[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

说明书

本发明公开了一种电力‑天然气区域综合能源系统稳态分析方法，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；步骤(2)、对天然气系统进行节点压力‑负荷灵敏度分析；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；步骤(4)、对电力系统稳态求解；步骤(5)、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，获得天然气系统网络状态改变带来的影响。本发明针对“以气定电”的运行场景，探究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，为能源互联网背景下的能源互济与相互影响分析提供一定的理论基础。

技术领域

本发明涉及能源互联网、综合能源系统、天然气系统、智能电网领域，特别涉及一种电力-天然气区域综合能源系统稳态分析方法。

背景技术

能源是国家发展的基础，近年来，随着能源互联网、综合能源系统等理念的不断推广，能源系统的发展呈现多样化、智能化、信息化趋势。在由电力、天然气和热力系统共同构成的区域综合能源系统中，能源耦合紧密，互补互济，可实现能源的梯级利用和协同优化。结合不同形式能源的供需特性，充分考虑其协同作用与彼此之间的相互影响，是提高综合能源系统中能源利用效率的关键，一方面，不同能源具有互补特性，在经济性方面尤其明显，多能协调可以有效减少能源系统整体经济成本，并具有削峰、移峰的潜力；另一方面，不同能源系统可通过能源耦合对彼此进行支撑，提高供能系统稳定性。其中，天然气系统具有易存储、绿色清洁、安全可靠等特点；同时，随着燃气轮机、热电联产(Combined Heat andPower，CHP)等技术的广泛应用以及对能源集线器(Energy Hub，EH)技术不断的研究，天然气在能源系统中的重要性愈加显著。而能源系统彼此之间耦合不断加强，需要深入研究其交互影响和协同优化方法。

天然气系统(Natural Gas System，NGS)与电力系统存在一定的相似性，在稳态建模和潮流分析特性等方面尤其明显，因此可以借鉴电力系统已有的分析思路开展研究。天然气系统与电力系统的主要差异是：前者具有大规模储存特性且对气质有特殊要求，对这种差异性的分析往往是提高综合能源系统供能质量的关键。天然气本身是由多种气体成分构成的，其气质在系统引入其他种类天然气或出现新的注气点后会发生一定变化。天然气系统的网络状态受气质、结构、压力等因素影响，当这些因素发生改变时，传统的天然气系统分析方法将难以适用。本发明将主要讨论“天然气气质变化”和“注气点引入”这两个因素对天然气系统本身以及与之存在耦合关系的区域综合能源系统其他部分的影响，而如何构建适用的天然气系统分析模型与综合稳态求解框架是其中的关键。

现有技术中至少存下以下缺点和不足：目前，相关领域的研究者对综合能源系统的讨论主要集中在跨区级，此外，相关研究忽略了天然气网络状态特性，将其假定为稳定不变的。这些方法的局限在于，上述研究对于以配电系统(具有三相不平衡潮流特性)、配气系统(具有低压天然气网络特性)为主体且能源耦合密切的区域级综合能源系统讨论相对较少，同时，由于电力转天然气技术(Power to Gas，P2G)等技术的应用，天然气系统网络状态会发生改变(如天然气气质改变与引入新的注气点)，传统的分析方法不再适用，具有一定的局限性。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种电力-天然气区域综合能源系统的稳态分析方法，本方法将区域综合能源系统中电力系统与天然气系统协同考虑，结合能源耦合分析，有利于探究天然气系统的变化对其自身以及与之耦合的系统的影响，是提高综合能源系统供能质量、降低能源系统用能成本的关键。

本发明提出了一种电力-天然气区域综合能源系统的稳态分析方法，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，构建节点导纳矩阵；