一种电-气互联综合能源系统混合控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种电‑气互联综合能源系统混合控制方法，包括以下内容：1)基于天然气慢动态特性及管存建立电‑气互联综合能源系统优化模型；2)计及预想故障集中的关键故障建立电‑气互联综合能源系统预防控制优化调度模型；3)基于预防控制策略，考虑预想故障集中关键故障集外的其它故障，建立故障后校正控制模型；4)结合预防控制模型和校正控制模型建立电‑气互联综合能源系统混合控制框架；5)在综合能源系统中测试混合控制方法的性能。本发明专利技术提供的方法有效地提高了计算效率，能够更准确地制定电‑气互联综合能源系统故障控制策略。

【技术实现步骤摘要】
一种电-气互联综合能源系统混合控制方法
本专利技术属于电力系统
，尤其涉及一种电-气互联综合能源系统混合控制方法。
技术介绍
当今社会，能源需求增长与能源短缺、能源消耗与环境保护之间的矛盾日益凸显，能源问题逐渐成为学术界与工业界讨论的热点，天然气因其环保高效、储量丰富等优点而受到广泛关注，燃气发电越来越受到重视。随着燃气轮机的大规模并网，电网与气网之间的联系日益紧密。一方面，燃气轮机和P2G技术的能量转换、气网中管存的时空平移特性为消纳可再生能源以及平抑电网峰谷差提供了新途径；另一方面，电力系统安全性也受到了燃气轮机天然气供应影响，电网运行受限。因此，开展电-气互联综合能源系统安全性分析研究可为未来能源系统的实际运行与进一步发展奠定基础。电网与气网的耦合意味着电-气互联综合能源系统各子系统间相关性增强，其安全性分析不可忽略。而实际工程运用中，为确保系统安全稳定运行，通常需要校验系统是否满足N-1原则。最优潮流作为系统运行和规划的重要工具，考虑N-1安全事故时，问题转化为安全约束最优潮流。事实上，由于电力系统与天然气系统之间的深度耦合，单个系统的故障易通过耦合元件传播至耦合系统，进一步造成系统间的连锁故障，因此，电力系统与天然气系统间的协同调度与互补控制对于保证电-气互联综合能源系统安全稳定至关重要。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有电-气互联综合能源系统故障控制方法存在的问题，即当前电力系统预防与校正控制领域研究相对成熟，然而缺少电-气互联综合能源系统的预防/校正控制相关研究，同时，预想故障集靠人为经验确定，可能存在非必要故障，计算复杂度提高，经济效益降低，提出一种预防-校正协同控制的电-气互联综合能源系统混合控制方法，其中通过混合控制框架筛选关键故障并计算预防控制和校正控制，有效提高了电-气互联综合能源系统故障控制的安全性与经济性。技术方案：一种电-气互联综合能源系统混合控制方法，具体包括以下步骤：步骤1，基于天然气慢动态特性及管存建立电-气互联综合能源系统优化模型；步骤2，根据预想故障集中的关键故障建立电-气互联综合能源系统预防控制优化调度模型；步骤3，基于预防控制策略，考虑预想故障集中关键故障集外的其它故障，建立故障后校正控制模型；步骤4，结合预防控制模型和校正控制模型建立电-气互联综合能源系统混合控制框架；步骤5，在综合能源系统中测试混合控制方法的性能。作为本专利技术电-气互联综合能源系统混合控制方法的进一步优选方案，在步骤1中，建立电-气互联综合能源系统优化模型具体步骤如下：步骤1.1，电力系统暂态时间常数小于气网，采用电网稳态模型，如下：PG,u,t-PG,u,t-1≤RUuPG,u,t-1-PG,u,t≤RDu其中：PG,u,t和QG,u,t为t时刻发电机组u有功、无功出力；PL,m,t和QL,m,t为t时刻节点m有功、无功负荷；ENsgm,t为t时刻节点m上的切负荷；PP2G,p,t为t时刻第p处P2G的消耗有功；Um,t和Un,t为t时刻节点m和n电压幅值；θmn,t为t时刻节点m、n之间的相角差。Gmn和Bmn为节点m、n之间的电导和电纳；PG，u，和QG，u，分别为发电机组u有功出力上限、下限和无功出力上限、下限；Um和为节点m电压幅值上下限；RUu和RDu分别为发电机组u上、下爬坡的上限；Pl,mn,t为t时刻线路mn功率；Pl，mn和为线路mn容量上下限；步骤1.2，建立天然气系统暂态模型，步骤1.3：建立耦合约束模型。作为本专利技术电-气互联综合能源系统混合控制方法的进一步优选方案，所述步骤1.2具体包含如下步骤：步骤1.2.1，建立气源和储气设施模型，包括节点注入天然气上下限约束；储气设施注入和提取流量上下限约束；储气设施相邻时段动态耦合约束；步骤1.2.2，建立管道模型。对于天然气管道jk，暂态模型下描述气网慢动态特性的偏微分方程表达式为：和其中：fl,t和Πl,t分别为t时刻管道长度为l处的管道流量和压力；D为管道内径；R为气体常数；T为气体温度；Z为气体压缩因子；ρ0为标准状态下天然气密度；F为管道摩擦系数。对上述两式隐式差分近似得：其中：Mjk,t为t时刻管道jk的管存；和Πj,t，Πk,t分别为t时刻管道jk两端的流量以及压力；和为t时刻管道两端压力、流量的均值；Ljk为管道jk的长度；此时，节点k压力也存在上下限约束：步骤1.2.3，建立加压站模型，包括加压比上下限约束；天然气消耗约束；步骤1.2.4，建立节点流量平衡，保证节点流量流入与流出满足平衡关系；作为本专利技术电-气互联综合能源系统混合控制方法的进一步优选方案，所述步骤1.3具体包含如下步骤：步骤1.3.1，建立燃气轮机模型，包括能量转化约束和发电出力上下限约束；步骤1.3.2，建立P2G模型，包括能量转化约束和产气上下限约束。作为本专利技术电-气互联综合能源系统混合控制方法的进一步优选方案，在步骤2中，建立电-气互联综合能源系统预防控制优化调度模型，具体步骤如下：步骤2.1：建立电-气互联综合能源系统预防控制优化目标：其中：Cunit,u、Cwell,w、Cstor,s和Cp2g,p分别为机组u的出力成本、气源w的产气成本、储气设施s的提取成本和p处P2G的产气成本；T为仿真时间长度；U、W、S和P分别为机组、气源、储气设施、P2G集合；PG,u,t、Wf,w,t、Ss,t、fp2g,p,t分别为t时刻机组u出力、气源w产气、储气设施s提取天然气流量、P2G产气量；步骤2.2：根据电-气互联综合能源系统优化模型及预防控制优化目标，建立电-气互联综合能源系统预防控制优化调度模型。作为本专利技术电-气互联综合能源系统混合控制方法的进一步优选方案，在步骤3中，建立电-气互联综合能源系统校正控制模型具体步骤如下：步骤3.1，建立电-气互联综合能源系统校正控制优化目标：其中：T为仿真时间长度；ENsgm,t和GNsgk,t分别为t时刻电力节点m、天然气节点k上的切负荷；HG为天然气热值；步骤3.2，基于预防控制中机组、气源、储气设施和P2G出力策略设置预防控制和校正控制耦合关系：其中：P′G,u,t、W′f,w,t、S′s,t和f′p2g,p,t分别为故障后机组、气源、储气设施、P2G出力；S′s和分别为机组、气源、储气设施和P2G调整上限；步骤3.3，根据电-气互联综合能源系统优化模型和校正控制优化目标，建立电-气互联综合能源系统预防控制优化调度模型。作为本专利技术电-气互联综合能源系统混合控制方法的进一步优选方案，在步骤4中，电-气互联综合能源系统混合控制具体步骤如下：步骤4.1，设置预想故障集，初始化关键故障集为空，设置切负荷指标；步骤4.2，针对预想故障集中的关键故障集进行电-气互联综合能源系统预防控制优化计算；步骤4.3，基于预防控制策略，针对预想故障集中关键故障集外的其它故障进行电-气互联综合能源系统校正控制优化计算；步骤4.4，寻找步骤4.3校正过程中切负荷最多对应的故障，定义为最严重故障；步骤4.5，判断最严重故障是否满足指标，是则转至步骤4.6，否则转至步骤4.7；步骤4.6，将最严重故障添加至关键故障集，转至步骤4.2；步骤4.7，输出预防控制策略、校正控制策略和关键故障集。有益效果：本专利技术的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电‑气互联综合能源系统混合控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，基于天然气慢动态特性及管存建立电‑气互联综合能源系统优化模型；步骤2，根据预想故障集中的关键故障建立电‑气互联综合能源系统预防控制优化调度模型；步骤3，基于预防控制策略，考虑预想故障集中关键故障集外的其它故障，建立故障后校正控制模型；步骤4，结合预防控制模型和校正控制模型建立电‑气互联综合能源系统混合控制框架；步骤5，在综合能源系统中测试混合控制方法的性能。

【技术特征摘要】
1.一种电-气互联综合能源系统混合控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，基于天然气慢动态特性及管存建立电-气互联综合能源系统优化模型；步骤2，根据预想故障集中的关键故障建立电-气互联综合能源系统预防控制优化调度模型；步骤3，基于预防控制策略，考虑预想故障集中关键故障集外的其它故障，建立故障后校正控制模型；步骤4，结合预防控制模型和校正控制模型建立电-气互联综合能源系统混合控制框架；步骤5，在综合能源系统中测试混合控制方法的性能。2.根据权利要求1所述的电-气互联综合能源系统混合控制方法，其特征在于：在步骤1中，建立电-气互联综合能源系统优化模型具体步骤如下：步骤1.1，电力系统暂态时间常数小于气网，采用电网稳态模型，如下：PG,u,t-PG,u,t-1≤RUuPG,u,t-1-PG,u,t≤RDu其中：PG,u,t和QG,u,t为t时刻发电机组u有功、无功出力；PL,m,t和QL,m,t为t时刻节点m有功、无功负荷；ENsgm,t为t时刻节点m上的切负荷；PP2G，p，t为t时刻第p处P2G的消耗有功；Um,t和Un,t为t时刻节点m和n电压幅值；θmn,t为t时刻节点m、n之间的相角差。Gmn和Bmn为节点m、n之间的电导和电纳；PG,u，和QG,u，分别为发电机组u有功出力上限、下限和无功出力上限、下限；Um和为节点m电压幅值上下限；RUu和RDu分别为发电机组u上、下爬坡的上限；Pl,mn,t为t时刻线路mn功率；Pl,mn和为线路mn容量上下限；步骤1.2，建立天然气系统暂态模型，步骤1.3：建立耦合约束模型。3.根据权利要求2所述的电-气互联综合能源系统混合控制方法，其特征在于：所述步骤1.2具体包含如下步骤：步骤1.2.1，建立气源和储气设施模型，包括节点注入天然气上下限约束；储气设施注入和提取流量上下限约束；储气设施相邻时段动态耦合约束；步骤1.2.2，建立管道模型。对于天然气管道jk，暂态模型下描述气网慢动态特性的偏微分方程表达式为：和其中：fl,t和Πl,t分别为t时刻管道长度为l处的管道流量和压力；D为管道内径；R为气体常数；T为气体温度；Z为气体压缩因子；ρ0为标准状态下天然气密度；F为管道摩擦系数。对上述两式隐式差分近似得：其中：Mjk,t为t时刻管道jk的管存；和Πj,t，Πk,t分别为t时刻管道jk两端的流量以及压力；和为t时刻管道两端压力、流量的均值；Ljk为管道jk的长度；此时，节点k压力也存在上下限约束：步骤1.2.3，建立加压站模型，包括加压比上下限约束；天然气消耗约束；步骤1.2.4，建立节点流量平衡，保证节点流量流入与流出满足平衡关系。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，梅建春，朱梓荣，孙国强，臧海洋，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32