一种基于电-气耦合系统的故障恢复博弈模型技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电‑气耦合系统的故障恢复博弈模型，涉及了主动配电网故障恢复策略。本发明专利技术利用天然气系统对电网中部分失电负荷进行恢复，构建了综合收益费用最大且重要负荷恢复最大为目标的配电网主从博弈模型，通过主从博弈模型求解，即主动配电网经过孤岛划分及主网重构相互配合后的恢复方案。在考虑综合恢复收益中设置恢复风险系数来表示分布式能源的不确定性，天然气系统所转换的部分电能补充负荷时变性带来的不确定性。通过对PG&E69节点配电系统算例的仿真分析，验证了所用方法的有效性。

A Game Model for Fault Recovery Based on Electro-pneumatic Coupled System

The invention discloses a fault recovery game model based on an electric-pneumatic coupling system, and relates to a fault recovery strategy of an active distribution network. The invention utilizes natural gas system to restore part of the power loss load in the power network, and constructs a master-slave game model of distribution network with the goal of maximizing the comprehensive revenue and cost and maximizing the recovery of important load. The model is solved by the master-slave game model, that is, the restoration scheme of active distribution network after Islands division and coordination of the main network reconstruction. In consideration of the comprehensive recovery benefits, the restoration risk coefficient is set to represent the uncertainty of distributed energy and the uncertainty caused by the time-varying of part of the power supply load converted by natural gas system. The effectiveness of the proposed method is verified by the simulation analysis of a PG&E69 bus distribution system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电-气耦合系统的故障恢复博弈模型
本专利技术涉及主动配电网故障恢复策略，具体涉及一种基于电-气耦合系统的故障恢复博弈模型。
技术介绍
综合能源系统现在是世界范围内研究的热点，随着多种能源的共同发展，电力系统现在向综合能源系统转型，以电能为核心，突破各种能源的单独设计与运行，将多种能源耦合到同一系统中量化分析。综合能源系统融合电力系统、天然气系统、热力系统以及供电、供气、供热，利用多种能源恢复电力网络故障是目前发展趋势。在目前故障恢复的研究中，利用分布式能源对非故障失电区进行供电恢复，但由于分布式能源具有一定的间歇性、波动性，为供电网络进行恢复时带来了不确定性，会使网络恢复不稳定具有二次失电的风险。综合能源系统多用在调度与规划中，在故障恢复中使用甚少，在非故障失电区利用综合能源进行暂时恢复，减少重要负荷的损失与增大经济效益。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于电-气耦合系统的故障恢复博弈模型，旨在对于非故障失电区进行负荷恢复，将天然气与分布式发电的不确定性作为恢复风险系数放入综合恢复收益中，将收益与恢复网络进行博弈，求得综合收益与网络拓扑结构相均衡的网络恢复策本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电‑气耦合系统的故障恢复博弈模型，其特征在于：其步骤如下：(1)建立能源集线器模型将可燃气体网络与电力系统进行耦合，在电力系统发生故障时，利用可燃气体网络对电力系统进行故障恢复；其中，可燃气体网络输出电能到电力系统，以及输出热能；确定可燃气体网络与电力系统的耦合关系，其中电力系统为分布式发电；(2)建立能源集线器的不确定模型在故障恢复期间内，基于耦合关系确定基于预测精度、预测值的分布式发电出力，以及确定可燃气体网络实际出力，建立分布式发电出力、可燃气体网络实际出力、故障恢复风险三者的相关性；将其作为能源集线器的不确定模型；(3)确定能源集线器模型的目标函数与网络约束条件确定基于能源...

【技术特征摘要】
1.一种基于电-气耦合系统的故障恢复博弈模型，其特征在于：其步骤如下：(1)建立能源集线器模型将可燃气体网络与电力系统进行耦合，在电力系统发生故障时，利用可燃气体网络对电力系统进行故障恢复；其中，可燃气体网络输出电能到电力系统，以及输出热能；确定可燃气体网络与电力系统的耦合关系，其中电力系统为分布式发电；(2)建立能源集线器的不确定模型在故障恢复期间内，基于耦合关系确定基于预测精度、预测值的分布式发电出力，以及确定可燃气体网络实际出力，建立分布式发电出力、可燃气体网络实际出力、故障恢复风险三者的相关性；将其作为能源集线器的不确定模型；(3)确定能源集线器模型的目标函数与网络约束条件确定基于能源集线器模型负荷恢复收益、恢复成本、不确定模型恢复风险的目标函数，同时确定基于配电网辐射状、电网安全、功率平衡的电力系统约束条件，确定基于能源集线器模型气源点流量、管道节点流量平衡、管道节点气压的可燃气体网络约束条件，以及确定能源集线器模型中可燃气体网络能量与电力转化的约束条件；(4)故障恢复方案的确定A、读取能源集线器模型的初始状态，以及分布式发电出力的预测精度、预测值，基于目标函数的最大化，确定能源集线器模型最优网络拓扑结构，在此最优网络拓扑结构中确定目标函数最小时的最劣预测值，B、保持此最劣预测值，同时调整网络拓扑结构，利用求解恢复路径方法，得到目标函数最大化的新网络拓扑结构，确定包括恢复成本、不确定模型恢复风险在内的总成本K1；在此网络拓扑结构中确定目标函数最小时的最劣预测值，以及确定包括恢复成本、能源集线器不确定模型恢复风险在内的总成本K2；C、重复步骤B，当K1与K2相等时，停止重复步骤B，并将总成本为K1时拓扑结构作为恢复方案。2.根据权利要求1所述的一种基于电-气耦合系统的故障恢复博弈模型，其特征在于：所述可燃气体为天然气。3.根据权利要求1所述的一种基于电-气耦合系统的故障恢复博弈模型，其特征在于：可燃气体网络中可燃气体通过燃气内燃机、燃气锅锅炉参与。4.根据权利要求1所述的一种基于电-气耦合系统的故障恢复博弈模型，其特征在于：在步骤(1)中为可燃气体网络管道配置加压站，其以消耗可燃气体来保障管道压力稳定；将加压站作为可燃气体网络管道负荷，所述加压站以压缩机为主要部件。5.根据权利要求1所述的一种基于电-气耦合系统的故障恢复博弈模型，其特征在于：其具体步骤为：步骤1、建立能源集线器模型将可燃气体网络与电力系统进行耦合，以分布式发电为电力系统，在电力系统发生故障时，利用可燃气体网络对电力系统进行故障恢复；其中，可燃气体网络输出电能到电力系统，以及输出热能；确定可燃气体网络以及电力系统的耦合关系如下：式中，Pe是能源集线器输入的电功率，为分布式发电输入的能量，vMT是可燃气体分配系数，分配率为0-1，ηGB是燃气锅炉效率，是MT产生电能效率，是产生热能效率，ηT是变压器效率；υMTPg表示输入到MT中的可燃气体，(1-υMT)Pg表示输入到GB中的可燃气体；表示燃气内燃机电能出力；Pe为能源集线器输入端电功率；Pg为能源集线器输入端可燃气体功率；Le为能源集线器输出端电负荷；Lh为能源集线器输出端热负荷；为可燃气体网络管道配置加压站，其以消耗可燃气体来保障管道压力稳定；其中，任意管道的管道流量与节点压力需要满足以下关系：式中，为管道ij的可燃气体流量，kij为管道的参数，sij为可燃气体流动方向的参数，pi、pj分别为节点i和节点j的压力；可燃气体网络中配置一定数量的加压站用来避免由于摩擦阻力造成的管道压力损失，加压站最主要的部件是压缩机，其以可燃气体为能量来源，将其视为可燃气体网中的负荷；式中，k代表压缩机；Qk,ij为流过压缩机ij的可燃气体流量；Hk,ij为压缩机消耗的功率；Bk、Zk为压缩机参数；τk为燃气轮机消耗的可燃气体流量；αk、βk、γk为能量转换效率常数；步骤2、建立能源集线器的不确定模型A、分布式发电的不确定性模型将分布式发电以区间数来描述其在故障恢复期间内的不确定性，在区间内选择分布式发电的实际出力，发生故障则增加系统的经济支出，即恢复风险；通过对于预测出力以及预测精度的选择，确定分布式发电出力不确定性：PDG∈[a,b]＝[α,2-α]×Pα∈(0,1)式中，PDG表示分布式发电的实际出力；P表示出力的预测值；a＝α×P表示可能的最小出力；b＝(2-α)×P表示可能的最大出力；α表示预测精度，取值在0-1之间，越接近1表示预测精度越高，实际出力为区间内任意值；B、可燃气体网络出力的不确定性模型当故障发生后分布式发电无法全部恢复负荷，可燃气体进入能源集线器模型增加输出电能，可燃气体网络在出力的最大最小范围内选取适当的值生成电能补充电负荷；如若所需的电负荷Le大于可再生能源发电Pnew，则燃气内燃机燃烧可燃气体进行出力为故障后利用可燃气体网络进行恢复，但可燃气体网有约束，无法将所有的可燃气体用于电力恢复，所以需要根据可燃气体网状态进行判断：C、分布式发电出力、可燃气体网络实际出力、故障恢复风险三者的相关性R1＝β·PDG表示分布式发电不确定性的恢复风险；R2＝β·Pg表示可燃气体不确定性的恢复风险；R2表示将Pg不确定性通过转换因子表示为经济量纲下的数值；R1表示将PDG不确定性通过转换因子表示为经济量纲下的数值；β表示出力转换为风险的折算因子；步骤3、确定能源集线器模型的目标函数与网络约束条件A、目标函数以综合收益最大为目标函数，提高负荷恢复收益，减少恢复成本并使故障恢复风险最小：maxC＝Cload-Ccost-R式中，C表示整体综合恢复收益；Cload表示负荷恢复收益；Ccost表示恢复成本；R表示恢复风险；负荷恢复收益考虑负荷是否恢复、负荷的重要程度以及负荷容量，以优先恢复重要负荷为要求；整体恢复收益Cload定义为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽君，王晨，赵优，王心蕊，梁旭日，范锦谕，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13