一种基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法技术方案

一种基于补偿气流法的电

【技术实现步骤摘要】
一种基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法


[0001]本专利技术属于综合能源系统及多能潮流计算领域，及一种基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法。

技术介绍

[0002]综合能源系统已经成为当今能源系统研究热点之一，但由于其能源种类繁多，潮流计算复杂，寻找统一的算法进行潮流解析显得格外重要。基于电力系统在综合能源系统中的核心地位，考虑采用电力系统常采用的解算方式求解综合能源系统，从而实现算法的统一。
[0003]城市电网具有单源辐射状的特点，常采用前推回代法进行潮流计算，具有计算精度高，迭代次数少，对初值要求较低等明显优势。对于电-气综合能源系统而言，配气网辐射状的拓扑结构为算法的适用提供了可能性。但是由于气网自身含环的问题，且天然气系统是非线性系统，无法采用电力系统常采用的叠加原理加以处理。因此，考虑将传统适用于电网潮流计算的前推回代法推广至天然气网络计算中，并引入补偿气流法，使得算法可以很好的处理电-气综合能源系统中可能存在的含环问题。
[0004]本专利技术提出了一种基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法。该方法实现了电-气综合能源系统潮流计算方法上的统一，同时对于传统前推回代法适用性较差的环网结构仍具有很好的处理能力。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，考虑到综合能源系统潮流计算复杂且算法不统一等问题，本专利技术提出一种基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法。该方法根据电力系统在综合能源系统中的核心地位，将配电网常采用的前推回代算法应用于电-气综合能源系统潮流计算中，同时引入补偿气流法对天然气网络中的环网结构加以处理，从而实现了对电气综合能源系统前推回代算法的统一求解。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：了解配电网的前推回代算法；采用影响因子矩阵法改进传统前推回代算法，进而实现算法对配网中大量的PV节点的处理。
[0009]步骤2：搭建天然气系统的管道模型；基于步骤1改进的前推回代算法，运用气电比拟的思想，将常用于电力系统的前推回代算法应用于天然气系统的潮流计算中。
[0010]步骤3：对天然气系统中环网部分解环；采用补偿气流法进行求解，实现含环天然气系统的前推回代法潮流计算。
[0011]步骤4：对电气综合能源系统间耦合部分进行求解计算；综合步骤1-3实现基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法；
[0012]进一步地，所述步骤1具体包括以下步骤：
[0013]步骤101：电力系统前推回代算法。前推回代法分为功率前推和电压回代两个部分。从末节点开始功率前推，对每条支路，由受端节点的注入功率和支路阻抗数据计算送端前一节点支路的功率，直到完成首节点功率的计算时停止为功率前推。功率变化量如下：
[0014][0015]其中P、Q分别为节点的注入有功、无功功率；U为节点电压；R+jX为支路阻抗。
[0016]从首节点开始，对每条支路，由送端节点的节点电压和支路功率计算受端节点的节点电压，直到完成所有末端节点电压的计算时停止为电压回代。电压变化量实部虚部如下：
[0017][0018]步骤102：影响因子矩阵法。传统的前推回代法不能很好的处理现代电力系统中的多PV节点问题。常采用影响因子矩阵法进行处理。简单来说，就是在潮流计算的过程中，可以先将PV节点当作普通的PQ节点来处理，待计算收敛后，将PV节点电压幅值的给定值与计算值之差作为电压不平衡量，再结合影响因子矩阵计算出PV节点的无功功率补偿量对节点电压进行修正。即：
[0019]ΔU＝IΔQ
ꢀꢀꢀ
(3)
[0020]其中，ΔU为PV节点电压不平衡向量；ΔQ为PV节点无功补偿量向量；I表示影响因子矩阵，其阶数即为网络中PV节点个数。
[0021]步骤103：采用改进后的前推回代法对配电网模型进行潮流解析，判断所有的电压是否满足收敛判定条件，若不满足则对注入无功功率进行修正。PV节点的收敛判定条件为：
[0022][0023]式中为本次计算得到的第i个PV节点处的节点电压；U
schi
为第i个PV节点处的给定节点电压幅值；ε
pv
为收敛精度。
[0024]迭代至各节点满足精度要求时，计算结束；否则继续迭代直至收敛。
[0025]步骤1实现了对传统前推回代算法的改进，使其更适用于实际配电网的潮流计算。
[0026]进一步的，天然气系统的模型搭建以及潮流计算方法如步骤2所述。具体包括以下步骤：
[0027]步骤201：天然气系统建模。天然气管道模型常用天然气稳态气流方程描述。天然气稳态气流可用一维可压缩流动方程来表达,它描述的是沿管道压力、温度和通过管道流量的关系。需要注意的是，考虑到城市配气网的实际运行压力较高，因此选取适用于高压管网的Weymouth公式加以描述：
[0028][0029]上述公式的参数解析如表1所示。
[0030]表1公式参数列表
[0031][0032]对公式(5)进行变换，将天然气管道固有的参数集中为管道常数，公式(5)可写成：
[0033][0034]其中p
i
和p
j
为节点i和j处的气压；f
ij
为节点i和j间的气流量；K为管道常数，与管道直径，长度等变量有关描述其的变量也均已在表1中给出。从公式(6)也可以看出，与电力系统不同，天然气系统为非线性系统。
[0035]步骤202：采用比拟的思想给出天然气系统的前推回代算法。电力系统节点通常分为已知电压幅值与相角的平衡节点、已知有功功率与无功功率的PQ节点和已知有功功率与电压幅值的PV节点。因此根据已知量的不同将天然气系统节点作如下划分，如表2所示。
[0036]表2电力系统和天然气系统节点类别的类比
[0037][0038]步骤203：结合步骤202天然气系统与电力系统比拟以及步骤1的电力系统前推回代算法，以管道气流量类比电流，节点气压类比电压，节点气负荷类比节点功率，将前推回代法应用至天然气系统的潮流计算，其中前推过程即为气流量的汇聚叠加过程，回代过程则由公式(6)中计算。
[0039]步骤2通过气电比拟的思想，将适用于电力系统潮流计算的前推回代算法应用于天然气系统中，从而实现对天然气系统的潮流解算。原算法编程简单，计算精度高等优点也同样得以保留。
[0040]进一步地，针对天然气系统环网结构的处理如步骤3所述，具体如下：
[0041]步骤301：天然气环网解环。将天然气网络中的环网结构在其中远离平衡节点的节点处解环使得其拓扑结构变为纯辐射网状。解环后网络支路数不变，节点增加的个数为解开的环网个数，对解环后的新节点进行重新编号，即获得了解环后的纯辐射状天然气网络。辐射状结构可以很好的采用步骤2给出的天然气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：了解配电网的前推回代算法；采用影响因子矩阵法改进传统前推回代算法，进而实现算法对配网中大量的PV节点的处理；步骤2：搭建天然气系统的管道模型；基于步骤1改进的前推回代算法，运用气电比拟的思想，将常用于电力系统的前推回代算法应用于天然气系统的潮流计算中；步骤3：对天然气系统中环网部分解环；采用补偿气流法进行求解，实现含环天然气系统的前推回代法潮流计算；步骤301：天然气环网解环；将天然气网络中的环网结构在其中远离平衡节点的节点处解环使得其拓扑结构变为纯辐射网状；解环后网络支路数不变，节点增加的个数为解开的环网个数，对解环后的新节点进行重新编号，即获得了解环后的纯辐射状天然气网络；辐射状结构可以很好的采用步骤2给出的天然气系统前推回代算法求解；步骤302：补偿气流法求解天然气网络；对于解环后的辐射状天然气网络，通过公式(6)计算出各节点的气压大小；其中，p
i
和p
j
为节点i和j处的气压；f
ij
为节点i和j间的气流量；K为管道常数；在步骤301中所提到的解环处原节点与新节点的气压平方差可由下式描述：ΔΠ＝AI2+BI+C
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(7)其中，ΔΠ为解环节点处的气压平方差；I为解环节点间的气流量补偿；A、B、C均为常数，大小与管道系数以及节点处负荷量有关；对于含有多个环网的天然气系统来说，补偿气流会对各解环点气压均产生影响；假定在网络中有n个解环节点，就可以做出n2条曲线，将这些线的斜率分别作为修正矩阵X的元素，即可获得多环情况下天然气系统补偿气流法的修正矩阵；公式(8)可以简化的写成：ΔΠ＝XΔI
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)其中：ΔΠ为解环处气压的平方差；ΔI为气流量补偿量向量；X表示修正矩阵，其阶数即为网络中环的个数；步骤4：对电气综合能源系统间耦合部分进行求解计算；综合步骤1-3实现基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法；步骤401：系统间耦合部分建模求解；采用微型燃气轮机实现电-气综合能源系统的耦合；燃气轮机组的工作特性由下式描
述：其中，L为天然气流量(m3/s)，q为天然气热值(KJ/m3)，η为转换效率；步骤402：电-气综合能源系统前推回代潮流计算方法；首先采用步骤1所述方法计算城市配电网潮流，接着将电力系统平衡节点所需电功率通过耦合元件折算消耗的天然气流量，最后确定天然气负荷节点负荷，采用步骤3的算法，对天然气网络进行解环，并通过补偿气流法加以求解，实现了基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代法的求解。2.根据权利要求1所述的一种基于补偿气流法的电-气综合能源系统前推回代算法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤101：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫东，马俊，胡幸集，申家锴，任岷，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：