[发明专利]面向电-气耦合综合能源系统的静态灵敏度分析方法

说明书

本发明公开了一种面向电‑气耦合综合能源系统的静态灵敏度分析方法，用于分析电力与燃气供能系统间的交互作用机理。首先，本发明给出电‑气耦合综合能源系统的统一潮流模型；在此基础上，定义电‑气耦合综合能源系统的燃气压力‑节点注入功率灵敏度；最后，结合典型场景下的综合能源系统灵敏度指标，分析电网节点注入功率对燃气压力的影响，定位综合能源系统的薄弱环节。算例表明本发明可为区域综合能源系统的安全稳定运行提供辅助信息，有效提升系统的安全性。

技术领域

本发明涉及电-气耦合综合能源系统领域，尤其涉及一种基于统一潮流模型的电-气耦合综合能源系统的静态灵敏度分析方法。

背景技术

随着化石能源的日益匮乏和环境的不断恶化，能源转型成为实现经济社会可持续发展的必由之路。而打破各供能系统单独规划、独立运行的既有模式，实现能源体系迈向多能融合、集成互补的全新能源体系，是推动上述进程的重要途径。为此，《能源发展“十三五”规划》明确提出要“实施多能互补集成优化工程”和“统筹规划电力、燃气、热力、供冷、供水管廊等基础设施，建设一体化集成供能系统”，从国家层面推进了多种能源综合利用的发展^[1]。

综合能源系统(Integrated Energy Systems，IES)被誉为是多能源综合利用的主要实现途径之一，它可通过系统内冷/热/电/气/氢等不同品位能源之间的科学管理与优化调度，提高能源高效利用效率，实现可再生能源的充分消纳^[2]。然而，IES在实现上述目标的同时，也带来了系统安全运行的整体性风险。面对多能源的紧密耦合，不同供能系统之间“牵一发而动全身”，彼此间的交互影响应受到密切关注。一方面，燃气系统的故障将传导至电力系统，并直接引发停电事故，如2017年中国台湾地区发生的8.15大停电事故，起因为天然气供应中断引起的6台机组脱网，事故造成668万户用户停电，受影响人口超过中国台湾地区总人口的85％^[3]。类似的事件还出现在美国，2015年美国南加州，Aliso Canyon天然气泄漏引起燃气电厂天然气供应不足，严重影响到当地电力系统的正常运行^[4]。另一方面，电力系统的不利影响也会传导到天然气系统，并危及天然气系统的安全运行。随着全美可再生能源渗透率的提高，作为主要调峰资源的燃气电厂的频繁调节，导致燃气管网压力的大幅度波动，直接影响天然气系统的输气安全^[5]。同时，IES的电力环节常含有分布式电源(Distributed Generation,DG)，其出力的间歇波动将会通过二者间的耦合环节(如燃气机组)传导至整个IES，对整个系统造成不利影响^[6]。有鉴于此，各供能系统的不利因素对于电-气耦合综合能源系统(Integrated Electricity and Gas Systems,IEGS)安全运行的影响必须引起极大关注。不失一般性，不利因素对于系统的安全运行的影响往往取决于系统薄弱环节的安全运行裕度，因此，快速定位IEGS的薄弱环节成了当前亟需解决的问题。

文献[7]建立了电-气耦合系统的稳态分析模型，从能量流动角度考虑两系统的交互作用；进一步，文献[8]考虑在网络运行约束的基础上提出电-气耦合系统最优能流模型，为系统的优化调度提供了决策辅助；文献[9]基于潮流计算，采用逐点法分析了热网负荷增加对于电网节点电压和热网节点供热温度的影响；文献[10]的研究表明天然气负荷的不断变化会对IEGS系统中燃气网络压力带来重要影响；文献[11]基于能源集线器模型，利用混合潮流算法分析了稳态下各电-气供能网络的交互特性。

然而，上述研究侧重于IEGS的潮流计算，没有充分考虑不同供能网络状态(如网络拓扑，管道结构，负荷水平等)对综合能源系统不同能源之间交互的影响，以及如何判定IEGS的薄弱环节。

发明内容

本发明提供了一种面向电-气耦合综合能源系统的静态灵敏度分析方法，本发明定义了电-气耦合综合能源系统的燃气压力-节点注入功率灵敏度指标；结合典型场景下的综合能源系统灵敏度指标分析电网节点注入功率对燃气压力的影响；定位综合能源系统的薄弱环节，为综合能源系统运行控制(特别是储气装置的选址)提供决策依据，详见下文描述：