一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电‑气耦合综合能源系统可行域计算方法，所述方法包括以下步骤：构建电‑气耦合综合能源系统的多能流模型；根据网络的传输功率极限定义电‑气耦合综合能源系统的多能流可行域，通过连续多能流寻找多能流模型的可行域边界；分别在二维和三维空间下实现可行域边界的观测。本发明专利技术通过EGFR(电‑气耦合综合能源系统可行域)信息为系统调度员提供一种IEGS安全裕度观测的方法，在综合能源系统的安全监视，评估和优化等方面具有广阔的应用前景。

A calculation method of the feasible region of the electric gas coupling comprehensive energy system

The invention discloses a method for calculating the feasible region of an electric gas coupling comprehensive energy system, which comprises the following steps: constructing a multi energy flow model of the electric gas coupling comprehensive energy system; defining the feasible region of the multi energy flow of the electric gas coupling comprehensive energy system according to the transmission power limit of the network, finding the boundary of the feasible region of the multi energy flow model through the continuous multi energy flow; respectively in two dimensions And realize the boundary observation of feasible region in three-dimensional space. The invention provides a method for system dispatcher to observe IEGs safety margin through EGFR (feasible region of electric gas coupling comprehensive energy system) information, which has broad application prospect in safety monitoring, evaluation and optimization of comprehensive energy system.

【技术实现步骤摘要】
一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法
本专利技术涉及电-气耦合综合能源系统领域，尤其涉及一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法。
技术介绍
燃气机组(naturalgas-firedgeneratingunit,NGU)由于污染小，响应速度快和发电效率高等优点，被广泛应用于电力系统[1]。截止2015年NGUs发电量占美国总发电量的32％，英国总发电量的30％，日本总发电量的39％[2]。根据国际能源署的数据，2030年全球有35％电力来自天然气发电，随着燃气机组的增加，两大系统日益成为耦合紧密的电-气耦合综合能源系统(IntegratedElectricity-GasSystem，IEGS)[3]。然而，在高度耦合的状态下，电力系统和天然气系统的安全运行将相互影响。一方面，燃气系统的故障将影响电力系统，并直接引发停电事故，如2017年台湾地区发生的8.15大停电事故，起因为天然气供应中断引起的6台机组脱网[4]。2015年美国南加州，AlisoCanyon天然气泄漏引起燃气厂天然气供应不足，严重影响到当地电力系统的正常运行。另一方面，电力系统的运行也会影响天然气系统，并危及天然气系统的安全运行。随着全美可再生能源渗透率的提高，作为主要调峰资源的燃气电厂的频繁调节，导致燃气管网压力的大幅度波动，直接影响天然气系统的输气安全。因而，迫切需要从整体的视角去分析电力系统与天然气系统的整体安全性。“可行域”的概念来自于电力系统中，可给出系统安全与否的关键信息。可行域往往定义在节点功率注入空间，运行人员可以通过监控系统中各个节点的功率注入情况，监控系统是否运行在安全状态，同时为系统安全控制提供有用的信息。因此，研究电-气耦合综合能源系统可行域计算方法具有重要意义，可以为电力系统和天然气系统的调度员与市场参与者提供关于系统安全的状态，安全裕度，控制策略建议。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法，本专利技术可用于监控燃气发电机组的注入量是否能使得系统稳定，详见下文描述：一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法，所述方法包括以下步骤：构建电-气耦合综合能源系统的多能流模型；根据网络的传输功率极限定义电-气耦合综合能源系统的多能流可行域，通过连续多能流寻找多能流模型的可行域边界；分别在二维和三维空间下实现可行域边界的观测。其中，所述多能流模型具体为：式中，xeg＝[xe,xg]T代表IEGS的状态变量；yeg＝[Psp，Qsp，Lsp]T代表IEGS的注入量，为电压，Y为导纳矩阵，’*’为共轭负数。进一步地，所述方法还包括：获取受端气压pend为：其中，p0为送端气压，Lend为燃气需求，c为管道的摩擦系数。其中，所述方法还包括：当气压的最低点pmin下降到0时到达天然气潮流边界，天然气潮流可行与否的判据为：本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1)研究电力系统的网络传输功率极限时，有必要计及天然气系统的潮流约束，以保证NGU(燃气发电机组)能源供应的安全性与可靠性；2)将天然气系统潮流约束加入到电力系统中，将会导致可行域缩小，随着燃气负荷水平的上升，可行域进一步减小；3)通过EGFR(电-气耦合综合能源系统可行域)信息为系统调度员提供一种IEGS安全裕度观测的方法，在综合能源系统的安全监视，评估和优化等方面具有广阔的应用前景。附图说明图1为一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法的流程图；图2为IEGS多能流边界的示意图；其中，(a)为电力系统的单机单负荷系统的示意图；(b)为天然气系统的单机单负荷系统的示意图；(c)为电力系统PV曲线的示意图；(d)为天然气系统流量-气压曲线的示意图。图3为算例接线图；图4为算例计算结果的示意图；图5为β＝10°时电压、气压计算结果示意图。其中，(a)为场景2λ-Pressurecurve的示意图；(b)为场景3λ-Pressurecurve的示意图。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1一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法，参见图1，该方法将潮流可行域的概念推广到电-气耦合综合能源系统中，该方法包括以下步骤：101：构建电-气耦合综合能源系统(IEGS)的多能流模型；102：根据网络的传输功率极限定义IEGS多能流可行域，通过连续多能流寻找多能流模型的可行域边界；103：分别在二维和三维空间下实现可行域边界的观测，通过两个典型算例验证了本法的有效性。综上所述，本专利技术实施例通过EGFR(电-气耦合综合能源系统可行域)信息为系统调度员提供一种IEGS安全裕度观测的方法，在综合能源系统的安全监视，评估和优化等方面具有广阔的应用前景。实施例2下面结合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：其中，电-气耦合综合能源系统的潮流模型包括：天然气系统模型，电力系统模型以及燃气机组模型。一、天然气系统模型若天然气系统有ng个节点，np条管道，燃气管道k的稳态流量fk如式(1)-(2)所示：式中，ck为管道k的阻力系数，与管道本身的参数(粗糙程度，直径，长度等)有关；Πk代表管道k两端的压力平方差。记节点i的气压pi的平方为Di，表达为式(3)：管道的气压平方差与节点气压平方之间需要满足基尔霍夫定律如式(4)所示：Π＝-ATD(4)式中，A为燃气网络的节点-支路关联矩阵。以xg＝p为状态变量，yg＝Lsp为节点注入量，最终的天然气系统模型Fg(xg，yg)描述为式(5)所示：Fg(xg,yg)＝Lsp-Af(5)式中，f为管道稳态流量列向量，Lsp为燃气负荷。二、电力系统模型以xe＝[θ,V]T为状态变量，ye＝[Psp,Qsp]T为节点注入量，则电力系统模型Fe(xe，ye)表达式(6)为：式中，为节点i的注入有功功率和无功功率；Vi，Vj为节点i，j的电压；Gij，Bij为导纳Yij的实部，虚部；θij为节点i，j之间的相角差。三、燃气机组模型设IEGS中的所有燃气轮机可以集合UNGU，如式(7)所示：UNGU＝{GU1,GU2,…,GUN}(7)其中，GUi代表第i个NGU；N为NGU的数量。则系统中NGU的注入有功功率向量W表示为式(8)所示：W＝[PU,1,PU,2,…,PU,N]T(8)其中，PU,i代表Ui的有功功率。其中，NGU的天然气消耗与输出电功率如式(9)所示：式中，LU,i代表了GUi的燃气消耗；ai，bi，ci代表了转化系数，由GUi的耗热曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n构建电-气耦合综合能源系统的多能流模型；/n根据网络的传输功率极限定义电-气耦合综合能源系统的多能流可行域，通过连续多能流寻找多能流模型的可行域边界；/n分别在二维和三维空间下实现可行域边界的观测。/n

【技术特征摘要】
1.一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
构建电-气耦合综合能源系统的多能流模型；
根据网络的传输功率极限定义电-气耦合综合能源系统的多能流可行域，通过连续多能流寻找多能流模型的可行域边界；
分别在二维和三维空间下实现可行域边界的观测。


2.根据权利要求1所述的一种电-气耦合综合能源系统可行域计算方法，其特征在于，所述多能流模型具体为：



式中，xeg＝[xe,xg]T代表IEGS的状态变量；yeg＝[Psp，...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆云飞，骆柏锋，余晓丹，贾宏杰，侯恺，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12