考虑互联管道虚拟储能的多区域综合能源系统协同优化运行

本文提出了一种创新性的多区域综合能源系统(IES)协同运行方法，通过建立燃气和热力互联管道(GHIPs)的虚拟储能(VES)模型，突破了传统模型依赖流量/流向假设的局限。作者采用二维分段线性化(TDPL)方法将非凸优化问题转化为凸模型，在中国北方实际案例中验证了该方案可降低4.03%运行成本，为多能互补系统优化提供了新思路。

　　

Highlight

本文的核心创新点在于：

1. 1.

   建立了不依赖流量/流向假设的燃气与热力虚拟储能(VES)模型，可精准刻画双向流动态特性；

2. 2.

   构建了多区域综合能源系统(IES)协同运行框架，实现设备出力、跨区交互与VES充放的联合优化；

3. 3.

   提出二维分段线性化(TDPL)方法，显著提升非凸问题的凸化精度和求解效率。

Derivation of gas VES model

燃气管道动态特性通过质量-动量守恒方程描述：

?ρ_g/?t + ?(ρ_gv)/?x = 0

?(ρ_gv)/?t + ?(ρ_gv²)/?x + ?p/?x + λ_gρ_gv|v|/(2d) + ρ_ggsinθ = 0

其中ρ_g为气体密度，v为流速，p为压力，λ_g为摩擦系数。通过有限元离散化处理，最终建立可量化管道储能能力的VES模型。

Coordinated operation model

如图4所示的多区域IES架构，通过电力联络线和GHIPs实现跨区互联。模型以运行成本最小化为目标，统筹优化各IES内部设备（燃气轮机GTs、电制冷机ECs等）出力、区域间多能交互功率以及GHIPs的VES充放过程。

Two-dimensional piecewise linearization method

针对模型中的平方项和双线性项导致的非凸问题，传统McCormick(MC)方法存在较大松弛间隙。本文提出的TDPL方法通过二维超平面分割，相较自适应MC(A-MC)方法将计算误差降低至0.18%，且避免陷入局部最优。

Case study

基于中国北方某实际系统（含工业区、商业区等4个区域）的仿真显示：采用所提方法后，系统总成本降低4.03%，GHIPs的VES贡献度达12.7%，验证了模型在复杂流动场景下的优越性。

Conclusion

本研究通过创新性VES建模和TDPL方法，解决了传统模型难以处理双向流动的痛点，为多区域IES协同优化提供了高精度求解工具。实际案例证明该方法能有效挖掘管网储能潜力，推动综合能源系统向更高效、更灵活的方向发展。