一种基于通用生成函数的电-气耦合系统的可靠性评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于通用生成函数的电‑气耦合系统的可靠性评估方法，属于含多种能源形势的电力系统可靠性评估领域。当前，天然气发电机组的大规模引入使得电力系统与天然气系统的耦合越来越紧密，气源损坏、气网断开都将使得供应于天然气发电机组的天然气下降，对电力系统的可靠性带来重要影响。本发明专利技术方法考虑天然气系统与电力系统耦合特性，采用可靠性评估中的通用生成函数法，将天然气系统的运行特征加入传统电力系统可靠性模型中，最终建立电‑气耦合系统的可靠性模型，为电力系统应对天然气系统带来的影响提供可靠性评估手段。

A Reliability Assessment Method for Electro-pneumatic Coupled System Based on Universal Generating Function

The invention discloses a reliability evaluation method of an electric-air coupling system based on a general generating function, which belongs to the field of power system reliability evaluation with multiple energy situations. At present, the large-scale introduction of natural gas generators makes the coupling between power system and natural gas system more and more close. The damage of gas source and disconnection of gas network will make the natural gas supplied to natural gas generators decline, which will have an important impact on the reliability of power system. The method of the invention considers the coupling characteristics of natural gas system and power system, adopts the general generating function method in reliability evaluation, adds the operation characteristics of natural gas system to the traditional reliability model of power system, and finally establishes the reliability model of electric-gas coupling system, which can be used to reflect the power system response to natural gas system. Sound provides a means of reliability assessment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于通用生成函数的电-气耦合系统的可靠性评估方法
本专利技术涉及一种基于通用生成函数的电-气多能流耦合系统的可靠性评估方法，属于含多种能源形势的电力系统可靠性评估领域。
技术介绍
当前，天然气发电机组的大规模引入使得电力系统与天然气系统的耦合越来越紧密，气源损坏、气网断开都将使得供应于天然气发电机组的天然气下降，对电力系统的可靠性带来重要影响。本方法考虑天然气系统与电力系统耦合特性，采用可靠性评估中常用的通用生成函数法，将天然气系统的运行特征加入传统电力系统可靠性模型中，最终建立电-气耦合系统的可靠性模型，为电力系统应对天然气系统带来的影响提供可靠性评估手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于通用生成函数的电-气耦合系统的可靠性评估方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于通用生成函数的电-气耦合系统的可靠性评估方法，该方法将天然气系统的可靠性模型加入传统电力系统可靠性评估中，该方法包括以下步骤：(1)建立天然气系统可靠性模型：对于天然气系统中各种元件不同的运行特性，运用通用生成函数对其依次进行建模，之后运用天然气潮流计算算子将不同元件的模型进行聚合，构建天然气系统可靠性模型；(1.1)不同元件的可靠性建模a)气源单一气井的可靠性模型可看作是一个两状态模型：其中，和分别代表节点i处气井s的可用率和不可用率，Wis代表气井的输出量，z用于区别变量的取值和概率；基于单一气井的模型，气源的可靠性模型通过并行算子Ωφw将节点i处niw个气井模型聚合得到：其中，和分别表示状态liw下节点i处气源的输出量及对应概率，气源一共有Kiw个状态；b)压缩机压缩机的压缩系数可以看成是一个多状态模型其中，和分别表示状态lc下节点i和节点j间压缩机c的压缩系数和对应的概率，压缩机共有Kc个状态；c)储气装置在节点i处储气装置st的输出量可以看作是一个多状态模型(1.2)天然气系统可靠性建模基于上述不同元件的可靠性模型引入天然气系统潮流计算算子ΩφGFC将不同元件的模型聚合起来，构建天然气系统的可靠性模型其中，和分别代表状态lG下节点i天然气注入量和气负荷切除量，是对应的概率；天然气系统一共有KG个状态，N为天然气系统的节点个数；ΩφGFC是天然气系统潮流计算算子，用于根据状态lG已知部分节点的压强和天然气注入量，求未知部分节点的压强、天然气注入量以及管道的流量，其求解方法可用牛拉法；其中，和分别表示状态lG下节点i和节点j的压强，Mij是管道常数，表示节点i和节点j间管道的流量，表示压缩机运行所消耗的马力，Bij表示压缩机常数，zc和α分别代表压缩机的效率和天然气热值，表示压缩机运行所消耗的天然气量，和表示天然气消耗系数，表示气源的产量，表示状态lG下节点i处的气负荷量，表示状态lG下储气装置的输出量；(2)建立天然气发电机组的可靠性模型根据天然气系统的可靠性模型，求得状态lG下节点i的天然气注入量根据气电转换算子ΩφGTP，将节点的天然气注入量转化为天然气发电机组的输出量其中，和分别代表状态lmgg下节点m的天然气发电机组gg的输出功率及对应概率，天然气发电机组共有Kmgg个状态；算子ΩφGTP表示气电转换的效率，其可以表示为：其中，αmg，βmg和γmg表示天然气发电机组的耗热率系数；(3)建立考虑天然气系统影响的电力系统可靠性模型(3.1)不同元件可靠性建模a)燃煤机组燃煤机组的可靠性模型用两状态模型来表示：其中，和分别表示节点m处燃煤机组g的可用率和不可用率，表示燃煤机组的可用容量；在同一节点上，用并行算子Ωφg将节点m上nmg个燃煤机组聚合，构建多状态模型c)发电商引入并行算子Ωφp将天然气发电机组和燃煤机组的模型进行聚合，构建发电商模型其中，和分别表示状态lmg下节点m处发电商的可用容量及对应概率，发电商共有Kmg个状态。d)负荷：构建负荷的多状态模型(3.2)电力系统可靠性建模建基于上述的不同元件的可靠性模型和引入最优潮流算子ΩφOPF将不同元件的模型聚合起来，构建考虑天然气系统影响的电力系统可靠性模型其中，和pl分别表示状态l下节点m处的负荷切除量及对应概率，K为负荷的状态个数；算子ΩφOPF通过电力系统最优潮流计算，确定状态l下不同节点的负荷切除量，采用以下模型：目标函数：约束条件：Bl·θl＝Pl-Dl其中，表示负荷切除的成本函数，M表示电力系统的节点个数，Bl表示电力系统导纳矩阵，θl表示节点电压相角向量，Pl＝[Pl1,…,Plm,…,PlM]T表示功率向量，Dl＝[D1,l,…,Dm,l,…,DM,l]T表示负荷向量，和分别表示节点m处发电商的输出功率及功率上限，表示负荷切除量的上限，表示节点m的相角，和分别表示节点m和节点n间线路的阻抗和线路的最大功率；(4)对电力系统可靠性模型进行求解，得到电力系统节点的负荷切除量计算电力系统节点可靠性指标：电力系统中节点m平均无法满足的电力功率电力不足期望值EENSm：其中，Pl表示状态l的概率，K代表所有状态的总数。进一步地，所述步骤(1.1)的步骤b)中，压缩机可改变进出口气体的压力，以确保管道上的气体的压强在合理范围内；对于节点i和节点j间的压缩机c，其压缩系数Rci如下所示：其中，πi和πj分别是节点i和节点j的压强。进一步地，所述步骤(1.1)的步骤c)中，储气装置作为天然气系统中重要的备用资源，其输出量的变化可以保证在紧急状态下满足气负荷的需求；在节点i处储气装置st的输出量可以看作是多状态模型其中，和分别是状态lst下储气装置st的输出量及对应的概率，储气装置共有Kst个状态。进一步地，所述步骤(3.1)的步骤a)中，在同一节点上，可以存在多个燃煤机组，用并行算子Ωφg将节点m上nmg个燃煤机组聚合，构建多状态模型其中，和分别表示节点m处燃煤机组的可用容量及对应的概率，机组共有Kmgf个状态；进一步地，所述步骤(3.1)的步骤d)中，电力系统的负荷一年内可以分为KEL个状态，负荷的多状态模型为：其中，和分别表示状态lL下节点m处的负荷量及对应概率。本专利技术的有益效果是：当前天然气发电机组的大规模引入使得电力系统与天然气系统的耦合越来越紧密，气源损坏、气网断开都将使得供应于天然气发电机组的天然气下降，对电力系统的可靠性带来重要影响。本专利技术方法考虑天然气系统与电力系统耦合特性，采用可靠性评估中的通用生成函数法，将天然气系统的运行特征加入传统电力系统可靠性模型中，最终建立电-气耦合系统的可靠性模型，为电力系统应对天然气系统带来的影响提供可靠性评估手段。附图说明图1为本专利技术基于通用生成函数的电-气耦合系统的可靠性评估方法的流程图；图2为应用本专利技术方法的测试系统示意图。具体实施方法下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种基于通用生成函数的电-气耦合系统的可靠性评估方法，该方法将天然气系统的可靠性模型加入传统电力系统可靠性评估中，该方法包括以下步骤：(1)建立天然气系统可靠性模型：对于天然气系统中各种元件(气源、储能装置以及压缩机等)不同的运行特性，运用通用生成函数对其依次进行建模，之后运用天然气潮流计算算子将不同元件的模型进行聚合，构建天然气系统可靠性模型；(1.1)不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于通用生成函数的电‑气耦合系统的可靠性评估方法，其特征在于：将天然气系统的可靠性模型加入传统电力系统可靠性评估中，该方法包括以下步骤：(1)建立天然气系统可靠性模型：对于天然气系统中各种元件不同的运行特性，运用通用生成函数对其依次进行建模，之后运用天然气潮流计算算子将不同元件的模型进行聚合，构建天然气系统可靠性模型；(1.1)不同元件的可靠性建模a)气源单一气井的可靠性模型

【技术特征摘要】
1.一种基于通用生成函数的电-气耦合系统的可靠性评估方法，其特征在于：将天然气系统的可靠性模型加入传统电力系统可靠性评估中，该方法包括以下步骤：(1)建立天然气系统可靠性模型：对于天然气系统中各种元件不同的运行特性，运用通用生成函数对其依次进行建模，之后运用天然气潮流计算算子将不同元件的模型进行聚合，构建天然气系统可靠性模型；(1.1)不同元件的可靠性建模a)气源单一气井的可靠性模型可看作是一个两状态模型：其中，和分别代表节点i处气井s的可用率和不可用率，Wis代表气井的输出量，z用于区别变量的取值和概率；基于单一气井的模型，气源的可靠性模型通过并行算子Ωφw将节点i处niw个气井模型聚合得到：其中，和分别表示状态liw下节点i处气源的输出量及对应概率，气源一共有Kiw个状态；b)压缩机压缩机的压缩系数可以看成是一个多状态模型其中，和分别表示状态lc下节点i和节点j间压缩机c的压缩系数和对应的概率，压缩机共有Kc个状态；c)储气装置在节点i处储气装置st的输出量可以看作是一个多状态模型(1.2)天然气系统可靠性建模基于上述不同元件的可靠性模型引入天然气系统潮流计算算子ΩφGFC将不同元件的模型聚合起来，构建天然气系统的可靠性模型其中，和分别代表状态lG下节点i天然气注入量和气负荷切除量，是对应的概率；天然气系统一共有KG个状态，N为天然气系统的节点个数；ΩφGFC是天然气系统潮流计算算子，用于根据状态lG已知部分节点的压强和天然气注入量，求未知部分节点的压强、天然气注入量以及管道的流量，其求解方法可用牛拉法；其中，和分别表示状态lG下节点i和节点j的压强，Mij是管道常数，表示节点i和节点j间管道的流量，表示压缩机运行所消耗的马力，Bij表示压缩机常数，zc和α分别代表压缩机的效率和天然气热值，表示压缩机运行所消耗的天然气量，和表示天然气消耗系数，表示气源的产量，表示状态lG下节点i处的气负荷量，表示状态lG下储气装置的输出量；(2)建立天然气发电机组的可靠性模型根据天然气系统的可靠性模型，求得状态lG下节点i的天然气注入量根据气电转换算子ΩφGTP，将节点的天然气注入量转化为天然气发电机组的输出量其中，和分别代表状态lmgg下节点m的天然气发电机组gg的输出功率及对应概率，天然气发电机组共有Kmgg个状态；算子ΩφGTP表示气电转换的效率，其可以表示为：其中，αmg，βmg和γmg表示天然气发电机组的耗热率系数；(3)建立考虑天然气系统影响的电力系统可靠性模型(3.1)不同元件可靠性建模a)燃煤机组燃煤机组的可靠性模型用两状态模型来表示：其中，和分别表示节点m处燃煤机组g的可用率和不可用率，表示燃煤机组的可用容量；在同一节点上，用并行算子Ωφg将节点m上nmg个燃煤机组聚合，构建多状...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁一，包铭磊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33