[发明专利]一种电-气耦合多能流系统联合静态安全分析方法

摘要

本发明涉及一种利电‑气耦合多能流系统的联合静态安全分析方法，属于含多种能源形式的运行和控制技术领域。本方法突破电力系统安全分析只考虑电网本身的局限，考虑了电力供应和天然气供应的相互影响，实现了电‑气耦合多能流系统的联合静态安全分析，从而能够同时分析电力供应和天然气供应中各种可能的预想事故对两个系统的影响，相比现有分别对力供应和天然气供应进行独立安全分析的方法，提高了安全分析的精确性，减少了误判和漏判。该方法可以应用于电‑气耦合多能流系统的在线运行中，在电‑气耦合多能流能量管理中工作，当系统存在安全问题或潜在风险时给出安全警告，有助于提高电‑气耦合多能流系统运行的安全性。

主权项

1.一种电‑气耦合多能流系统联合静态安全分析方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)从电‑气耦合多能流系统的能量管理系统中，获得当前电‑气耦合多能流系统的状态估计结果Ψse，包括：电‑气耦合多能流系统中电网节点的电压幅值和电网支路的有功功率，电‑气耦合多能流系统中气网节点压力和气网支路流量；(2)从电‑气耦合多能流系统的能量管理系统中，获得电‑气耦合多能流系统中电网、气网的安全运行约束Ψsc，包括：电‑气耦合多能流系统中电网节点电压幅值允许最大值、电网节点电压幅值允许最小值、电网支路有功功率允许最大值和电网支路有功功率允许最小值，电‑气耦合多能流系统中气网节点压力允许最大值、气网节点压力允许最小值、气网支路流量允许最大值和气网支路流量允许最小值；(3)根据上述步骤(1)的当前状态估计结果Ψse，对上述步骤(2)的安全运行约束Ψsc进行判断：(3‑1)若所有当前状态估计结果Ψse均满足安全运行约束Ψsc，转步骤(4)；(3‑2)若当前状态估计结果Ψse中存在不满足安全运行约束Ψsc的状态，则判定该电‑气耦合多能流系统处于紧急状态，给出安全警告，并给出不满足安全运行的具体信息，安全分析方法结束；(4)从电‑气耦合多能流系统的能量管理系统中获取预想事故集Ω；(5)对上述预想事故集Ω进行判断，若预想事故集Ω为空集，则转步骤(7)，若预想事故集Ω为非空集合，则从预想事故集Ω中取出一个预想事故，形成该预想事故下的电‑气耦合多能流方程组，包括：(5‑1)电‑气耦合多能流系统中的电网潮流方程：其中：Pi为电网中节点i的注入有功功率，Qi为电网中节点i的注入无功功率，θi、θj分别为节点i、节点j的电压相角，Ui、Uj分别为节点i、节点j的电压幅值，Gij为电网节点导纳矩阵Y第i行、第j列元素的实部，Bij为电网节点导纳矩阵Y第i行、第j列元素的虚部，电网节点导纳矩阵Y从电‑气耦合多能流系统的能量管理系统中获取；(5‑2)电‑气耦合多能流系统中的天然气网水力方程：其中：f_km为天然气网中的第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，D^km、L^km分别为第k个节点和第m个节点之间管道km的管道直径和管道长度，F为管道内壁的摩擦系数，F由公式计算得到，E_f为管道的效率系数，E_f取值0.92，Re为雷诺数，由公式Re＝ρvd/μ计算得到，ρ为天然气密度，v为天然气流速，μ为天然气黏性系数，d为特征长度，γ_G为天然气比重，取值为0‑1，T_a为天然气平均温度，T_n、p_n分别为天然气标准状态下的温度和压力，T_n、p_n取值分别为288K、0.1Mpa，Z_g为天然气平均可压缩系数，Z_g的取值为0‑1，天然气网水力方程中，当时，上式中的sgn_p(p_k,p_m)＝1，当时，sgn_p(p_k,p_m)＝‑1；(5‑3)电‑气耦合多能流系统中的天然气网压缩机能量消耗方程：其中：p_f、p_e分别为天然气网中压缩机首端节点和末端节点的压强，BHP为压缩机的能耗，为该压缩机入口的体积流量，η_c为压缩机的总效率，c_k为压缩机的多变系数，η_c和c_k从压缩机的出厂说明书获取；(5‑4)电‑气耦合多能流系统中的通过燃气轮机耦合的电力系统与天然气网之间的耦合方程：其中：fTur为燃气轮机的燃气体积流量，PTur为燃气轮机的有功功率，C1、C2和C3为燃气轮机的燃气系数，从燃气轮机的出厂说明书获取；(5‑5)电‑气耦合多能流系统中天然气网的节点体积流量平衡方程：AGf＝L，其中：AG为天然气网的节点‑支路关联矩阵，从电‑气耦合多能流系统的能量管理系统获取，f为天然气网的支路体积流量，L为天然气网的节点注入体积流量；(6)利用牛顿拉夫逊方法，求解上述电‑气耦合多能流方程组，得到该预想事故下的电‑气耦合多能流系统的多能流计算结果Ψc，包括电网节点电压幅值、电网支路有功功率、气网节点压力和气网支路流量，并将该预想事故从预想事故集Ω中删除；(7)根据步骤(5)的多能流计算结果Ψc，对上述步骤(2)的安全运行约束Ψsc进行判断：(7‑1)若Ψc满足所有安全运行约束Ψsc，则返回步骤(5)；(7‑2)若Ψc中存在不满足状态安全运行约束Ψsc的状态，给出违反安全运行约束的警告，则返回步骤(5)；(8)判断电‑气耦合多能流系统当前的安全运行状态：(8‑1)若步骤(7)中没有给违反安全运行约束的警告，则判定该电‑气耦合多能流系统处于安全正常状态；(8‑2)若步骤(7)中给出违反安全运行约束的警告，则判定该电‑气耦合多能流系统处于安全预警状态。