[发明专利]一种电力-天然气区域综合能源系统的稳态分析方法

权利要求书

1.一种电力-天然气区域综合能源系统稳态分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、对电力-天然气区域综合能源系统中的天然气系统进行建模与求解，具体包括：

读取天然气网络信息、分布式发电单元信息和能量交互信息；

分析天然气网络特征，判断是否有注气点或气质的改变，根据其变化调节天然气系统求解模型，并完成天然气系统初始化设置，至少包括天然气的相对密度、节点-支路关联矩阵、摩擦系数参数；其次，通过牛顿法对天然气系统潮流方程进行求解，并根据其结果求得天然气灵敏度矩阵；再次，结合天然气系统相关信息，分析能源耦合环节能量交互方式并进行数值求解；最后，将上述信息代入到电力系统计算过程，对电力系统稳态求解，若电力系统计算结果均在系统的合理运行区间，则计算结束输出结果；否则，返回能源耦合环节并对其进行调整，通过循环迭代，保证电力系统运行在合理范围之内；结合综合求解信息，构建电力-天然气区域综合能源系统稳态分析综合求解模型；

在原有网络节点附近增加分布式的注气点，并加入相同流量的氢气与升级沼气；对于天然气系统，注气点的增加意味着网络结构以及天然气气质改变；在满足网络约束的条件下，探究此时MT在最大出力的情况下电力系统的节点电压的变化；

对于天然气系统中的压力已知节点，不同压力等级的天然气流量公式如下所示：

(a)式适用于0-75mbar压力范围，(b)式适用于0.75-7.0bar压力范围，(c)式适用于大于7.0bar压力范围的情况；

其中，i与j分别为天然气管道首末节点，q_ij为标准状况下的管道流量，p_i与p_j分别为表节点压力，D与L为管道的直径和长度，SG为相对密度，f为摩擦系数，Z为计算常数，T_n与p_n为标准状况下的温度与压力；

步骤(2)、对天然气系统进行节点压力-负荷灵敏度分析，令天然气节点压力-负荷灵敏度矩阵其中，p为压力，l为负荷；

步骤(3)、基于天然气系统信息与能源交互信息，构建以能源集线器为核心的能源耦合环节建模以及能量转换分析，具体包括以下处理：

读取外界环境参数与分布式产能单元信息；

根据当前状态，分析能源集线器设备类型、能源交互信息与结构特征；

构建能源集线器转换矩阵C与方程L＝CP，分析耦合设备交互方式；

求解x_e和x_g改变值：对耦合设备能量交互进行数值转换；

整合能源交互信息，求解能源集线器方程；

步骤(4)、对电力系统稳态求解，在回代的过程中，以配电网的始端电压和末端负荷作为已知条件，由负荷功率逐步逐段计算线路各部分的功率损耗，进而推算始端功率；在前推的过程中，以始端电压和上述过程求得的始端功率为已知条件，以电压降落为所求量，从线路始端向末端进行计算，进而求得各个节点的电压；前推与回代过程重复迭代，在满足收敛条件后停止，并输出结果；若电力系统计算结果均在系统的合理运行区间，则计算结束输出结果；否则，返回能源耦合环节并对其进行调整，通过循环迭代，保证电力系统运行在合理范围之内；

步骤(5)、结合天然气系统与电力系统的综合求解信息，构建电力-天然气区域综合能源系统稳态分析综合求解模型，首先读入外界环境信息；根据天然气系统初始化部分以及天然气系统求解部分，输出天然气系统待求变量以及天然气系统压力-负荷灵敏度矩阵；分析以能源集线器为核心的能源耦合环节，对耦合设备能量交互进行数值转换；最后，将上述信息代入到电力系统计算过程，若电力系统计算结果均在系统的合理运行区间，则计算结束输出结果；否则，返回能源耦合环节并对其进行调整，通过循环迭代，保证电力系统运行在合理范围之内；从而获得天然气系统网络状态改变对其自身以及区域综合能源系统的影响。

2.如权利要求1所述的一种电力-天然气区域综合能源系统稳态分析方法，其特征在于，其中对电力-天然气区域综合能源系统中的天然气系统进行求解的过程，具体包括以下步骤：

初始化：根据天然气网络状态确定天然气系统求解所需的相关参数；

利用图论思想，构建展现网络拓扑信息的节点与支路的关联矩阵A，其元素A_ij如下定义：

对天然气系统进行描述，公式如下：

其中，为已知节点压力，为未知节点的压力，表示根据天然气流量公式确定的管道流量方程；为净负荷量，与分别某节点的天然气注入量和消耗量；上述方程表征含义即天然气流入某节点的量等于流出该点的量加上该点的净负荷量；此时，将天然气潮流问题进一步表述为根据已知信息求取压力已知节点的流量以及流量已知节点的压力；

借鉴电力系统潮流分析中的牛顿法对其进行求解，将误差方程F表示为：

构建天然气系统的雅可比矩阵J如下所示：

其中，p_i与p_j代表节点压力，q_ij为标准状况下的管道流量；A₁为排除压力已知节点之外的缩减关联矩阵，A₁^T为A₁的转置矩阵；为未知节点的压力；

通过构造雅可比矩阵与牛顿-拉夫逊方法的应用，对天然气系统压力值进行反复迭代，直至误差方程的值小于收敛标准，输出潮流结果。