一种电-气耦合系统骨干网架重构方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电

【技术实现步骤摘要】
一种电
‑
气耦合系统骨干网架重构方法


[0001]本专利技术属于电力系统、综合能源系统
的一种骨干网架重构方法，具体涉及了一种电
‑
气耦合系统骨干网架重构方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着天然气发电占比的逐渐增大和电转气技术的不断成熟，电力系统和天然气系统的耦合程度不断加深，电力系统和天然气系统的运行状态相互依赖、相互影响。然而，这种相互依赖特性可能会使得任一子系统的故障通过耦合设备传播到另一个系统，引起大范围故障。然而，针对电
‑
气耦合系统大范围故障后如何快速重构骨干网架、恢复电力负荷和天然气负荷还缺少有效的方法。
[0003]目前大多数骨干网架重构方法仅仅针对单一能源系统，如电力系统骨干网络重构，主要包括基于复杂网络理论或基于电力系统运行分析理论的重构方法，实现电力系统大范围停电后的快速恢复。但是这类方法无法有效应用于电
‑
气耦合系统，因为电力系统和天然气系统的相互依赖，会给骨干网架带来新的变化。例如，电力系统中含燃气机组的电节点的恢复依赖于天然气系统中的天然气燃料供应的恢复，而天然气系统中含电转气设备的气节点的恢复依赖于电力系统中的电力负荷供应的恢复。
[0004]因此，在进行电
‑
气耦合系统骨干网架重构时，不仅需要考虑电力系统和天然气系统自身的运行特性，还需要兼顾两个系统之间相互依赖、相互影响的特性。提出一种电
‑
气耦合系统骨干网架重构方法，实现电
‑
气耦合系统大范围故障后整体的骨干网架重构，通过增加电力线路维修资源数量、加粗电力线路、增加天然气管道维修资源数量、加厚天然气管道等措施，有效提升电
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气耦合系统的恢复能力。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种电
‑
气耦合系统骨干网架重构方法。
[0006]本专利技术能够获得电
‑
气耦合系统大范围故障后的骨干网架，按照所得到的电力线路、电节点、天然气管道、气节点的恢复控制结果，重构电
‑
气耦合系统骨干网架，快速恢复系统中的电力负荷和天然气负荷，增强系统的恢复能力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的具体技术方案是包括以下步骤：
[0008]步骤1：建立故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型，电
‑
气耦合系统发生故障后，确定发生故障后的电
‑
气耦合系统的初始运行状态；
[0009]步骤2：基于故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型，计算电
‑
气耦合系统中各电节点和气节点的重要度；
[0010]步骤3：基于各电节点的重要度和气节点的重要度，建立电
‑
气耦合系统骨干网架重构模型的目标函数；
[0011]步骤4：根据故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型和初始运行状态，建立电
‑
气耦
合系统骨干网架重构模型的约束条件；
[0012]步骤5：利用初始运行状态、约束条件和目标函数对故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型进行计算，得到恢复控制结果，利用恢复控制结果重构故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型获得电
‑
气耦合系统骨干网架重构模型，按照电
‑
气耦合系统骨干网架重构模型对故障后的电
‑
气耦合系统进行骨干网架重构。
[0013]所述的电
‑
气耦合系统主要由电力系统通过电
‑
气耦合设备与天然气系统相连组成；
[0014]电力系统包括电节点和电力线路；电节点指电力系统中的电负荷设备，电负荷设备包括电转气设备和非电转气设备；发电机组和变电站设置在电节点上，其中，发电机组包括燃气机组和非燃气机组；电节点之间通过电力线路连接，每条电力线路两端的电节点分别称为首端电节点和末端电节点；
[0015]天然气系统包括气节点和天然气管道；气节点指天然气系统中的气负荷设备，气负荷设备包括气转电负荷设备和非气转电负荷设备；气源设备和压缩机设备设置在气节点上，其中，气源设备包括常规气源和电转气设备两种；气节点之间通过天然气管道连接，每条天然气管道两端的气节点分别称为首端气节点和末端气节点；
[0016]电
‑
气耦合设备包括燃气机组依赖链接和电转气设备依赖链接，天然气系统的气节点通过燃气机组依赖链接向电力系统中的燃气机组传输发电的天然气燃料，电力系统中的电节点通过电转气设备依赖链接向电转气设备传输正常工作所需要的电力负荷。
[0017]所述的步骤1具体为：
[0018]故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型包括故障前的电力系统网络拓扑模型、故障前的天然气系统网络拓扑模型和电
‑
气耦合设备网络拓扑模型；
[0019]步骤1.1：建立故障前的电力系统网络拓扑模型，通过以下公式进行设置：
[0020][0021]其中，表示故障前的电力系统网络拓扑集合，I表示电节点集合，L表示电力线路集合；
[0022]步骤1.2：建立故障前的天然气系统网络拓扑模型，通过以下公式进行设置：
[0023][0024]其中，表示故障前的天然气系统网络拓扑集合，J表示气节点集合，P表示天然气管道集合；
[0025]步骤1.3：建立电
‑
气耦合设备网络拓扑模型，通过以下公式进行设置：
[0026]Ξ＝{Ξ
gfu
,Ξ
ptg
}(3)
[0027]其中，Ξ表示电
‑
气耦合设备网络拓扑集合；Ξ
gfu
表示燃气机组依赖链接集合；Ξ
ptg
表示电转气设备依赖链接集合；
[0028]步骤1.4：电
‑
气耦合系统发生故障后，电力系统和天然气系统均包括故障部分和正常工作部分，将电力系统和天然气系统中正常工作部分的运行参数作为初始运行状态。
[0029]所述步骤2具体为：
[0030]步骤2.1：基于故障前的电力系统网络拓扑模型计算各电节点的重要度，通过以下公式进行设置：
[0031][0032]其中，Λ
e,i
表示电节点i的重要度；λ
e,i
表示电节点i的优先恢复系数；κ
e
表示发电机组恢复偏重系数；表示电节点i的发电容量；表示电节点i发生故障前的电力负荷；k
i
表示电节点i的拓扑度数；i表示电节点的序数；
[0033]步骤2.2：基于故障前的天然气系统网络拓扑模型计算各气节点的重要度，通过以下公式进行设置：
[0034][0035]其中，Λ
g,j
表示气节点j的重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电
‑
气耦合系统骨干网架重构方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型，电
‑
气耦合系统发生故障后，确定发生故障后的电
‑
气耦合系统的初始运行状态；步骤2：基于故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型，计算电
‑
气耦合系统中各电节点和气节点的重要度；步骤3：基于各电节点的重要度和气节点的重要度，建立电
‑
气耦合系统骨干网架重构模型的目标函数；步骤4：根据故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型和初始运行状态，建立电
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气耦合系统骨干网架重构模型的约束条件；步骤5：利用初始运行状态、约束条件和目标函数对故障前的电
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气耦合系统网络拓扑模型进行计算，得到恢复控制结果，利用恢复控制结果重构故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型获得电
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气耦合系统骨干网架重构模型，按照电
‑
气耦合系统骨干网架重构模型对故障后的电
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气耦合系统进行骨干网架重构。2.根据权利要求1所述的一种电
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气耦合系统骨干网架重构方法，其特征在于：所述的电
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气耦合系统主要由电力系统通过电
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气耦合设备与天然气系统相连组成；电力系统包括电节点和电力线路；电节点指电力系统中的电负荷设备，电负荷设备包括电转气设备和非电转气设备；发电机组和变电站设置在电节点上，其中，发电机组包括燃气机组和非燃气机组；电节点之间通过电力线路连接，每条电力线路两端的电节点分别称为首端电节点和末端电节点；天然气系统包括气节点和天然气管道；气节点指天然气系统中的气负荷设备，气负荷设备包括气转电负荷设备和非气转电负荷设备；气源设备和压缩机设备设置在气节点上，其中，气源设备包括常规气源和电转气设备两种；气节点之间通过天然气管道连接，每条天然气管道两端的气节点分别称为首端气节点和末端气节点；电
‑
气耦合设备包括燃气机组依赖链接和电转气设备依赖链接，天然气系统的气节点通过燃气机组依赖链接向电力系统中的燃气机组传输发电的天然气燃料，电力系统中的电节点通过电转气设备依赖链接向电转气设备传输正常工作所需要的电力负荷。3.根据权利要求1所述的一种电
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气耦合系统骨干网架重构方法，其特征在于：所述的步骤1具体为：故障前的电
‑
气耦合系统网络拓扑模型包括故障前的电力系统网络拓扑模型、故障前的天然气系统网络拓扑模型和电
‑
气耦合设备网络拓扑模型；步骤1.1：建立故障前的电力系统网络拓扑模型，通过以下公式进行设置：其中，表示故障前的电力系统网络拓扑集合，I表示电节点集合，L表示电力线路集合；步骤1.2：建立故障前的天然气系统网络拓扑模型，通过以下公式进行设置：其中，表示故障前的天然气系统网络拓扑集合，J表示气节点集合，P表示天然气管道集合；
步骤1.3：建立电
‑
气耦合设备网络拓扑模型，通过以下公式进行设置：Ξ＝{Ξ
gfu
,Ξ
ptg
} (3)其中，Ξ表示电
‑
气耦合设备网络拓扑集合；Ξ
gfu
表示燃气机组依赖链接集合；Ξ
ptg
表示电转气设备依赖链接集合；步骤1.4：电
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气耦合系统发生故障后，电力系统和天然气系统均包括故障部分和正常工作部分，将电力系统和天然气系统中正常工作部分的运行参数作为初始运行状态。4.根据权利要求1所述的一种电
‑
气耦合系统骨干网架重构方法，其特征在于：所述步骤2具体为：步骤2.1：基于故障前的电力系统网络拓扑模型计算各电节点的重要度，通过以下公式进行设置：其中，Λ
e,i
表示电节点i的重要度；λ
e,i
表示电节点i的优先恢复系数；κ
e
表示发电机组恢复偏重系数；表示电节点i的发电容量；表示电节点i发生故障前的电力负荷；k
i
表示电节点i的拓扑度数；i表示电节点的序数；步骤2.2：基于故障前的天然气系统网络拓扑模型计算各气节点的重要度，通过以下公式进行设置：其中，Λ
g,j
表示气节点j的重要度；λ
g,j
表示气节点j的优先恢复系数；κ
g
表示气源设备恢复偏重系数；表示气节点j的天然气产出容量；表示气节点j发生故障前的天然气负荷；k
j
表示气节点j的拓扑度数；j表示气节点的序数。5.根据权利要求1所述的一种电
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气耦合系统骨干网架重构方法，其特征在于：所述步骤3具体为：以电节点的重要度和气节点的重要度之和最大为电
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气耦合系统骨干网架重构的目标，建立电
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气耦合系统骨干网架重构模型的目标函数，通过以下公式进行设置：其中，r表示电
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气耦合系统骨干网架重构模型的目标函数；β
e,i
表示电节点i的恢复控制变量；β
g,j
表示气节点j的恢复控制变量。6.根据权利要求1所述的一种电
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气耦合系统骨干网架重构方法，其特征在于：所述步骤4具体为：初始运行状态包括初始正常电节点、初始正常电力线路、初始正常气节点、初始正常天然气管道组成的集合Ω
black
，电力线路维修资源数量R
e
和天然气管道维修资源数量R
g
；约束条件具体包括：恢复资源约束、逻辑约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束、电力
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天然气相互依赖约束和拓扑连通性约束；
步骤4.1：根据电力线路维修资源数量R
e
和天然气管道维修资源数量R
g
，建立电
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气耦合系统骨干网架重构的恢复资源约束，通过以下公式进行设置：系统骨干网架重构的恢复资源约束，通过以下公式进行设置：其中，α
e,l
表示电力线路l的恢复控制变量；α
g,p
表示天然气管道p的恢复控制变量；l表示电力线路的序数；p表示天然气管道的序数；步骤4.2：建立电
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气耦合系统骨干网架重构的逻辑约束，通过以下公式进行设置：气耦合系统骨干网架重构的逻辑约束，通过以下公式进行设置：其中，E1(i)表示所有首端节点为电节点i的电力线路的集合；E2(i)表示所有末端节点为电节点i的电力线路的集合；E1(j)表示所有首端节点为气节点j的天然气管道的集合；E2(j)表示所有末端节点为气节点j的天然气管道的集合；l∈{E1(i),E2(i)}表示所有与电节点i相连的电力线路的集合；p∈{E1(j),E2(j)}表示所有与气节点j相连的天然气管道的集合；步骤4.3：根据故障前的电力系统网络拓扑模型、初始正常电节点和初始正常电力线路，建立电
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁一，桑茂盛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：