一种综合能源系统的N-1静态安全分析方法技术方案

技术编号:20178110 阅读:32 留言:0更新日期:2019-01-23 00:47
本发明专利技术公开了一种综合能源系统的N‑1静态安全分析方法,包括:构建电‑气‑热‑耦合元件组成的综合能源系统的静态模型,计算综合能源系统多能流方程,进而通过解耦算法计算综合能源系统多能流,获取综合能源系统的运行状态;基于综合能源系统的运行状态构建综合能源系统的N‑1预想事故集,计算预想事故集中的综合能源系统多能流,并对每个预想事故集下的元件状态分别进行安全校核;再对安全校核结果进行分析,对比不同控制模式下的静态安全分析结果,实现综合能源系统的N‑1静态安全分析。本发明专利技术对综合能源系统的安全性进行了充分研究,综合考虑能源系统中元件的出力变化对能源系统运行点的影响,对综合能源系统的安全性与稳定性进行评估。

A N-1 Static Safety Analysis Method for Integrated Energy Systems

The present invention discloses a static safety analysis method of N_1 integrated energy system, which includes: building a static model of the integrated energy system composed of electric, gas, heat and coupling elements, calculating the equation of multi-energy flow of the integrated energy system, and then calculating the multi-energy flow of the integrated energy system through decoupling algorithm to obtain the operation status of the integrated energy system based on the integrated energy system; The N_1 predicted accident set of the integrated energy system is constructed, and the multi-energy flow of the integrated energy system is calculated. The component states of each predicted accident set are checked separately. Then the results of safety check are analyzed, and the static safety analysis results under different control modes are compared to realize the N_1 static safety analysis of the integrated energy system. The safety of the integrated energy system is fully studied, and the safety and stability of the integrated energy system are evaluated by considering the influence of the change of the output of the components in the energy system on the operating point of the energy system.

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统的N-1静态安全分析方法
本专利技术涉及综合能源系统领域,尤其涉及一种综合能源系统的N-1静态安全分析方法。
技术介绍
能源互联网背景下,电、气、热等多种能源越来越紧密的耦合在一起。随着耦合设备的不断加入,各能源子系统之间打破了传统割裂的状态,形成了综合能源系统(Integratedenergysystem,IES)。多能流协同运行在提高经济效益同时,也对综合能源系统的安全运行带来全新的挑战。综合能源系统中子系统间的能量交互频繁,耦合关系复杂,因此需要对综合能源系统重新建模计算以及安全性分析来确保其安全稳定运行。子系统间复杂的静态交互耦合机理使传统单一能源子系统的分析方法不再适用,需要在以往的能源网络分析基础上,开展综合能源系统安全分析方法的相关研究。综合能源系统模型涵盖多个子系统物理模型和多种耦合元件模型,因此综合能源系统的安全问题比传统各能源子系统更为复杂,探究子系统间复杂的耦合机理是确保综合能源系统安全运行的基础。传统的电、气、热系统的建模研究相对较为成熟,综合能源系统能源间的建模与安全分析方面的研究还在起步阶段,电、气、热互联系统的静态安全分析是对综合能源系统稳态的安全性的研究,而综合能源系统在国内发展较缓,系统的运行都要以其静态安全为依托,在此基础上进行规划,以及后期的优化运行,而这其中的关键在于充当能量转化设备的耦合元件。一方面,耦合元件的加入使多个能流子系统得以互联;另一方面,系统的安全分析变得更为复杂。耦合元件的出力变化,所影响的范围以及受影响的程度有很大程度上的不同,是综合能源系统安全分析研究的重点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种综合能源系统的N-1静态安全分析方法,本专利技术构建了电-气-热综合能源系统模型,计算综合能源系统的多能流方程得到系统的运行状态;在此基础上,对不同工况下综合能源系统的元件进行N-1校核,并判断系统运行状态,分析系统的安全性,详见下文描述:一种综合能源系统的N-1静态安全分析方法,所述方法包括以下步骤:构建电-气-热-耦合元件组成的综合能源系统的静态模型,计算综合能源系统多能流方程,进而通过解耦算法计算综合能源系统多能流,获取综合能源系统的运行状态;基于综合能源系统的运行状态构建综合能源系统的N-1预想事故集,计算预想事故集中的综合能源系统多能流,并对每个预想事故集下的元件状态分别进行安全校核;再对安全校核结果进行分析,对比不同控制模式下的静态安全分析结果,实现综合能源系统的N-1静态安全分析。进一步地,所述综合能源系统的静态模型中的耦合元件数学模型包括:CHP机组数学模型、P2G模型、燃气锅炉模型、以及燃气轮机模型。其中,所述P2G模型具体为:0≤PP2G,n≤PN,P2G其中:GP2G,m为天然气系统节点m输入的天然气量;Hg为天然气高热值;PP2G,n为P2G在电力系统节点n消耗的电功率,β为P2G效率,PN,P2G为P2G的额定功率。其中,所述燃气锅炉模型具体为:PMT,r=α·Hg·lMT,l0≤PMT,r≤PN,MT其中:lMT,l为天然气系统节点l消耗的天然气量,PMT,r为热力系统节点r注入的热功率;α表示燃气锅炉效率;Hg为天然气高热值;PN,MT为燃气锅炉额定功率。其中,所述燃气轮机模型具体为:PGD,t=γ·Hg·lGD,u0≤PGD,t≤PN,GD其中:lGD,u为天然气系统节点u消耗的天然气量,PGD,t为电力系统节点t注入的电功率;γ表示燃气轮机效率;Hg为天然气高热值,PN,GD为燃气轮机额定功率。进一步地,所述基于综合能源系统的运行状态构建综合能源系统的N-1预想事故集具体为:选择耦合元件作为综合能源系统的关键点,预想事故集围绕耦合元件进行展开。进一步地,所述对每个预想事故集下的元件状态分别进行安全校核具体为:对不同工况下的综合能源系统进行N-1校核,确定综合能源系统当前运行状态,综合能源系统中的元件是否越限,以及判断其属于哪种运行状态。其中,所述确定综合能源系统中的元件是否越限具体为:判断电力系统支路潮流以及节点电压,热力系统水流量,天然气系统节点压力以及管道流量是否越限。本专利技术提供的技术方案的有益效果是:1、本专利技术对综合能源系统的安全性进行了充分研究,综合考虑能源系统中元件的出力变化对能源系统运行点的影响,对综合能源系统的安全性与稳定性进行评估;2、本专利技术为调度人员提供控制依据,当能源系统处于不安全状态时,可通过对综合能源系统中相对关键的耦合元件控制模式进行调整从而减小不安全因素的影响范围。附图说明图1是综合能源系统静态安全分析的流程图;图2是14-14-14节点综合能源系统的拓扑图;图3是CHP(热电联产机组)退出运行的安全校核结果图;其中,(a)为CHP退出运行时热网流量越限图;(b)为CHP退出运行时电网电压越限图;(c)为CHP退出运行时电网支路潮流越限图;图4是燃气锅炉、P2G(电制气机组)退出运行的安全校核结果图;其中,(a)为燃气锅炉退出运行时热网管道流量图;(b)为P2G退出运行时气网节点压力越限图;(c)为P2G退出运行时气网支路越限图;图5是耦合元件近端支路退出运行功率变化图。其中,(a)为CHP1功率图;(b)为CHP2功率图;(c)为燃气锅炉功率图;(d)为P2G功率图;(e)为燃气轮机功率图。表1是CHP近端支路退出运行的安全校核结果图;表2是燃气锅炉近端支路退出运行的安全校核结果图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1本专利技术实施例公开了一种综合能源系统N-1静态安全分析方法,参见图1,该方法包括以下步骤:101:构建电-气-热-耦合元件组成的综合能源系统的静态模型(即综合能源系统中的各类节点以及支路的能流方程),计算综合能源系统多能流方程,进而通过解耦算法计算综合能源系统多能流,获取综合能源系统的运行状态;其中,上述运行状态具体为:综合能源系统中电力系统的电压、相角、功率等,热力系统管道水流量、节点温度等,天然气系统节点压力以及管道天然气流量等。102:基于综合能源系统的运行状态构建综合能源系统的N-1预想事故集,计算预想事故集中的综合能源系统多能流,并对每个预想事故集下的元件状态分别进行安全校核;103:再对步骤102中的综合能源系统的N-1静态校核结果进行分析,对比不同控制模式下的静态安全分析结果,实现综合能源系统的N-1静态安全分析。综上所述,本专利技术实施例通过上述步骤101-步骤103对综合能源系统的安全性进行了充分研究,综合考虑能源系统中元件的出力变化对能源系统运行点的影响,对综合能源系统的安全性与稳定性进行了评估。实施例2下面结合图1、以及具体的计算公式对实施例1中的方案进行进一步地介绍,详见下文描述:一、建立含电-气-热-耦合元件的综合能源系统的静态模型:首先应分别建立电力系统、热力系统、天然气系统以及耦合元件模型,然后再通过解耦算法计算综合能源系统多能流,以此得到综合能源系统的运行状态,即得到综合能源系统中各元件的功率及表征元件状态的电压、气压、温度等量值。步骤1-1:建立电力系统数学模型,该数学模型采用传统电力系统交流模型,每个节点主要包括四个状态量:有功功率、无功功率、电压幅值以及电压相角,四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合能源系统的N‑1静态安全分析方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:构建电‑气‑热‑耦合元件组成的综合能源系统的静态模型,计算综合能源系统多能流方程,进而通过解耦算法计算综合能源系统多能流,获取综合能源系统的运行状态;基于综合能源系统的运行状态构建综合能源系统的N‑1预想事故集,计算预想事故集中的综合能源系统多能流,并对每个预想事故集下的元件状态分别进行安全校核;再对安全校核结果进行分析,对比不同控制模式下的静态安全分析结果,实现综合能源系统的N‑1静态安全分析。

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统的N-1静态安全分析方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:构建电-气-热-耦合元件组成的综合能源系统的静态模型,计算综合能源系统多能流方程,进而通过解耦算法计算综合能源系统多能流,获取综合能源系统的运行状态;基于综合能源系统的运行状态构建综合能源系统的N-1预想事故集,计算预想事故集中的综合能源系统多能流,并对每个预想事故集下的元件状态分别进行安全校核;再对安全校核结果进行分析,对比不同控制模式下的静态安全分析结果,实现综合能源系统的N-1静态安全分析。2.根据权利要求1所述的一种综合能源系统的N-1静态安全分析方法,其特征在于,所述综合能源系统的静态模型中的耦合元件数学模型包括:CHP机组数学模型、P2G模型、燃气锅炉模型、以及燃气轮机模型。3.根据权利要求1所述的一种综合能源系统的N-1静态安全分析方法,其特征在于,所述P2G模型具体为:0≤PP2G,n≤PN,P2G其中:GP2G,m为天然气系统节点m输入的天然气量;Hg为天然气高热值;PP2G,n为P2G在电力系统节点n消耗的电功率,β为P2G效率,PN,P2G为P2G的额定功率。4.根据权利要求1所述的一种综合能源系统的N-1静态安全分析方法,其特征在于,所述燃气锅炉模型具体为:PMT,r=α·Hg·lMT,l0≤PMT,r≤PN,MT其中:lMT,l为天...

【专利技术属性】
技术研发人员:姜涛陈厚合李雪绍俊岩李国庆张儒峰李本新王长江张嵩李曙光李晓辉
申请(专利权)人:东北电力大学
类型:发明
国别省市:吉林,22

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