地区的弃风现象日益突出。那么，如何解决风电大规模并网背景下的弃风问题成为近年来的研究热点之一。

现有技术中，较为常规的解决办法是借助于储能系统，然而受限于传统储能系统的存储容量小且经济成本高等特点，对于消纳大规模风电的作用仍是杯水车薪；伴随着“能源互联网”这一能源利用新模式的出现，以及电转气(Power-to-Gas，P2G)技术的日趋成熟，电网和天然气网络的耦合关系日益紧密，可以实现能量在电网和天然气网络之间的双向流动，互为备用。一方面，通过P2G技术将难以消纳的风电转化为氢气(Power to Hydrogen，P2H)或甲烷(Power to Methane，P2M)，输入天然气网络，不仅补充了天然气供应量，而且更为重要的是，增加了风电消纳量，并将这部分电能储存于天然气网络中，此时的天然气网络相当于一个容量极大的电力储能系统；另一方面，通过燃气轮机将天然气转换为低碳的电能或热能，以补充电力供应或做调峰使用。可见，P2G技术为风电的消纳提供了新的有效的解决途径。从系统角度而言，增加风电消纳量，不仅意味着能源系统整体效率的提高，更意味着火电燃煤机组出力的下降，随之带来的便是系统整体的节能低碳环保效益。可见，作为“能源互联网”形式之一的“含P2G的电-气互联系统”，成为了未来能源领域发展的重要趋势之一。

起初，针对P2G的研究主要集中在技术实现、安全应用等方面。P2G技术又分为电转氢气(P2H)技术和电转甲烷(P2M)技术，二者在转化效率方面有一定的差异，一般而言，P2H的效率可达73％，而P2M的效率约为64％，其中，天然气网络对于氢气的输入有着严格的比例限制，而且不同地区和不同天然气网络也会有较大的差别。

国内外学者针对电-气互联系统的最优潮流、机组组合、优化调度和稳态分析等方面也进行了相关的研究。其中，对于最优潮流的计算，多以互联系统的总运行成本为优化目标，采用对偶内点法、蒙特卡罗模拟法、点估计法等进行求解，部分学者还引入能源集线器来处理电-气不同能源形式之间的转换；对于系统优化运行策略的研究，多采用确定性优化方法或随机优化方法，并将电网和天然气网络分开进行优化；而对于电-气系统的稳态分析，则主要是在借鉴电力系统稳态分析的基础上，通过电网和天然气网络的类比分析，实现天然气系统的建模，进而给出电-气系统稳态分析综合求解模型。

然而，发明人经研究发现，现有技术中，上述研究仅考虑了燃气轮机，均没有考虑P2G的参与，而P2G作为电-气互联系统耦合优化运行的纽带，在电力系统中具有广阔的发展前景和发展潜力，对于风电等可再生能源的消纳起着关键作用。因此，非常有必要对含P2G的电-气互联系统的协调优化运行等方面展开研究。近两年，对于含P2G的电-气互联系统协调优化运行的研究，虽然取得了一定的成果，但是目前看来仍处于探索阶段，存在各种各样的问题，主要包括以下三个方面：