[发明专利]一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法

说明书

本发明公开一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法，包括以下步骤：首先通过求解描述综合能源系统中天然气、电力及供热/冷系统暂态过程的微分方程，同时基于能量守恒定律求解描述能量枢纽耦合作用的数学式，得出综合能源系统多时间尺度多能流平衡方程；进而基于分岔理论确定多时间尺度多能流平衡方程解集的分岔点，通过检测综合能源系统参数是否达到分岔点来描述能量枢纽故障传播行为，实现能量枢纽故障传播的建模，本发明能为应对综合能源系统连锁故障提供重要指导作用。

技术领域

本发明是一种能量枢纽故障传播建模方法，具体涉及一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法，属于综合能源系统安全稳定运行领域。

背景技术

综合能源系统是由天然气、电力及供热/冷系统组成能源供应系统，其通过多能互补与能源梯级利用有效提高了能源的综合利用率。能量枢纽是连接综合能源系统各个子系统的基本单元，也是综合能源系统中故障传播的关键环节，常见的能量枢纽有燃气轮机。

能量枢纽故障传播是指综合能源系统中某一子系统故障后经能量枢纽传播至其他子系统。当前国内外研究人员对于能量枢纽故障传播方面的研究较少，且主要是通过研究系统故障时，能量枢纽中某些参数随时间的变化来阐述的，但由于综合能源系统的多时间尺度特性，使得从时域角度分析能量枢纽的故障传播变得十分困难。

分岔理论常用来研究分析动态系统中因系统参数小而连续的变化最终造成系统状态突然改变的现象。分岔理论在工程实际中常用来分析微分系统的稳定问题，例如文献《电力系统的多重(维)鞍结分岔点及其特征分析》发现电力系统失去结构稳定性时有稳定平衡点和不稳定平衡点相互重合的现象，故利用分岔理论研究鞍结分岔点研究电力系统的故障传播；文献《基于分岔理论的含双馈风电机组的电力系统电压稳定性分析》则利用分岔理论揭示了含双馈风电机组的电力系统随参数变化而引起的故障导致电压失稳现象的非线性动力学本质。

基于上述背景，本发明创造性地提出应用分岔理论描述能量枢纽故障传播行为，为应对综合能源系统连锁故障提供了重要指导。

发明内容

为了对综合能源系统故障时的能量枢纽故障传播行为进行建模，本发明“一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法”首先通过分析天然气、电力及供热/冷系统的暂态特性及能量枢纽的耦合关系，得出综合能源系统多时间尺度多能流平衡方程；之后利用分岔理论分析综合能源系统多时间尺度多能流平衡方程解集中的分岔点情况，通过比较综合能源系统参数与分岔点的关系，实现对能量枢纽故障传播行为的建模。

本发明的主要步骤如下：

步骤1：得出综合能源系统多时间尺度多能流平衡方程；

步骤2：运用分岔理论分析综合能源故障时多时间尺度多能流平衡方程，实现能量枢纽故障传播的建模。

附图说明

图1为综合能源系统示意图

具体实施方式

本发明的具体实施方式为：

步骤1：得出综合能源系统多时间尺度多能流平衡方程

综合能源系统是经过能量枢纽的耦合作用，将天然气、电力及供热/冷系统联系起来的，因此本发明先分别得出描述天然气、电力及供热/冷系统暂态过程的微分方程，再考虑能量枢纽的耦合作用，得出综合能源系统多时间尺度多能流平衡方程。

(1)得出描述天然气暂态过程的微分方程

由天然气管道内的天然气质量守恒及动量守恒定理，可得出描述天然气系统暂态过程的微分方程为式(1)：