(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 202211070411.9 (22)申请日 2022.09.01 (71)申请人 清华大学深圳国际研究生院 地址 518055 广东省深圳市南 山区西丽 街 道深圳大 学城清华校区A栋二楼 (72)发明人 沈欣炜　轩昂　郭庆来　孙宏斌　 (74)专利代理 机构 深圳新创友知识产权代理有 限公司 4 4223 专利代理师 江耀锋 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种电-气耦合综合能源系统规划辅助方法 (57)摘要 本发明公开了一种电 ‑气耦合综合能源系统 规划辅助方法， 包括以下步骤： 基于电 ‑气耦合综 合能源系统条件构建改造模型的目标函数； 构建 约束条件； 在约束条件下对所述目标函数求解； 利用求解结果实施规划方案； 所述目标函数的约 束包括气网模型约束、 电网模型约束、 碳捕集电 厂改造模型约束、 电转气装置(PtG)定址定容模 型约束。 本发 明提出的规划方法将传统火力发电 厂改造为碳捕集发电厂， 碳捕集发电厂通过PtG 耦合到天然气系统， 基于电 ‑气耦合综合能源系 统条件构建改造模型的目标函数， 并通过气网模 型、 电网模型、 碳捕集电厂改造模型及PtG定址定 容模型的约束对目标函数求解， 实现了对碳捕集 发电厂的规划， 从而减少了碳排放并增加了碳收 益。 权利要求书3页 说明书12页 附图5页 CN 115409390 A 2022.11.29 CN 115409390 A 1.一种电 ‑气耦合综合能源系统规划辅助方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1:基于电 ‑气耦合综合能源系统条件构建改造模型的目标函数； S2:构建约束条件； S3:在约束条件下对所述目标函数求 解； S4:利用求 解结果实施规划方案； 所述约束条件包括气网模型约束、 电网模型约束、 碳捕集电厂改造模型约束、 PtG定址 定容模型约束。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述改造模型基于CCUS商业模式， 结合碳捕 捉、 碳储存和PtG改造技术， 在碳流方面， 传统火力发电厂排放的CO2流入CCUS， 未捕集的CO2 根据当地碳税政 策被处以碳罚金， 捕集的C O2提供给反应器与电解槽产生的H2反应生成CH4， 捕集的CO2在碳市场上交易； 对于电流， 除了Pt G和碳捕集装置CC消耗电力外， 剩余电力供应 给外部电网； 对于天然气流， PtG产生的 甲烷输送到 外部气网， 以缓解气网的供气压力。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述目标函数包括： PtG设施的投资成本及其 在天然气网络中的选址成本Cinv、 气源的运行成本 发电机组的运行成本 PtG 的运行成本 碳捕捉成本CCC、 碳储存成本CCS、 碳罚金 碳收益 所述目标函 数由以下公式表示： 其中， Pi,t表示天然气源i在时间t的输出功率、 Pj,t表示发电机j在时间t的输出功率、 ΨGS表示天然气源节点的集合、 ΨGEN表示发电机节点的集合、 ΨGN表示天然气节点的集合、 i 表示天然气源、 j表示发电机、 m表示天然气节点、 n表示电网节点、 T表示 规划时间跨度。 4.如权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述PtG设施的投资成本及其在天然气网络 中的选址成本Cinv具体为: 其中， 与sm,j表示待规划的PtG容量与选址的决策变量、 分别表示PtG 模块的单位投资成本和选址成本、 m为气网节点、 j表示发电机、 ΨCCPP,ΨGN分别表示所有碳 捕集电厂， 天然气节点的集合、 κPtG, κsiting为在生命周期内的摊销系数， 分别由以下公式表权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115409390 A 2示： 其中， dr,LPtG,Lsiting分别表示 年度折算率， PtG模块的生命周期， 输气管道的生命周期。 5.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述气网模型约束包括： 天然气输送流量约 束、 气网流量的分段线性化方程约束、 天然气源的产量输出约束、 压缩机模型约束、 压缩机 的容量约束。 6.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述电网约束包括： 稳态直流潮流约束、 输电 线路潮流的上 下限约束、 发电机的输出约束、 发电机的爬坡约束、 发电机 机组组合约束。 7.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述碳捕集电厂改造模型约束包括： 发电机 的输出功率约束、 传统火力发电厂的CO2排放量约束、 碳捕集装置捕集的CO2量约束、 捕 获的 CO2供给约束、 PtG消耗的CO2总量约束、 PtG的运行约束、 在时间t碳捕集发电厂中PtG的输出 功率约束。 8.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述PtG定址定容模型约束具体包括： 投资逻 辑约束、 天然气输送量约束、 PtG生产的天然气量约束、 功率平衡方程约束。 9.如权利要求8所述的方法， 其特 征在于， 所述投资逻辑约束具体为: 其中， sgn( ·)是符号函数、 与sm,j表示待规划的PtG容量与 选址的决策变量、 ΨCCPP 表示所有碳捕集电厂的集合、 j表示发电机、 GN为天然气节点、 m为气网节点、 M是常数， ΨCCPP 表示所有碳捕集电厂的集 合。 10.如权利要求8所述的方法， 其特征在于， 所述功率平衡方程约束包括气网模型中气 源、 气流量、 气负荷之间的平衡约束， 及电网中发电机、 潮流和负载之间的功率平衡约束； 所述气网模型中气源、 气流 量、 气负荷之间的平衡约束具体为: 其中， Am,i是气网节点 ‑气源关联矩阵A的元素、 Bm,p是气网节点 ‑管道关联矩阵B的元素、 为气体流量、 Lm,t是天然气节点m在时间t的天然气负荷、 ΨGN表示天然气节点的集合、 ΨCCPP表示所有碳捕集电厂的集 合、 ΨGP表示所有天然气管道的集 合、 T表示 规划时间跨度； 所述电网中发电机、 潮流和负载之间的功率平衡约束具体为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115409390 A 3