一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法技术

本发明专利技术公开了综合能源技术领域的一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，包括如下步骤：建立天然气系统气惯性模型；建立计及多能惯性的功率支撑模型；建立初始的多能惯性功率支撑模型，以惯性支撑总成本最小为优化目标，建立最终优化后的多能惯性功率支撑模型。本发明专利技术充分挖掘了热力系统中的热惯性以及天然气系统中的气惯性对功率缺额的支撑作用，同时在天然气网络中，考虑局部气惯性的使用对天然气网络中管道压强、流量以及气管存的影响，创新性地提出了计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，在全方位考虑多能惯性支撑方法总成本的前提下，保障系统安全经济运行，保证系统出力方案制定的准确性。保证系统出力方案制定的准确性。保证系统出力方案制定的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法


[0001]本专利技术属于综合能源
，具体涉及一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源在电力系统中的大量渗透，能源输出功率的不确定性极大地降低了电网运行的可靠性。为了保障持续可靠的电力供应，同时考虑多种能源间的灵活转换，利用电、气、热耦合的综合能源系统保障电力的可靠供应成为了当前发展的趋势。综合能源系统中的热力系统和天然气系统具有慢动态特性，其热能和天然气无需像电能一样即发即用即传输，而是可以被短暂存储或调用。因此，利用综合能源系统气热惯性支撑系统功率缺额具有极大的意义。同时由于气惯性的局部利用会影响天然气网络的整体参数，因此对天然气网络的动态特性进行建模并分析网络动态参数，以此进一步完善多能惯性支撑方法的出力方案并优化惯性支撑的总成本。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0005]一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，包括如下步骤：
[0006]根据动态特性建立天然气网络节点压强、气体流量和气管存模型，并根据惯性特性建立天然气系统气惯性模型；
[0007]先建立热力网络热惯性模型，然后在热力网络热惯性模型和天然气系统气惯性模型的基础上，建立计及多能惯性的功率支撑模型；
[0008]根据天然气网络全局动态参数，综合气惯性出力、热惯性出力和需求侧出力，计及多能惯性的功率支撑模型基础上，建立初始的多能惯性功率支撑模型，最后在保证系统可靠性水平的前提下，以惯性支撑总成本最小为优化目标，建立最终优化后的多能惯性功率支撑模型。
[0009]优选地，所述步骤1中气管存模型如下：
[0010][0011]当天然气管道内首末端流量发生改变时，管道内气管存也产生相应改变，t时刻的气管存由t时刻的首末端管道流量与t
‑
1时刻的气管存决定：
[0012][0013]节点流量由气体压强决定，节点压强与气体流量模型如下：
[0014][0015]优选地，所述步骤1中天然气系统气惯性模型如下：
[0016][0017]优选地，所述步骤2中热力网络热惯性模型由热波动在传输管道中的延时模型、热波动在传输管道中的热损失模型以及热力建筑的热损失模型组成，如下：
[0018][0019]优选地，所述步骤2中计及多能惯性的功率支撑模型如下：
[0020][0021]优选地，所述步骤3中初始的多能惯性功率支撑模型如下：
[0022][0023]优选地，所述步骤3中优化后的多能惯性功率支撑模型如下：
[0024]minCost＝C
RG
+C
RH
+C
COM
。
[0025]优选地，所述步骤3中气惯性出力成本模型如下：
[0026][0027]热惯性出力成本模型如下：
[0028][0029]需求侧出力成本模型如下：
[0030][0031]本专利技术的有益效果：
[0032]1、本专利技术充分挖掘了热力系统中的热惯性以及天然气系统中的气惯性对功率缺额的支撑作用，同时在天然气网络中，考虑局部气惯性的使用对天然气网络中管道压强、流量以及气管存的影响，创新性地提出了计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，在全方位考虑多能惯性支撑方法总成本的前提下，保障系统安全经济运行，保证系统出力方案制定的准确性。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本专利技术方法的流程图；
[0035]图2是本专利技术中天然气网络动态参数示意图；
[0036]图3是本专利技术中天然气系统气惯性原理图；
[0037]图4是本专利技术中负荷群位置示意图；
[0038]图5是本专利技术中故障前后天然气网络动态变化示意图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]请参阅图1所示，本专利技术提出一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，包括如下步骤：
[0041]步骤1、对天然气网络的动态特性与惯性特性进行建模；
[0042]步骤1具体包括以下步骤：
[0043]步骤1.1、建立考虑动态特性的天然气网络节点压强、气体流量与气管存模型：
[0044]天然气网络动态参数如图2所示。由于天然气的动态特性，气体管道首末端流量通常不一致，管道首端流量高于末端流量，管道中滞留了一定量的天然气，这部分管道中的天然气为气管存，气管存模型建立如下：
[0045][0046]式中，ρ0为标准情况下天然气密度，为天然气管道mn的长度和直径，为t时刻管道内气管存，T
G
为天然气温度，R
M
为气体常数与摩尔质量之比，Z为天然气压缩系数，为天然气管道内的平均压强，为天然气网络节点m/n处节点压强，则表示为
[0047]当天然气管道内首末端流量发生改变时，管道内气管存也产生相应改变。t时刻的气管存由t时刻的首末端管道流量与t
‑
1时刻的气管存决定：
[0048][0049]式中，为t
‑
1时刻管道内气管存，为t时刻管道mn首端/末端流量。
[0050]考虑天然气网络中没有压缩机，在稳态条件下，管道首末端气体流量保持一致，节点流量由气体压强决定，故节点压强与气体流量模型如下：
[0051][0052]式中，为标准情况下的天然气压强.为标准情况下的天然气温度.为标准情况下的天然气压缩系数，为管道mn内的天然气流量，λ为管道摩擦系数。
[0053]考虑天然气网络动态特性后，管道首末端流量不再保持一致，上述节点压强与气体流量模型完善如下：
[0054][0055]式中，为管道内平均流量，表示为
[0056]步骤1.2、建立考虑惯性特性的天然气系统气惯性模型：
[0057]天然气系统气惯性原理图如图3所示。气惯性为天然气系统抵御外界功率波动对自身网络影响的能力。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。负荷侧需求产生波动，引起管道末端流量发生突变，管道释放气管存供给负荷紧急需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据动态特性建立天然气网络节点压强、气体流量和气管存模型，并根据惯性特性建立天然气系统气惯性模型；步骤2、先建立热力网络热惯性模型，然后在热力网络热惯性模型和步骤1建立的天然气系统气惯性模型的基础上，建立计及多能惯性的功率支撑模型；步骤3、根据天然气网络全局动态参数，综合气惯性出力、热惯性出力和需求侧出力，在步骤2中计及多能惯性的功率支撑模型基础上，建立初始的多能惯性功率支撑模型，最后在保证系统可靠性水平的前提下，以惯性支撑总成本最小为优化目标，建立最终优化后的多能惯性功率支撑模型。2.根据权利要求1所述的一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，其特征在于，所述步骤1中气管存模型如下：式中，ρ0为标准情况下天然气密度，为天然气管道mn的长度和直径，为t时刻管道内气管存，T
G
为天然气温度，R
M
为气体常数与摩尔质量之比，Z为天然气压缩系数，为天然气管道内的平均压强，为天然气网络节点m/n处节点压强，则表示为当天然气管道内首末端流量发生改变时，管道内气管存也产生相应改变，t时刻的气管存由t时刻的首末端管道流量与t
‑
1时刻的气管存决定：式中，为t
‑
1时刻管道内气管存，为t时刻管道mn首端/末端流量；节点流量由气体压强决定，节点压强与气体流量模型如下：式中，为标准情况下的天然气压强，为标准情况下的天然气温度，为标准情况下的天然气压缩系数，λ为管道摩擦系数，为管道内平均流量，表示为3.根据权利要求1所述的一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，其特征在于，所述步骤1中天然气系统气惯性模型如下：
式中，P
out
(t)为t时刻管道末端压强，A为管道截面积，L为管道长度，P
in
为管道首端压强，q1为负荷变化前流量，q2为负荷变化后流量。q1/q2为公式的两个正根，D为管道内径。4.根据权利要求1所述的一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，其特征在于，所述步骤2中热力网络热惯性模型由热波动在传输管道中的延时模型、热波动在传输管道中的热损失模型以及热力建筑的热损失模型组成，如下：式中，τ
p
为热波动在传输管道中的延时，l
p
为传输管道的长度，v
p
为热水流速，μ
p
为传输管道的热损耗率，H
loss，p
为传输管道的热损失，H
loss，b
为热力建筑的热损失，ε
loss
为热力建筑的散热系数，T
b，t
为热力建筑的室内温度，T
out，t
为热力建筑的室外温度。5.根据权利要求1所述的一种计及天然气网络动态参数的多能惯性支撑方法，其特征在于，所述步骤2中计及多能惯性的功率支撑模型如下：式中，M1、N1、u1、v1为热惯性功率支撑模型常数系数，I
h
(t
h
)为热惯性在支撑时长为t
h
时能够提供的支撑功率，M2、N2、u2、v2为气惯性功率支撑模型常数系数，I
g...

【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，
类型：发明
国别省市：