[发明专利]计及电-气耦合系统约束的电压稳定裕度计算方法

权利要求书

1.一种计及电-气耦合系统约束的电压稳定裕度计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)建立电-气耦合系统稳态安全运行的等式约束方程，包括：

(1-1)一个电-气耦合系统中电力系统的潮流方程如下：

其中，P_Gi为电力系统中第i个节点的注入有功功率，P_Li为电力系统中第i个节点的注出有功功率，Q_Gi为电力系统中第i个节点的注入无功功率，Q_Li为电力系统中第i个节点的注出无功功率，V_i、V_j分别为电力系统中第i个节点、第j个节点的电压幅值，θ_ij＝θ_i-θ_j，θ_i、θ_j分别为电力系统中第i个节点、第j个节点的电压相角，G_ij为与电力系统的节点导纳矩阵Y中第i行、第j列相对应的电导，B_ij为与电力系统的节点导纳矩阵Y中第i行、第j列相对应的电纳，电力系统节点导纳矩阵Y从电力系统调度中心获取，N_e为电力系统中所有节点的个数，N_PQ为电力系统中给定了有功功率P和无功功率Q的PQ节点的个数；

(1-2)一个电-气耦合系统中天然气系统中管道的水力方程如下：

其中，f_km为天然气系统中第k个节点和第m个节点之间的管道中天然气体积流量，p_k，p_m分别为第k个节点和第m个节点的压强，C_km为第k个节点和第m个节点之间管道km的阻力系数，从管道的设计报告中获取，上述天然气系统中管道的水力方程中，当时，上式中的sgn_p(p_k,p_m)＝1，当时，sgn_p(p_k,p_m)＝-1；

(1-3)一个电-气耦合系统中通过燃气轮机耦合的电力系统与天然气系统之间的耦合方程如下：

μ_G×L_G×H_gas＝P_G，

其中，L_G为燃气轮机的燃气负荷，P_G为燃气轮机的有功功率输出，H_gas为天然气的燃烧热值，取值为37.59MJ/m³，μ_G为燃气轮机的效率系数，由燃气轮机的出厂说明书获取；

(1-4)一个电-气耦合系统中天然气系统的节点气流平衡方程如下：

其中，L_sm为天然气系统中第m个节点的注入体积流量，L_Lm为天然气系统中第m个节点的注出体积流量；

(2)选择负荷裕度指标λ作为电压稳定裕度的指标，并在下述三种负荷增长方式中选择一种：①其他负荷保持不变，单一负荷的有功功率和无功功率保持原功率因数同时增加；②其他负荷保持不变，选定区域内负荷的有功功率和无功功率保持原功率因数同时增加；③所有负荷的有功功率和无功功率保持原功率因数同时增加；

(3)利用负荷裕度指标λ建立电-气耦合系统的连续潮流模型：

(3-1)建立一个电-气耦合系统中电力系统注入与注出功率变化方程如下：

其中，P_Li0为初始时刻节点i的注出有功功率，P_Gi0为初始时刻节点i的注入有功功率，Q_Li0为初始时刻节点i的注入无功功率，N_e为电力系统中的节点个数，N_PQ为电力系统中PQ节点的个数；

(3-2)建立一个电-气耦合系统中天然气系统中天然气负荷的变化方程如下：

L_Lm(λ)＝(1+rλ)L_Lm0，

其中，L_Lm0为初始时刻第m个节点的注出体积流量，通过天然气系统的运行数据获得；r为电力系统燃气负荷与天然气系统负荷的相关系数，由当地能源统计部门的数据获得；

(3-3)将步骤(3-1)和(3-2)中的连续变化方程代入步骤(1-1)和(1-4)中的方程后得到如下方程：

(4)设定电-气耦合系统稳态安全运行的不等式约束条件，包括：

(4-1)电力系统中发电机组的输出有功功率P_gen大于或等于0，小于或等于该发电机组出厂铭牌上给出的最大功率即：

(4-2)电力系统中发电机组的输出无功功率大于或等于该发电机组出厂铭牌上给出的最小功率小于或等于该发电机组出厂铭牌上给出的最大功率即：

(4-3)电力系统第i个节点的电压幅值U_i在设定的电力系统安全运行电压的上限值和下限值U_i之间运行，U_i取第i个节点额定电压的0.9倍或0.95倍，为第i个节点额定电压的1.1倍或1.05倍，即：

(4-4)天然气系统中第k个节点的压强p_k在设定的管道安全运行气压的上限值、下限值p_k、内，即：

(4-5)天然气系统中气源供气量L_s大于或等于0，小于或等于该气源能提供天然气流的最大值L_s,max，即：

0≤L_s≤L_s,max；

(5)利用优化法或迭代法求解λ为0时由步骤(1)和步骤(3-3)构建的潮流方程F(X)，得到初始潮流解X_t(V_t,θ_t,λ_t)，其中下标t表示当前计算点；

(6)在上述初始解X_t处求得切向量dX_t(dV_t,dθ_t,dλ_t)，并设置潮流解变化的步长h，得到预测值X′_t+1(V′_t+1,θ′_t+1,λ′_t+1)，其中下标t+1表示下一个计算点：

X′_t+1＝X_t+h·dX_t；

(7)以X′_t+1为初始点，重新计算由步骤(1)和步骤(3-3)构建的潮流方程，得到修正值X_t+1，判断X_t+1是否满足步骤(4)中的约束且dλ_t＞0，若同时满足步骤(4)的约束和dλ_t＞0的条件，则以X_t+1作为初始解X_t，返回执行步骤(6)，若不满足步骤(4)的约束或不满足dλ_t＞0的条件，则进一步判断X_t+1是否满足dλ_t/λ_t＜ε且dλ_t＞0，若不满足该条件，则重新调整步长h，返回执行步骤(6)，若满足该条件，输出此时的λ，作为计及电-气耦合系统约束的电压稳定裕度。