(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210869320.5 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 (72)发明人 邱玥　周苏洋　顾伟　陆于平　 (74)专利代理 机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 专利代理师 何静 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 17/11(2006.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种电-混氢天然气耦合 综合能源系统运行 优化方法 (57)摘要 本发明公开一种电 ‑混氢天然气耦合 综合能 源系统运行优化方法， 属于综合能源系统运行技 术领域； 优化方法包括： 建立计及掺氢比影响的 混氢天然气网络模型； 建立混氢天然气站模型； 建立电‑混氢天然气耦合 综合能源系统优化调度 模型； 采用二阶锥松弛和分段线性化将原本的混 合整数非凸二次约束规划模型转化为二阶锥松 弛模型； 提出了一种基于凹凸过程法和边界收紧 法的罚函数模型， 以及一种迭代算法求解电 ‑混 氢天然气耦合综合能源系统优化调度模型； 并通 过建立改进的气网管段压降方程和改进的气网 管段管存 方程， 考虑往天然气网络中掺氢对于流 体动力学性质的影 响， 构建了改进的混氢天然气 网络稳态模型。 权利要求书8页 说明书16页 附图3页 CN 115099063 A 2022.09.23 CN 115099063 A 1.一种电 ‑混氢天然气耦合综合能源系统运行优化方法， 其特 征在于， 包括： S1， 建立计及掺氢比影响的混氢天然气网络模型； S2， 建立包括可再生能源、 电解槽、 压缩机、 储氢罐、 甲烷反应器、 混气装置在内混氢天 然气站模型； S3， 建立电 ‑混氢天然气耦合综合能源系统优化调度模型； S4， 采用二阶锥松弛和分段线性化将原本的混合整数非凸二次约束规划模型转化为二 阶锥松弛模型； S5， 提出了一种基于凹凸过程法和边界收紧法的罚函数模型， 并提出了一种迭代算法 求解电‑混氢天然气耦合综合能源系统优化调度模型； 所述S1中建立混氢天然气网络模型的步骤 包括： S11， 建立改进的气网管 段压降方程： Z＝α p+β                         (3) 其中， λ表示气体摩擦因子； M表示气体的摩尔质量， 对于混合气体， 可按照式(2)来计 算； Tem表示温度； D表示管段管径； A表示管段横截面积； α和β 分别是对压缩因子和压强的关 系进行线性回归得到的一次项和常数项的系数； Lij表示管段ij的长度； pi和pj表示管段ij 始端和末端的压强； 为管段平均流量， 表示为管段入口流量qin  ij和出口流量qoutij的 均值； S12， 建立改进的气网管 段管存方程： 其中， 表示管段 管存； 表示管段气体平均压缩因子； 表示管段平均压强； 网络中传输 气体为混氢天然气时， 可以表示 为 从而式(5)转 化为式(7)。 2.根据权利要求1所述的一种电 ‑混氢天然气耦合综合能源系统运行优化方法， 其特征 在于， 所述S2中混氢气天然气站模型的建立 步骤包括： S21， 建立 风机发电和光伏发电的理论电功率输出 数学模型： 权　利　要　求　书 1/8 页 2 CN 115099063 A 2其中， Pfore  wt,t和Pwt,t为风机发电的理论输出电功率和实际利用电功率； Pfore  pv,t 和Ppv,t分别为光伏发电的理论输出电功 率和实际利用电功率； ηwt表示风机的发电效率； ρair 表示空气密度； Nwt为风机安装数量； Rwt为风机叶片半径； ut为t时刻的风速； 为太阳辐照 强度； θpv为光伏面板倾角， ； ηMPPT为MPPT 控制器效率； ηpv为光伏面板 发电效率； Apv为光伏面 板安装面积； S22， 建立电解槽运行状态数 学模型： 其中， Capelz为电解槽的安装容量； Pelz,t为电解槽的输入电功率； ηelz为电解槽转换效 率； LHVH和LHVNG为氢气和天然气的低位热值； ηmr为甲烷反应器的转换效率； Velz  NG,mr,t为 从电解槽输出注入甲烷反应器的氢气流量； Vch  hs,t为从电解槽输出注入储氢罐的氢气流 量； Velz H,t为从电解槽 输出直接注入混氢装置的氢气流 量； S23， 建立压缩机运行状态数 学模型： 其中， Capcp为压缩机的安装容量； Pcp,t为压缩机的输入电功率； γcp为压缩机耗电功率与 压缩氢气流 量的比值； S24， 建立储氢 罐运行状态数 学模型： Shs,1＝Shs,T＝0.5·Caphs                     (16) 其中， Caphs为储氢罐的容量； Shs,t为储氢罐的储气量； Vch/dis  hs,t为储氢罐的注采气 流量； Vhs  NG,mr,t为从储氢罐中采出注入甲烷反应器的氢气流量； Vhs  H,t为从储氢罐中 采出注入混气装 置的氢气流量； ηhs,ch/dis为储氢罐的注 采气效率； σhs为储氢罐的自身损耗系 数； μhs,min/max为储氢罐的最小/最大储气比例； γhs,ch/dis为储氢罐注采气倍 率； S25， 建立甲烷反应 器运行状态数 学模型： 权　利　要　求　书 2/8 页 3 CN 115099063 A 3