一种综合能源系统小干扰失稳主导因素分析方法技术方案

本发明专利技术提供了一种综合能源系统小干扰失稳主导因素分析方法，涉及综合能源系统稳定性分析技术领域，该方法基于时域仿真法，结合模态分解的手段，计及天然气在管道中流动的动态过程，并对微型燃气轮机的模型进行改进，引入燃料控制环节的PI控制过程以体现微燃机与天然气系统间的动态过程，对电

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统小干扰失稳主导因素分析方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统稳定性分析
，尤其是涉及一种综合能源系统小干扰失稳主导因素分析方法。

技术介绍

[0002]随着电
‑
气综合能源系统中电力系统与天然气系统的耦合愈加紧密，系统间的相互作用与相互影响所引发的稳定性与安全性问题也愈发凸显。
[0003]一方面，电力系统中的故障和波动有可能通过耦合设备传递至天然气系统，引起天然气传输的波动，进而对系统整体的安全稳定运行造成影响。例如，天然气发电在配合解决可再生能源发电出力波动性与不确定性时，频繁调节与启停燃气发电机出力，造成天然气管网中出现压力和流量的快速、大幅波动。
[0004]另一方面，天然气传输过程中压力、流量等波动，以及天然气系统中发生的故障，会直接影响天然气系统输、配气安全，且波动会通过耦合设备传递至电力系统，进而危害系统整体运行的安全与稳定。
[0005]区域电
‑
气综合能源系统是电
‑
气综合能源系统的一种重要形式，其天然气管道长度短、管径小，燃气轮机间的距离相对较近，电力系统与天然气系统之间的相互影响更为明显，故障的传播几率更大，因此对区域电
‑
气综合能源系统的安全稳定问题展开研究势在必行，亟需建立实用化稳定性分析模型，为区域电
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气综合能源系统的科学规划与安全运行提供可靠支撑。
[0006]通过时域仿真方法可以观察系统在发生小干扰后的稳定性状态，但不能直观地分析出系统由小干扰稳定变为不稳定状态的主要影响因素。系统的某具体状态变量的时域信号通常由多个具有不同物理意义的分量组成，在这些分量的共同作用下该信号呈现出最后的动态特性，因此探究系统小干扰失稳的主要影响因素，需要对系统小干扰不稳定状态下状态变量的时域信号进行信号分离，将复杂信号分解成一系列简单化的、具有物理意义的信号。系统某状态变量时域信号背后各个不同物理意义的分量，具有不同的时间尺度，因此可采用多分辨分析(方法对该信号进行分解，并对各分解结果进行研究与分析，以分析出系统小干扰不稳定的主要影响因素。
[0007]小波分析是一种比较常用的多分辨分析方法，但其应用过程中需要选取一个小波基，该小波基在整个分析过程中一经选取则无法更换，且对分析结果影响较大，即使该小波基在全局是最优的，但可能在某个局部可能并非最优，因此小波基的选取缺乏自适应性。经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)是一种具有自适应性的信号处理方法，克服了小波分析中基函数无自适应性的缺点，适用于对非平稳、非线性的信号进行分析，但该方法在应用过程中会出现模态混叠问题。
[0008]集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD)是基于EMD的一种改进方法，该方法属于噪声辅助数据分析方法(Noise
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associated Data Analysis，NADA)，通过在分解过程中多次引入均值为0的白噪声的方法解决了EMD模态混叠的问题。
EEMD属于时频域信号分析方法，其模态分解过程中添加的白噪声能够通过足够多的试验次数而平均掉，只留下原始信号中具有物理意义的各分量。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种综合能源系统小干扰失稳主导因素分析方法，用于为研究人员提供系统小干扰失稳的主要影响因素信息，本专利技术提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0011]本专利技术提供的一种综合能源系统小干扰失稳主导因素分析方法，包括如下步骤：
[0012]步骤1：建立天然气流动以及微燃机燃料控制环节动态特性的系统时域仿真模型；
[0013]步骤2：读取区域天然气系统、区域配电系统、燃气发电机、整流器及逆变器各环节参数，选择空间步长；
[0014]对天然气管道进行空间维度的有线差分化处理；
[0015]根据区域配电系统初始数据，进行潮流计算，得到负荷节点的恒定阻抗，对网络的节点导纳矩阵进行修正；
[0016]步骤3：根据耦合系统内的所述燃气发电机的台数，构造有功供电功率空间，设定功率调整的步长，并保持系统中其他参数不变；
[0017]步骤4：选定所述供电功率空间内一个系统小干扰稳定运行点对应的供电功率组合，作为搜索系统小干扰不稳定状态的初始点；
[0018]步骤5：在选定的所述供电功率空间内，从当前稳定运行点开始沿某一方向以设定的所述功率调整的步长调整微型燃气轮机发电系统的有功供电功率，构建微型燃气轮机模型，求解系统代数微分方程组得到一组新的平衡点；
[0019]步骤6：针对所述平衡点，根据系统状态量的时域信号判断系统的小干扰稳定性：
[0020]若为小干扰稳定，则转入步骤5；
[0021]若为小干扰不稳定，则保存仿真结果并转入步骤6；
[0022]步骤7：选取系统某状态量的时域信号，进行模态分解；
[0023]结合系统状态量的参数，分析所述模态分解后各内涵模态分量与系统状态量的对应关系，所述参数至少包括时间常数，从平均周期、方差贡献率以及相关系数；
[0024]步骤8：根据所述模态分解各所述内涵模态分量的时域信号，分析系统由小干扰稳定变为小干扰不稳定状态的主要影响因素。
[0025]进一步地，基于天然气在管道内流动的动态特性，采用动力方程、连续性方程与状态方程描述天然气在管道内的流动；
[0026]并根据管道中天然气流速及其变化范围，以及天然气管道的高度，简化动态模型中的动力方程。
[0027]进一步地，对天然气管道进行空间维度的有线差分化处理，包括将描述区域天然气系统动态过程的偏微分方程组转化为微分方程组。
[0028]进一步地，对微型燃气轮机动态模块进行改进，包括引进了改进的燃料控制环节模型，用于体现微燃机与管道内天然气之间相互作用的动态过程。
[0029]进一步地，以微型燃气轮机发电系统作为区域天然气系统与区域配电系统之间的
耦合环节，该发电系统为单轴微型燃气轮机以同步转速带动永磁同步发电机，经过整流、逆变并网为区域配电系统供电。
[0030]进一步地，采用节点导纳矩阵形式的网络方程描述区域配电系统的拓扑关系，并采用恒定阻抗模型描述负荷节点，将负荷节点转化为网络节点。
[0031]进一步地，将永磁同步发电机与整流器视作整体，采用基于三相同步旋转坐标系的控制策略，通过调整整流器输出的直流电压来调节永磁同步发电机输出的有功功率。
[0032]进一步地，所述逆变器采用双环控制策略，其中：
[0033]外环采用恒功率控制方式；
[0034]内环采用dq0旋转坐标系控制方式。。
[0035]进一步地，基于时域仿真方法，利用集合经验模态分解手段对系统状态量的仿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统小干扰失稳主导因素分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立天然气流动以及微燃机燃料控制环节动态特性的系统时域仿真模型；步骤2：读取区域天然气系统、区域配电系统、燃气发电机、整流器及逆变器各环节参数，选择空间步长；对天然气管道进行空间维度的有线差分化处理；根据区域配电系统初始数据，进行潮流计算，得到负荷节点的恒定阻抗，对网络的节点导纳矩阵进行修正；步骤3：根据耦合系统内的所述燃气发电机的台数，构造有功供电功率空间，设定功率调整的步长，并保持系统中其他参数不变；步骤4：选定所述供电功率空间内一个系统小干扰稳定运行点对应的供电功率组合，作为搜索系统小干扰不稳定状态的初始点；步骤5：在选定的所述供电功率空间内，从当前稳定运行点开始沿某一方向以设定的所述功率调整的步长调整微型燃气轮机发电系统的有功供电功率，构建微型燃气轮机模型，求解系统代数微分方程组得到一组新的平衡点；步骤6：针对所述平衡点，根据系统状态量的时域信号判断系统的小干扰稳定性：若为小干扰稳定，则转入步骤5；若为小干扰不稳定，则保存仿真结果并转入步骤6；步骤7：选取系统某状态量的时域信号，进行模态分解；结合系统状态量的参数，分析所述模态分解后各内涵模态分量与系统状态量的对应关系，所述参数至少包括时间常数，从平均周期、方差贡献率以及相关系数；步骤8：根据所述模态分解各所述内涵模态分量的时域信号，分析系统由小干扰稳定变为小干扰不稳定状态的主要影响因素。2.根据权利要求1所述的综合能源系统小干扰失稳主导因素分析方法，其特征在于：基于天然气在管道内流动的动态特性，采用动力方程、连续性方程与状态方程描述天然气在管道内的流动；并根据管道中天然气流速及其变化范围，以及天然气管道的高度，简化动态模型中的动力方程。3.根据权利要求2所述的综合能源系统小干扰失稳主导因...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏炜，孙英宝，徐宪东，郭红梅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：