一种适用于电-气耦合系统的准稳态仿真方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于电

【技术实现步骤摘要】
一种适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统中网侧分布式资源优化领域，更确切地说，它涉及一种适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法。

技术介绍

[0002]全球能源结构正走在天然气消费增加的低碳转型轨道上，全球天然气需求快速增长，这是低碳转型的内在需求和外部表现。天然气管网是现代化城市居民生活和社会工业生产的一种主要配送方式，而天然气输配管网的设计和运行要求必须对系统进行可靠的水力潮流计算，从而获取必要的参数。并且，在考虑用户用气量的前提下，当一条或几条管道的使用有压力要求时，可靠的水力计算数据可以确定在这种最大承受压力下管道各个节点的压力，从而保证管网下的正常运行。同时，水力计算也用于调整各个调压阀的出口压力来适应事故工况下输送压力的要求。
[0003]电力系统主要包括电源、变压器、输电线、负荷等。而天然气系统的组成也与电力系统类似，包括气源、压缩机、输气管网与负荷。在传统的电力系统和天然气系统领域，其各自的建模与分析方法已经相对成熟：电力系统主要由潮流模型表示，主要变量有各节点的电压幅值和相角、各节点注入功率及线路有功/无功潮流等。天然气系统的主要变量为压力、流量、密度等，也推导出了稳态计算中用到的水力方程。电力系统潮流近似计算的方法有很多，如适用于支路开断模拟的直流法、分布系数法、快速解耦一次潮流法、补偿法等，以及适用于发电机开断模拟的直流法、发电量转移分布系数法等。
[0004]但是，现有的电
‑
气耦合系统的分析方法的计算速度较低且误差较大，进而电
‑
气耦合系统的建模、仿真模拟较为困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法。
[0006]第一方面，提供了一种适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法，包括：
[0007]S1、在天然气系统中，采用类电路法对天然气管道进行稳态建模；
[0008]S2、计算天然气系统中的节点压力；
[0009]S3、计算天然气系统中的支路流量。
[0010]作为优选，S1包括：
[0011]S101、对天然气管道进行了分布参数建模，表示为：
[0012][0013]其中，p为管道中某点的压力，m为管道中某点的质量流量，x为空间坐标，t为时间坐标，R0、L0、C0分别为管道中某点的单位长度气阻、气感和气容；
[0014]S102、选取稳态情形，即令所有对t的偏导数为零，并代入R0的表达式，即得到
[0015][0016]其中，λ为摩阻系数，c为输气温度下的声速，A为管道截面积，D为管道直径；管道气阻的表达式为：
[0017][0018]其中，l为管道长度；在初次迭代中，m和p选为管道在正常工作时的值。
[0019]作为优选，S2包括：
[0020]S201、将天然气系统类电路网络模型重写如下：
[0021]Zm
in
＝p
[0022]其中，Z是天然气网络的节点阻抗矩阵，可根据各管道的气阻参数求出，p是节点压力列向量，m
in
是节点注入流量列向量；
[0023]S202、转移分布因子定义由于节点注入流量的变化引起的支路流量的变化量，当节点i的注入流量变化Δm
i
时，假定其他节点的输入流量保持不变，则网络中节点气压变为：
[0024][0025]其中，是变化后的节点压力列向量，e
i
为仅在节点i对应位置有非零元1的n维单位列矢量，Z
i
为Z的第i个列矢量。
[0026]作为优选，S3中，节点i注入流量变化时气网中支路流量变为：
[0027][0028]Δm
b
＝R
‑1A
T
Z
i
Δm
i
＝SΔm
i
[0029]其中，是变化后的支路流量列向量，Δm
b
是支路流量的变化量，R为网络变化前的支路气阻矩阵，A为节点关联矩阵，S为节点注入流量的转移分布因子。
[0030]第二方面，提供了一种适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真装置，用于执行第一方面任一所述的适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法，包括：
[0031]建模模块，用于在天然气系统中，采用类电路法对天然气管道进行稳态建模；
[0032]第一计算模块，用于计算天然气系统中的节点压力；
[0033]第二计算模块，用于计算天然气系统中的支路流量。
[0034]第三方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质内存储有计算机程序；所述计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面任一所述的适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法。
[0035]第四方面，提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面任一所述的适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法。
[0036]本专利技术的有益效果是：本专利技术相比于其他算法，大幅提高了计算速度，且支路流量
的计算结果几乎无误差，对于电
‑
气耦合系统的优化与改进具有重要参考意义。
附图说明
[0037]图1为一种适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法的流程图；
[0038]图2为HU地区天然气管道结构示意图；
[0039]图3为一种适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
[0040]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。
[0041]实施例1：
[0042]本专利技术基于天然气系统的“类电路”模型，参考电力系统潮流近似计算的方法，提出了天然气系统准稳态水力近似计算的方法
‑
转移因子分布法，可适用于电
‑
气耦合系统的建模、仿真模拟等诸多场景。
[0043]具体地，如图1所示，本专利技术提供的一种适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法，包括：
[0044]S1、在天然气系统中，采用类电路法对天然气管道进行稳态建模；
[0045]S2、计算天然气系统中的节点压力；
[0046]S3、计算天然气系统中的支路流量。
[0047]S1包括：
[0048]S101、对天然气管道进行了分布参数建模，表示为：
[0049][0050]其中，p为管道中某点的压力，m为管道中某点的质量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法，其特征在于，包括：S1、在天然气系统中，采用类电路法对天然气管道进行稳态建模；S2、计算天然气系统中的节点压力；S3、计算天然气系统中的支路流量。2.根据权利要求1所述的适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法，其特征在于，S1包括：S101、对天然气管道进行了分布参数建模，表示为：其中，p为管道中某点的压力，m为管道中某点的质量流量，x为空间坐标，t为时间坐标，R0、L0、C0分别为管道中某点的单位长度气阻、气感和气容；S102、选取稳态情形，即令所有对t的偏导数为零，并代入R0的表达式，即得到其中，λ为摩阻系数，c为输气温度下的声速，A为管道截面积，D为管道直径；管道气阻的表达式为：其中，l为管道长度；在初次迭代中，m和p选为管道在正常工作时的值。3.根据权利要求2所述的适用于电
‑
气耦合系统的准稳态仿真方法，其特征在于，S2包括：S201、将天然气系统类电路网络模型重写如下：Zm
in
＝P其中，Z是天然气网络的节点阻抗矩阵，可根据各管道的气阻参数求出，p是节点压力列向量，m
in
是节点注入流量列向量；S202、转移分布因子定义由于节点注入流量的变化引起的支路流量的变化量，当节点i的注入流量变化Δm
i
时，假定其他节点的输入流量保持不变，则网络中节点气压变为：其中，是变化后的节点压力列向量，e
i
为仅在节点i对...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵申轶，林俊光，马聪，吴凡，董益华，叶飞宇，张曦，蒋月红，俞李斌，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：