计及能源集站状态变量的电-气耦合网络能量流求解方法技术

本公开提出了计及能源集站状态变量的电

【技术实现步骤摘要】
计及能源集站状态变量的电
‑
气耦合网络能量流求解方法


[0001]本公开属于综合能源系统多能流计算领域，尤其涉及计及能源集站状态变量的电
‑
气耦合网络能量流求解方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]天然气作为一种洁净环保的优质能源，无毒害且具有较高的热值，近年来通过燃气轮机发电比重逐步提高，而电力系统与天然气系统之间的联系也越来越紧密，因此有必要分析含电、气子系统的IEGS(Integrated Electricity and Natural Gas Systems)能流耦合与转化关系。此外，集成了多种能源转换设备模型的能源集站EH进一步加深了系统之间的耦合。电力系统和天然气系统组成的IEGS系统的构建是“能源互联网”的重要组成部分，在此基础上进行能量流计算得到整个系统运行状态，为后续系统的优化分析奠定了基础。
[0004]文献《区域综合能源系统若干问题研究》围绕综合能源系统通用建模理论、综合仿真理论与方法以及系统的优化运行与控制等方面的问题进行了归纳和分析；文献《含P2H、P2G电气热综合能源系统多能流算法》基于各设备和系统模型，提出了适用于综合能源系统能量流计算的统一算法和交替迭代法；文献《天然气
‑
电力混合系统分析方法研究》将牛顿节点法和网孔法推广至天然气系统，建立了能量流统一求解模型；文献《不同运行模式下区域综合能源系统多能流计算方法》分析了以热定电等不同运行模式下综合能源系统的能流计算方法并给出了算法流程；上述文献均对综合能源系统进行了建模分析，但由于综合能源系统中能流之间耦合关系较为密切且网络中的耦合设备较多，建模复杂，因而需寻求更为简化的求解模型。
[0005]文献《区域综合能源系统电/气/热混合潮流算法研究》、《考虑天然气网络状态的电力
–
天然气区域综合能源系统稳态分析》分析了几种不同的能源集站EH(Energy Hub)模型并介绍了不同耦合方式下的IEGS系统能量流计算流程；文献《电
‑
气混联综合能源系统概率能量流分析》考虑系统中的加压站和能源集站以及燃气轮机，应用蒙特卡洛法求解IEGS概率能量流；文献《A Unified gas and power flow analysis in natural gas and electricity coupled networks》采用了分布式平衡节点方法，建立了统一框架下的电
‑
气多能流方程，使用统一算法对多能流进行求解，并考虑了温度对天然气网络的影响。采用能源集站模型虽可简化网络中设备的建模过程，但是，上述研究并未充分考虑有关能源集站的状态变量在多能流统一求解算法中对于能流迭代的影响，在潮流迭代中EH的输入量随其输出量即电、热负荷改变会产生变化，而EH的输入变化又会引起IEGS中电网潮流和天然气能流的分布，所以IEGS的多能流统一算法须将EH的状态变量考虑其中，文献《电
‑
气混联综合能源系统概率能量流分析》讨论了有关EH状态量的系统模型，但其侧重于对系统中不确定因素以及概率能流量的分析，并未对综合能源系统多能流求解进行详细的分析，且涉及
算法较为复杂，迭代收敛性较差。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本公开提供了计及能源集站状态变量的电
‑
气耦合网络能量流求解方法，IEGS系统多能流求解计算模型较为简化，可以简明准确地表达能流之间的耦合与转化关系。
[0007]为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]第一方面，公开了计及能源集站状态变量的电
‑
气耦合网络能量流求解方法，包括：
[0009]建立能够反应电、气能流耦合与转换关系的能源集站模型；
[0010]基于能源集站模型，考虑网络中的燃气轮机以及电压缩机设备，在原有子系统状态变量的基础上，加上能源集站的电、气输入变量与电、热输出变量，推导其雅可比矩阵与迭代关系，建立IEGS多能流统一求解模型，求解获得系统的电压、相角、节点压力、流量计算结果。
[0011]进一步的技术方案，具体求解过程为：
[0012]输入电、气网络及EH的所有参数；
[0013]根据初始数据计算IEGS的功率、流量初始不平衡量；
[0014]判断各不平衡量是否满足收敛条件，若满足则直接跳出循环；若不满足，形成雅克比矩阵，进一步计算得到系统的状态量包括电压、相角、节点压力的偏差并进行更新，然后根据新的状态量计算IEGS的功率、流量不平衡，直到满足收敛条件；
[0015]迭代结束，输出系统的电压、相角、节点压力、流量等计算结果。
[0016]进一步的技术方案，能源集站模型中，包含变压器、CHP机组以及燃气锅炉，输入输出转换关系为
[0017][0018]其中，η
T
为变压器的效率，α
CHP
为电能分配系数，1
‑
α
CHP
为天然气分配系数，η
ge
为CHP机组的电效率，η
gh
为CHP机组的热效率，η
GB
为燃气锅炉的效率。
[0019]进一步的技术方案，形成雅克比矩阵时，加入EH的输入量与输出量，构造状态变量列向量建立电
‑
气耦合的IEGS系统能量流求解计算模型，利用扩展的牛顿拉夫逊算法，形成不平衡量对状态变量的雅可比矩阵。
[0020]进一步的技术方案，能源集站模型的转换矩阵用于调节网络中的耦合设备参数。
[0021]进一步的技术方案，加上能源集站的电、气输入变量与电、热输出变量，具体为根据电力系统中的节点功率平衡以及气网的节点流量方程来增加。
[0022]进一步的技术方案，能量流统一求解模型为：
[0023][0024]其中，x
e
,x
g
,x
EH
为各子网络及能源集站的状态变量(V、θ、Π、P
e
、P
g
)；ΔF为系统的不平衡量，J为推广的雅可比矩阵。
[0025]第二方面，公开了计及能源集站状态变量的电
‑
气耦合网络能量流求解系统，包括：
[0026]能源集站模型建立模块，用于建立能够反应电、气能流耦合与转换关系的能源集站模型；
[0027]求解模型建立模块，用于基于能源集站模型，考虑网络中的燃气轮机以及电压缩机设备，在原有子系统状态变量的基础上，加上能源集站的电、气输入变量与电、热输出变量，推导其雅可比矩阵与迭代关系，建立IEGS多能流统一求解模型，求解获得系统的电压、相角、节点压力、流量计算结果。
[0028]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0029](1)本专利技术的IEGS系统多能流求解计算模型较为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.计及能源集站状态变量的电
‑
气耦合网络能量流求解方法，其特征是，包括：建立能够反应电、气能流耦合与转换关系的能源集站模型；基于能源集站模型，考虑网络中的燃气轮机以及电压缩机设备，在原有子系统状态变量的基础上，加上能源集站的电、气输入变量与电、热输出变量，推导其雅可比矩阵与迭代关系，建立IEGS多能流统一求解模型，求解获得系统的电压、相角、节点压力、流量计算结果。2.如权利要求1所述的计及能源集站状态变量的电
‑
气耦合网络能量流求解方法，其特征是，具体求解过程为：输入电、气网络及EH的所有参数；根据初始数据计算IEGS的功率、流量初始不平衡量；判断各不平衡量是否满足收敛条件，若满足则直接跳出循环；若不满足，形成雅克比矩阵，进一步计算得到系统的状态量包括电压、相角、节点压力的偏差并进行更新，然后根据新的状态量计算IEGS的功率、流量不平衡，直到满足收敛条件；迭代结束，输出系统的电压、相角、节点压力、流量等计算结果。3.如权利要求1所述的计及能源集站状态变量的电
‑
气耦合网络能量流求解方法，其特征是，能源集站模型中，包含变压器、CHP机组以及燃气锅炉，输入输出转换关系为其中，η
T
为变压器的效率，α
CHP
为电能分配系数，1
‑
α
CHP
为天然气分配系数，η
ge
为CHP机组的电效率，η
gh
为CHP机组的热效率，η
GB
为燃气锅炉的效率。4.如权利要求1所述的计及能源集站状态变量的电
‑
气耦合网络能量流求解方法，其特征是，形成雅克比矩阵时，加入EH的输入量与输出量，构造状态变量列向量建立电
‑
气耦合的IEGS系统能量流求解计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，张萌，董雪涛，徐志，姜凡，孔祥昊，王成福，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司，
类型：发明
国别省市：