一种电-气区域综合能源系统多能流计算收敛调整方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电

【技术实现步骤摘要】
一种电
‑
气区域综合能源系统多能流计算收敛调整方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统工程
，尤其是涉及电
‑
气区域综合能源系统多能流计算收敛调整方法。

技术介绍

[0002]综合能源系统(integrated energy system，IES)可实现电能、天然气能源和热能等多能源的协同供应，有效提高分布式可再生能源的就地消纳能力，在满足用户需求的前提下减少对外电网的依赖，得到了广泛的研究与关注。电
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气区域综合能源系统由电力系统、天然气系统及能量中心构成，主要实现区域范围内配电网、配气网、区域能量中心及其他区域能源系统之间的互补支撑。电
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气区域综合能源系统中，电/气耦合环节是通过能量中心实现的，其负责电/气能源的转换、分配和存储。能量中心存在不同的结构和组成方式，可用能源集线器(energy hub，EH)来描述其中的能源耦合关系。EH可运行于2种模式：以热定电(following the thermal load，FTL)和以电定热(following the electric load，FEL)。
[0003]IES确定性多能流计算是在某一确定的工况下，根据系统中部分已知信息求取节点电压/压力、支路电功率/流量等状态参数，从而确定出整个系统的运行状态。确定性多能流计算是IES分析与运行的重要基础，可为其设备选址定容、运行决策和故障分析等提供依据。随着能源形态与规模的发展，电
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气区域综合能源系统内多能源之间的耦合不断加深，耦合元件EH数量不断增加，各种形式的负荷不断加剧，容易出现潮流计算不收敛的情况。因此，亟需研究电
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气区域综合能源系统多能流计算不收敛问题及其调整方法。
[0004]目前，国内外对于IES多能流计算与分析的研究主要集中于确定性多能流、最优多能流、概率多能流的计算和算法上。然而对于IES多能流计算收敛性问题及收敛调整方法的研究较少。已有的能流计算收敛调整方法研究大多针对于高压输电网。在数学的层面出发，电力系统潮流求解本质为多元非线性方程组的求解。其潮流计算不收敛主要有2种情况：一是算法本身的收敛性不足，计算不出潮流解，称为病态潮流问题；二是潮流方程组本身无解，称为潮流无解问题。然而，在电
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气区域综合能源系统中，电力系统为配电网，不同于高压输电网，配电网线路电阻和电抗数值接近，有功功率和无功功率耦合性较强，导致节点注入有功功率变化和无功功率变化共同影响节点电压幅值大小；其含天然气系统，存在耦合电、气能源的EH，导致能流计算的状态变量和控制变量多且耦合关系较复杂。上述特点使得电
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气区域综合能源系多能流计算不收敛机理及无解调整方法不同于高压输电网。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种电
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气区域综合能源系统多能流计算收敛调整方法，包括如下步骤：
[0006]1)基于EH的节点处理，采用牛顿
‑
拉夫逊法进行电
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气区域综合能源系统多能流解耦计算；
[0007]2)分开对电力系统和天然气系统的能流计算进行收敛性判定，及不平衡量类型与主要节点的识别；
[0008]3)进行收敛解耦调整：若为有功功率不平衡采用EH平衡机调整方式，若为无功功率不平衡或轻微有功功率不平衡采用电力节点类型转换调整方式，若为流量不平衡采用天然气节点压力调整方式。
[0009]其中，所述的基于EH的节点处理，采用牛顿
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拉夫逊法进行电
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气区域综合能源系统多能流解耦计算，包括如下步骤：
[0010]对电
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气区域综合能源系统进行潮流计算节点类型处理，将天然气系统中的气源处理为气平衡节点，其余节点处理为气负荷节点；将电力系统中节点类型处理为电力平衡节点、PQ节点、PV节点；进行耦合元件EH解耦处理：对于天然气系统将其处理为气负荷节点，对于电力系统，将承担电力功率平衡的EH处理为电力平衡节点，其它情况下处理为PQ节点；
[0011]进行EH的节点处理后，采用牛顿
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拉夫逊法解耦求解电
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气区域综合能源系统多能流：EH作为电力平衡节点下，先求解电力系统，再依次求解EH和天然气系统；EH作为PQ节点下，先求解EH，再分开求解电力系统和天然气系统。
[0012]其中，所述的分开对电力系统和天然气系统的能流计算进行收敛性判定，及不平衡量类型与主要节点的识别，具体如下：
[0013]从数学角度看，基于电气解耦的电
‑
气区域综合能源系统多能流计算的本质是求解非线性方程组；基于解耦计算和牛顿
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拉夫逊法下电
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气区域综合能源系统多能流模型可写为
[0014]f(x)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015]其中，f(x)为有功、无功功率、天然气流量函数矩阵，x为系统待求的状态变量向量；
[0016]由此，多能流不收敛的主要因素包括电力有功功率不平衡、电力无功功率不平衡、天然气流量不平衡；不平衡的程度可用不平衡量来描述，求解式(1)过程中电力系统和天然气系统第k次迭代的不平衡量可统一简写为
[0017]Δf
(k)
＝0
‑
f(x
(k)
)＝JΔx
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0018]其中，Δf为有功功率、无功功率、天然气流量不平衡量，Δx为状态变量的修正量，J为雅克比矩阵；
[0019]Δx
(k)
表示状态变量在相邻两次迭代计算之间变化的差值，当|Δx
(k)
|逐渐趋于减小时，能够反映状态变量的变化逐渐趋于稳定；当|Δf
(k)
|逐渐趋于减小时，说明在该迭代过程中有功、无功功率、天然气流量的迭代计算值正逐渐向其实际注入值逼近，由此，Δf
(k)
较Δx
(k)
更具有明确的实际意义；进而提出由|Δf
(k)
|的最大值|Δf
(k)
|
max
进行能流计算不收敛判定、不收敛下的不平衡量类型与主要节点的识别，具体包括：
[0020]1)分开对电力系统和天然气系统的能流计算进行收敛性判定及不平衡量类型与主要节点的识别；
[0021]2)当|Δf
(k)
|
max
在迭代过程中逐渐减小并最终减小至满足精度要求时，则能流计算判定为收敛；当|Δf
(k)
|
max
出现振荡并在规定的迭代次数下始终无法减小至满足精度要求，则能流计算判定为不收敛；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电
‑
气区域综合能源系统多能流计算收敛调整方法，其特征在于，所述一种电
‑
气区域综合能源系统多能流计算收敛调整方法包括如下步骤：1)基于EH的节点处理，采用牛顿
‑
拉夫逊法进行电
‑
气区域综合能源系统多能流解耦计算；2)分开对电力系统和天然气系统的能流计算进行收敛性判定，及不平衡量类型与主要节点的识别；3)进行收敛解耦调整：若为有功功率不平衡采用EH平衡机调整方式，若为无功功率不平衡或轻微有功功率不平衡采用电力节点类型转换调整方式，若为流量不平衡采用天然气节点压力调整方式。2.根据权利要求1所述的分开对电力系统和天然气系统的能流计算进行收敛性判定，及不平衡量类型与主要节点的识别，包括如下步骤：基于解耦和牛顿
‑
拉夫逊法的电
‑
气区域综合能源系统多能流计算下，能流不收敛的主要因素包括电力有功功率不平衡、电力无功功率不平衡、天然气流量不平衡；不平衡的程度可用不平衡量来描述，求解过程中电力系统和天然气系统第k次迭代的不平衡量可统一简写为Δf
(k)
＝0
‑
f(x
(k)
)＝JΔx
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，f(x)为有功、无功功率、天然气流量函数矩阵，Δf为有功功率、无功功率、天然气流量不平衡量，x为系统待求的状态变量向量，Δx为状态变量的修正量，J为雅克比矩阵；由|Δf
(k)
|的最大值|Δf
(k)
|
max
进行能流计算不收敛判定、不收敛下的不平衡量类型与主要节点的识别，具体包括：1)分开对电力系统和天然气系统的能流计算进行收敛性判定及不平衡量类型与主要节点的识别；2)当|Δf
(k)
|
max
在迭代过程中逐渐减小并最终减小至满足精度要求时，则能流计算判定为收敛；当|Δf
(k)
|
max
出现振荡并在规定的迭代次数下始终无法减小至满足精度要求，则能流计算判定为不收敛；3)能流不收敛下，取迭代计算过程中|Δf
(k)
|
max
最小的一次迭代，该次迭代的计算值最接近于实际注入值；电
‑
气区域综合能源系统中的电力系统为配电网，对于电力系统，若|Δf
(k)
|
max
为有功不平衡量，则认为电力系统能流计算不收敛的因素为有功功率不平衡；若|Δf
(k)
|
max
为无功不平衡量，则认为能流计算不收敛的因素为无功功率不平衡；对于天然气系统，若|Δf
(k)
|
max
为流量不平衡量，则认为天然气系统能流计算不收敛的因素为流量不平衡；4)取迭代计算过程中|Δf
(k)
|
max
最小的一次迭代，再取该次迭代中|Δf
(k)
|较大的节点，这些节点上的不平衡量较大，则认为其是导致能流计算不收敛的主要节点。3.根据权利要求1所述的进行收敛解耦调整：若为有功功率不平衡采用EH平衡机调整方式，若为无功功率不平衡或轻微有功功率不平衡采...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭寒梅，彭紫洁，王维首，贺玮煜，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：