[发明专利]一种电热综合能源系统安全域构建方法

说明书

本发明公开了一种电热综合能源系统安全域构建方法，属于能源系统建模与运行分析领域。具体包括：建立电热综合能源系统动态模型，包括电力系统模型、质调节热力系统动态模型和热电联产机组动态模型；结合运行安全约束，构建计及热动态的电热综合能源系统安全域模型；针对电热综合能源系统安全域的非线性和非凸特性，采用一种基于优化‑校验的凹包法进行求解安全域边界，刻画安全域；与现有技术相比，本申请综合考虑了电热综合能源系统中设备、网络侧的热动态，准确刻画了电热综合能源系统的运行特征；通过基于优化‑校验的凹包法求解极限运行点，保证了求解所得安全域的绝对安全，对电热综合能源系统的运行分析提供理论指导。

技术领域

本发明涉及能源系统建模与运行分析领域，具体涉及一种电热综合能源系统安全域构建方法。

背景技术

由于世界范围内的能源危机和环境问题，供热系统由传统的煤炭供应逐渐向电力供应转变以提高能源利用效率和降低碳排放。在此背景下，电热综合能源系统得到广泛发展。其中，热电联产机组等耦合设备用于协同分优化、联合控制的关键设备。然而，电力系统和热力系统之间的紧密耦合也增加了级联故障的风险，并对电力系统造成了额外的威胁。如某地区下了一场暴风雪导致该地区规模停电和供热中断，暴露了电热综合能源系统的脆弱性。因此对电热综合能源系统的运行安全性进行综合分析具有重要意义。

现有研究一般通过遍历仿真或超平面拟合求解安全域，但遍历仿真的方法需要生成足够多的场景进行分析，不适用于在线分析；而超平面拟合需对模型进行大量简化，所得结果精度较低。另外，电热综合能源系统中，热动态是影响联合运行安全性的重要因素，然而，这一特性在现有研究中一般被忽略了，导致所构建的安全域精度进一步降低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种电热综合能源系统安全域构建方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种电热综合能源系统安全域构建方法，包括以下步骤：

建立电热综合能源系统动态模型，其包括基于功率守恒建立的电力系统模型，基于管道传热、节点热交换、节点温度融合和管道-节点温度关联关系建立的质调节热力系统动态模型，基于热电联产机组的产能情况构建的热电联产机组动态模型；

结合电热综合能源系统动态模型的运行安全约束构建电热综合能源系统安全域模型；针对电热综合能源系统安全域的非线性和非凸特性，采用凹包法进行求解安全域边界，并刻画安全域。

进一步地，电力系统模型包含节点功率守恒方程和支路功率守恒方程，具体如下：

式中，i和j分别表示节点编号，t为时间标志，V_i,t表示t时刻节点i的电压幅值，P_Gi,t和P_Li,t表示t时刻节点i的发电机生产的有功功率和负荷消耗有功功率，Q_Gi,t和Q_Li,t表示t时刻节点i的发电机生产的无功功率和负荷消耗无功功率，G_ij和B_ij表示节点i和节点j之间的电导与电纳，θ_ij,t表示t时刻节点i和节点j之间的相角差，P_l,ij,t和Q_l,ij,t表示t时刻节点i和节点j之间的传输的有功功率和无功功率。

进一步地，质调节热力系统动态模型包含管道传热方程、节点热交换方程、节点温度融合方程以及管道-节点温度关联方程，具体如下：