一种电-气互联综合能源系统静态安全域分析方法

摘要

本发明公布了一种电-气互联综合能源系统静态安全域分析方法。首先建立了电-气互联综合能源系统稳态能量流模型；接着参照电力系统静态安全域的定义与模型，提出电-气互联综合能源系统静态安全域的概念；然后通过重复能量流计算，获取了安全域边界上的一组边界运行点；最后基于线性超平面拟合，可得电-气互联综合能源系统的静态安全域。本发明所提安全域模型将为电-气互联综合能源系统的实时运行调度及在线安全评估提供了理论基础。

主权项

一种电‑气互联综合能源系统静态安全域分析方法，其特征在于：包括以下步骤：1)建立电力系统稳态能量流模型：对于连接节点i、j的支路l，其支路功率可表示为：$\left\{\begin{array}{c}{P}_l=(g_{ij}+g_{sh,i})V_i^2-g_{ij}{V}_i{V}_j{\mathrm{cos\theta }}_{ij}-b_{ij}{V}_i{V}_j{\mathrm{sin\theta }}_{ij}\\ Q_l=-(b_{ij}+b_{sh,i})V_i^2+b_{ij}{V}_i{V}_j{\mathrm{cos\theta }}_{ij}-g_{ij}{V}_i{V}_j{\mathrm{sin\theta }}_{ij}\end{array}\right.,\forall l\in B_e;$式中：P_l与Q_l分别为支路有功功率与无功功率；V与θ分别为节点电压幅值与相角，θ_ij＝θ_i‑θ_j；g_ij与b_ij分别为支路电导与电纳；g_sh,i与b_sh,i分别为对地电导与电纳；同时，每个节点流入功率必须等于流出功率：T_GP_G‑T_LP_L＝A_eP_l；T_GQ_G‑T_LQ_L＝A_eQ_l；式中：T_G为电网节点‑发电机关联矩阵，T_L为电网节点‑负荷关联矩阵，A_e为电网节点‑支路关联矩阵；P_G、Q_G为发电机注入有功功率、无功功率，P_L、Q_L为负荷吸收的有功功率、无功功率；2)建立天然气系统稳态能量流模型：对于连接节点m与n的管道l，流过该管道的流量为$F_l=k_l{s}_{mm}\sqrt{{\pi }_m^2-{\pi }_n^2};$$s_{mn}=\left\{\begin{array}{cc}+1& {\pi }_m\ge {\pi }_n\\ -1& {\pi }_m<{\pi }_n\end{array}\right.;$式中：F_l为管道l流量；π为节点压力；k_l为与管道l压力损失相关的常数；基于天然气系统各节点流量的平衡，可得：T_SF_S‑T_DF_D＝A_gF_l；式中：T_S为气网节点‑气源关联矩阵，T_D为气网节点‑负荷关联矩阵，A_g为气网节点‑管道关联矩阵；F_S为气源注入流量，F_D为气负荷流量；3)燃气轮机耦合燃气轮机消耗的燃气量与其有功输出呈如下非线性关系：$F_{G_g,i}={\alpha }_i{P}_{G_g,i}^2+{\beta }_i{P}_{G_g,i}+{\gamma }_{i}i\in G_g;$式中：G_g为燃气轮机集合；为燃气轮机输出有功，为燃气轮机吸收的气流量；4)电力系统静态安全域电力系统静态安全域为满足电力潮流约束以及网络静态安全约束的一组功率注入集：${\Omega }_e:=\{y_e:\exists x_e\in R_e\Rightarrow f_e\left(x_e\right)=y_e\};$式中：y_e＝(P_G,P_L,Q_L)，x_e＝(V_L,θ)；R_e为静态网络约束下(V_L,θ)空间中的可行域；f_e为非线性潮流函数；5)电‑气互联综合能源系统静态安全域参照电力系统静态安全域的定义，电‑气互联综合能源系统静态安全域可定义为：满足电网与气网能量流约束以及静态安全约束的一组能量流注入集合：$\Omega :=\{y:\exists x\in R\Rightarrow f\left(x\right)=y\};$式中：y＝(P_G,P_L,Q_L,F_S,F_D)为能量流注入；x＝(V_L,θ,π_D)；R为电网与气网静态安全约束下x空间的可行域；f为非线性能量流方程；6)安全域边界的运行点为保持已知量与未知量数量的相等，已知量中某个元素(假定为)设为未知量，相应地，电力系统能量流方程转化为：$\left\{\begin{array}{c}{y}_e^{\prime }=f_e^{\prime }\left(x_e\right)\\ y_e^{\prime }=(f_{limit},P_{G_g}^{\prime },P_L,Q_L)\end{array}\right.;$式中：f_limit对应于转化为等式约束的关键约束；P'_G＝(P_G,1,L,P_G,i‑1,P_G,i+1,L,P_G,ng)^T为修正后的功率注入向量；通过求解修正后的能量流方程，可得安全域边界上的一个运行点；通过调整P'_G的大小，可得一组边界运行点；7)超平面拟合假定安全域边界为超平面，则电力系统安全域边界可表示为：$\underset{i\in G}{\Sigma }{\eta }_{j,i}{P}_{G,i}=1,j\in {\mathrm{CB}}_e;$式中：CB_e为电力系统关键约束集；η为CB_e对应的超平面系数；同理，天然气系统安全域边界为：$\underset{i\in S}{\Sigma }{\tau }_{j,i}{F}_{S,i}+\underset{i\in G_g}{\Sigma }{\eta }_{j,i}{F}_{G_g,i}=1,j\in {\mathrm{CB}}_g;$式中：CB_g为天然气系统关键约束集；τ为CB_g对应的超平面系数；最终，电‑气互联综合能源系统静态安全域Ω可表示为：$\Omega :=\left\{(P_G,F_S)\left|\begin{array}{cc}1)& \underset{i\in G_e}{\Sigma }{\eta }_{j,i}{P}_{G,i}\le 1,j\in {\mathrm{CB}}_e\\ 2)& \underset{i\in G_e}{\Sigma }{\eta }_{j,i}({\alpha }_i{P}_{G_g,i}^2+{\beta }_i{P}_{G_g,i}+{\gamma }_i)+\underset{i\in S}{\Sigma }{\tau }_{j,i}{F}_{S,i}\le 1,j\in {\mathrm{CB}}_e\\ 3)& P_G^{\min }\le P_G\le P_G^{\max }\\ 4)& F_S^{\min }\le F_S\le F_S^{\max }\end{array}\right.\right\}.$