一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法技术

本发明专利技术公开了一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法。首先对综合能源系统气热惯性及其统一响应形式进行建模；然后深入挖掘综合能源系统气热惯性应对电网功率缺额的支撑形式；由于热电联产机组的热电比具有可调性，综合能源气热惯性支撑电网功率缺额的形式也存在多样的灵活性。在保障电网可靠安全运行的前提下，本方法以最小化支撑电网功率缺额为优化目标，在计及热电联产机组热电比可调的情况下，探寻综合能源气热惯性支撑电网功率缺额的最优解。本发明专利技术为应对电网功率缺额的综合能源惯性支撑方法提供了一种新思路。合能源惯性支撑方法提供了一种新思路。合能源惯性支撑方法提供了一种新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法


[0001]本专利技术涉及一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法，属于综合能源


技术介绍

[0002]电气热耦合的综合能源系统具有多能源互补特性，有助于提高能源利用效率。然而，综合能源多能耦合的复杂性和可再生能源发电的不确定性的增加都威胁着综合能源的可靠运行。因此，充分利用综合能源系统中气热系统的惯性资源应对紧急功率缺额故障成为当下研究热点。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法，充分利用热电联产机组的灵活性与综合能源气热惯性相似的支撑特性，全方位考虑系统应对功率缺额的总成本，在保障系统安全运行的前提下提高系统运行经济性。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005]一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法。包括如下步骤：
[0006]S1.对综合能源气热惯性进行建模，具体包括：
[0007]S11.建立天然气系统天然气管道暂态响应模型；
[0008]S12.建立热力系统负荷侧温度响应模型；
[0009]S13.基于步骤S11建立的天然气管道暂态响应模型与步骤S12建立的热力系统负荷侧温度响应模型的相似响应形式，建立综合能源气热惯性统一响应模型；
[0010]S2.考虑应对电网紧急功率缺额，基于步骤S13建立的综合能源气热惯性统一响应模型构建综合能源气热惯性支撑模型，具体包括：
[0011]S21.建立典型的综合能源系统能源集线器模型；
[0012]S22.基于步骤S21建立的能源集线器模型建立应对电网功率缺额的综合能源气热惯性支撑模型；
[0013]S3.考虑热电联产机组热电比可调，综合气惯性出力、热惯性出力、发电侧出力，在步骤S22建立的综合能源气热惯性支撑模型的基础上构建考虑热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑模型，具体包括：
[0014]S31.建立热电比可调的热电联产机组供能模型；
[0015]S32.基于步骤S2建立的综合能源气热惯性支撑模型与步骤S31建立的热电联产机组供能模型，构建计及热电联产机组供能模型的综合能源惯性支撑模型。
[0016]进一步，在所述步骤S1中，对综合能源气热惯性进行建模：
[0017]步骤S11具体为：天然气管道末端负荷需求发生波动，将引起管道内气体流量以及末端压强的一系列响应；负荷需求上升/下降，使得气体流量增加/下降，引起管道末端压强的下降/上升；故天然气管道暂态响应模型如下，由于气管存与气时滞的存在末端压强响应
随流量变化呈现负指数形式，用公式表示如下：
[0018][0019]式中，P
out
(t)为t时段管道末端压强，f1为初始管道流量，f2为管道下降后流量，
[0020]a1、a2、b1、为方便计算而引入的常数，表达式分别如下：
[0021]a1＝AL/(R
M
T
g
)，
[0022]a2＝AλυL/(2DR
M
T
g
)，
[0023]b1＝λυ/(2D)，
[0024][0025]其中，R
M
为气体常数与摩尔质量之比，T
g
为天然气温度，ρ为天然气密度，υ为天然气流速，A为管道截面积，D为管道内径，λ为管道摩擦系数，为管道首端气体压强，L为天然气管道长度。
[0026]步骤S12具体为：热网注入功率发生波动，将引起负荷侧建筑室内温度的跟随波动，由于热时滞、热损耗、热模糊性的存在，负荷侧温度响应随热网注入功率波动变化呈现负指数形式，用公式表示如下：
[0027][0028]式中，H
b,1
为热功率初始值，H
b,2
为热功率下降后值，C为室内空气的比热容，M为室内空气质量，ε
loss
为建筑散热系数，T
b
(t)为室内温度，T
b
(0
‑
)为常数，T
out
为室外温度，也为常数，t为时间变量。
[0029]步骤S13具体为：在天然气系统中，气惯性的气管存特性与气时滞特性使得负荷侧功率波动被平抑，其中，气管存为管道首端的输入流量与管道末端的输出流量不同引起的滞留在管道中的气体；气时滞为缓慢的储气消耗过程引起的功率波动延时传输；在热力系统中，热惯性的热模糊性与热时滞使得热源处功率波动在负荷侧被平抑，其中，热模糊性为负荷侧对温度感知的模糊而引起的温度小范围的可波动性，热时滞为较长的热水传输管道引起的热源功率波动延时输出；对气惯性与热惯性的相似功率支撑特性进行建模如下：
[0030][0031]式中，M1、N1、u1、v1均为热惯性响应功率缺额拟合公式常数系数，具体数值取决于园区热力网络结构，R
h
(t
h
)为热惯性在响应时长为t
h
时能够提供的支撑功率，M2、N2、u2、v2均
为气惯性响应功率缺额拟合公式常数系数，具体数值取决于园区天然网络结构，R
g
(t
g
)为气惯性在响应时长为t
g
时能够提供的支撑功率。
[0032]进一步，在所述步骤S2中，考虑应对电网紧急功率缺额，基于步骤S13建立的综合能源气热惯性统一响应模型构建综合能源气热惯性支撑模型：
[0033]步骤S21具体为：综合能源系统能源集线器模型包括元件有外部电网、外部气网、光伏、变压器、电锅炉、热电联产机组、电负荷和热负荷；其中，系统由外部电网和外部天然气网供电；电负荷由外部电网、光伏、热点联产机组供电；热负荷由电锅炉和热电联产机组供给；能源集线器模型表达如下：
[0034][0035]式中，L
e
和L
h
分别为综合能源园区电负荷与热负荷，P
exe
为外部供电，P
exg
为外部进气，η
CHPH
和η
CHPE
分别为热电联产机组气热转换系数和气电转换系数，η
T
和η
EB
分别为变压器供电效率和电锅炉供电效率，ω为电能分配系数。
[0036]步骤S22具体为：惯性支撑模型综合发电侧出力，气惯性出力与热惯性出力，以最小化支撑成本为优化目标，支撑电网紧急功率缺额，用公式表示如下：
[0037]minCost(t)＝C
GR
(t)+C
HR
(t)+C
COM
(t)+C
S
(t)
[0038]式中，Cost(t)为综合能源惯性支撑总成本，C
GR
(t)为气惯性出力成本，C
HR
(t)为热惯性出力成本，C
HE
(t)为热电比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.对综合能源气热惯性进行建模，具体包括：S11.建立天然气系统天然气管道暂态响应模型；S12.建立热力系统负荷侧温度响应模型；S13.基于步骤S11建立的天然气管道暂态响应模型与步骤S12建立的热力系统负荷侧温度响应模型的相似响应形式，建立综合能源气热惯性统一响应模型；S2.考虑应对电网紧急功率缺额，基于步骤S13建立的综合能源气热惯性统一响应模型构建综合能源气热惯性支撑模型，具体包括：S21.建立典型的综合能源系统能源集线器模型；S22.基于步骤S21建立的能源集线器模型建立应对电网功率缺额的综合能源气热惯性支撑模型；S3.考虑热电联产机组热电比可调，综合气惯性出力、热惯性出力、发电侧出力，在步骤S22建立的综合能源气热惯性支撑模型的基础上构建考虑热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑模型，具体包括：S31.建立热电比可调的热电联产机组供能模型；S32.基于步骤S2建立的综合能源气热惯性支撑模型与步骤S31建立的热电联产机组供能模型，构建计及热电联产机组供能模型的综合能源惯性支撑模型。2.根据权利要求1所述的一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法，其特征在于，步骤S11具体为：天然气管道末端负荷需求发生波动，将引起管道内气体流量以及末端压强的一系列响应；负荷需求上升/下降，使得气体流量增加/下降，引起管道末端压强的下降/上升；故天然气管道暂态响应模型如下，由于气管存与气时滞的存在末端压强响应随流量变化呈现负指数形式，用公式表示如下：式中，P
out
(t)为t时段管道末端压强，f1为初始管道流量，f2为管道下降后流量，a1、a2、b1、b2为方便计算而引入的常数，表达式分别如下：a2＝AλυL/(2DR
M
T
g
)，b1＝λυ/(2D)，其中，R
M
为气体常数与摩尔质量之比，T
g
为天然气温度，ρ为天然气密度，υ为天然气流
速，A为管道截面积，D为管道内径，λ为管道摩擦系数，为管道首端气体压强，L为天然气管道长度。3.根据权利要求1或2所述的一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法，其特征在于，步骤S12具体为：热网注入功率发生波动，将引起负荷侧建筑室内温度的跟随波动，由于热时滞、热损耗、热模糊性的存在，负荷侧温度响应随热网注入功率波动变化呈现负指数形式，用公式表示如下：式中，H
b,1
为热功率初始值，H
b,2
为热功率下降后值，C为室内空气的比热容，M为室内空气质量，ε
loss
为建筑散热系数，T
b
(t)为室内温度，T
b
(0
‑
)为常数，T
out
为室外温度，也为常数，t为时间变量。4.根据权利要求3所述的一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法，其特征在于，步骤S13具体为：在天然气系统中，气惯性的气管存特性与气时滞特性使得负荷侧功率波动被平抑，其中，气管存为管道首端的输入流量与管道末端的输出流量不同引起的滞留在管道中的气体；气时滞为缓慢的储气消耗过程引起的功率波动延时传输；在热力系统中，热惯性的热模糊性与热时滞使得热源处功率波动在负荷侧被平抑，其中，热模糊性为负荷侧对温度感知的模糊而引起的温度小范围的可波动性，热时滞为较长的热水传输管道引起的热源功率波动延时输出；对气惯性与热惯性的相似功率支撑特性进行建模如下：式中，M1、N1、u1、v1均为热惯性响应功率缺额拟合公式常数系数，R
h
(t
h
)为热惯性在响应时长为t
h
时能够提供的支撑功率，M2、N2、u2、v2均为气惯性响应功率缺额拟合公式常数系数，R
g
(t
g
)为气惯性在响应时长为t
g
时能够提供的支撑功率。5.根据权利要求1所述的一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法，其特征在于，步骤S21具体为：综合能源系统能源集线器模型包括元件有外部电网、外部气网、光伏、变压器、电锅炉、热电联产机组、电负荷和热负荷；其中，系统由外部电网和外部天然气网供电；电负荷由外部电网、光伏、热点联产机组供电；热负荷由电锅炉和热电联产机组供给；能源集线器模型表达如下：式中，L
e
和Lh分别为综合能源园区电负荷与热负荷，P
exe
为外部供电，P
exg
为外部进气，η
CHPH
和η
CHPE
分别为热电联产机组气热转换系数和气电转换系数，η
T
和η
EB
分别为变压器供电效率和电锅炉供电效率，ω为电能分配系数。
6.根据权利要求5所述的一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法，其特征在于，步骤S22具体为：惯性支撑模型综合发电侧出力，气惯性出力与热惯性出力，以最小化支撑成本为优化目标，支撑电网紧急功率缺额，用公式表示如下：minCost(t)＝C
GR
(t)+C
HR
(t)+C
COM
(t)+C

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，缪蔡然，
申请(专利权)人：东南大学溧阳研究院，
类型：发明
国别省市：