[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

说明书

本发明涉及一种计及电‑气耦合系统约束的电压稳定裕度计算方法，属于电力系统中考虑多能流耦合特性的安全分析与评估技术领域。本发明充分考虑电力系统与天然气系统的紧密耦合，求出了耦合系统中电力系统的电压稳定裕度。一方面充分考虑了天然气系统的安全与容量约束对电力系统的影响，另一方面也根据应用地区的实际情况考虑了电力负荷与天然气负荷的相关性对电压稳定裕度的影响，避免了传统的计算方法中的单纯考虑电力系统的约束而导致的计算结果过于乐观。该方法可用于电力系统的运行风险分析中，为电力系统的运行管理人员提供风险评估指标，有利于降低潜在风险，提高系统运行的安全性。

技术领域

本发明涉及一种计及电-气耦合系统约束的电压稳定裕度计算方法，属于电力系统中考虑多能流耦合特性的安全分析与评估技术领域。

背景技术

由于燃气发电机的成本较低、对环境的破坏力较小、响应速度快，燃气站的建造周期较短等巨大优势，天然气已在世界范围内成为供电能源的重要组成部分。因此随着天然气在电力系统一次能源供应中的比例日益增加，天然气的可靠供应对于电力系统的安全具有至关重要的要作用。

然而，天然气与煤炭等可以较大规模储存的能源不同，其供应的方式大多通过管道进行远距离传输。一方面，由于压力安全约束，管道传输的天然气流量具有一定的限制。另一方面，天然气负荷在年、月、日间的波动性非常剧烈，而在很多国家规定中，其他商业、民用天然气负荷的优先级高于燃气电厂的燃气负荷。因此，电力系统的燃气供应受限于天然气系统的管道传输容量和其他天然气负荷，仅仅考虑电力系统约束的电压稳定裕度的计算方法不再适用，亟须提出一种新的计及电-气耦合系统约束的电力系统电压稳定裕度计算方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种计及电-气耦合系统约束的电力系统电压稳定裕度计算方法，以避免因未考虑天然气系统的安全约束以及天然气负荷的影响计算出的电压稳定裕度过于乐观，存在潜在风险。

本发明提出的计及电-气耦合系统约束的电压稳定裕度计算方法，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_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；