【技术实现步骤摘要】
一种用于综合能源系统运行控制的天然气气路建模方法
本专利技术涉及一种用于综合能源系统运行控制的天然气气路建模方法，属于综合能源系统的运行控制
技术背景综合能源系统能够有效提高综合用能效率，已经成为国内外科学研究与工程实践的热点与前沿。综合能源系统的规划和运行以各个能源网络的建模和分析为基础，电力和天然气能源流紧密耦合，其中电力的分析基于从“场”到“路”的简化，已经形成了成熟的电路理论，而天然气气路的分析尚未形成与之统一的成熟理论。常规天然气气路建模方面尚存在的问题包括：缺乏直观的物理模型，可解释性不强；气-电耦合网络的分析方法无法统一，电力和天然气这两个学科之间存在知识壁垒；为保证求解精度，需要引入时空两个维度上的大量微元，面临计算复杂度高的难题。近些年来，“电路”理论的建模思想开始逐渐应用于天然气气路建模，但尚未形成完整而统一的理论框架，模型求解难度也较大，难以进一步推广到综合能源系统规划和运行的多样化应用中。因此，为实现不同能源网络研究的学科融合，以及促进综合能源系统的规划和运行工作的开展，亟需提出更加适合于综合能源系统的天然气气路模型。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于综合能源系统运行控制的天然气气路建模方法，以解决已有技术中存在的问题。基于天然气管道中质量守恒与动量守恒方程，以及天然气状态方程和流量方程，建立天然气管道中流量与压力之间的偏微分方程；利用傅里叶变换将气路映射至频域并通过二端口等值得到集总参数模型；结合天然气增压机方程，建立天然气气路一般支路模型；定义节...
【技术保护点】
1.一种用于综合能源系统运行控制的天然气气路建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n(1)建立天然气气路的管道模型，包括以下步骤：/n(1-1)建立天然气在管道中一维流动过程的质量守恒方程和动量守恒方程：/n
【技术特征摘要】
1.一种用于综合能源系统运行控制的天然气气路建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)建立天然气气路的管道模型，包括以下步骤：
(1-1)建立天然气在管道中一维流动过程的质量守恒方程和动量守恒方程：
式中：ρ、v和p分别为天然气的密度、流速和压力；λ、D和θ分别为管道的摩擦系数、内径和倾角，由天然气气路管理方提供，g为重力加速度，t和x分别为时间和空间；
(1-2)在步骤(1-1)的动量守恒方程中引入两个近似：一是忽略对流项，即二是对阻力项中的流速平方项进行增量线性化近似：即式中vb是天然气管道中天然气流速的基值，取值为设计工况中的流速，得到步骤(1-1)的动量守恒方程中的阻力项进而动量方程简化为：
(1-3)将天然气状态方程p＝RTρ和管道流量方程G＝ρvA代入质量守恒方程和简化后的动量方程中，得到管道中天然气流量与压力之间的时空偏微分方程：
式中：R和T分别为天然气的气体常数和温度，G为天然气质量流量，A为天然气管道的横截面积；
(1-4)建立天然气管道上一个微元的两端流量差和压降方程：
(1-5)根据步骤(1-4)中的微元的两端流量差和压降方程，定义天然气管道中气阻Rg、气感Lg、气容Cg和受控气压源kg，Rg、Lg、Cg和kg的计算方程如下：
Rg＝λvb/(AD)
Lg＝1/A
Cg＝A/(RT)
从而，dx长度的管道表示为一段包括4个元件的气路，整个管道进而表示为一个分布参数气路；
(1-6)将步骤(1-5)中定义的Rg、Lg、Cg和kg代入步骤(1-4)中的微元的两端流量差和压降方程，并通过傅里叶变换映射到频域后，获得每一个频率分量下的常微分方程如下：
并定义Zg＝Rg+jwLg，Yg＝jwCg；
(1-7)利用步骤(1-6)中的两个方程求解天然气管道末端的流量和气压为：
式中：Gl和pl分别为天然气管道末端的天然气流量与压力，G0和p0分别为天然气管道首端的天然气流量和压力，l为天然气管道长度；
(1-8)定义天然气管道的传播系数为γgc＝ZgYg，定义天然气管道的特征阻抗Zgc＝Zg/Yg；
(1-9)根据步骤(1-7)中的天然气管道末端的流量和气压两个方程以及步骤(1-8)中两个定义，将天然气管道方程表示成线性二端口网络形式：
式中：A、B、C和D是网络参数，其值为：
(1-10)根据步骤(1-9)中二端口网络方程，建立π型等值气路，等值参数为：
Z＝-B
K＝1-AD+BC
Y1＝(AD-BC-A)/B
Y2＝(1-D)/B
(2)建立天然气气...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏斌，郭庆来，王彬，陈彬彬，潘昭光，陈瑜玮，田兴涛，吴文传，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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