[发明专利]一种电-气耦合多能流网络状态估计方法

摘要

本发明涉及一种电‑气耦合多能流网络估计方法，属于综合能源系统的运行和控制技术领域。本方法弥补了气网在状态估计方面的空白，形成了一种考虑电网和气网间耦合关系的电‑气耦合多能流状态估计。与单独状态估计相比，本方法有利于提高网络的估计效果，尤其在电‑气耦合多能流网络端口量测不准确的情况下，本方法具有明显的优越性。目前气网的自动化水平尚且不能满足本方法的需求，本方法的应用需要在气网安装更多的量测设施。成功在电‑气耦合多能流网络应用本方法后，可以得到精度更高的全局一致基态潮流解，为后续的电‑气耦合多能流网络在线安全评估、优化调度打下基础。

主权项

1.一种电‐气耦合多能流网络状态估计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立一个电‑气耦合多能流状态估计的目标函数，如下：其中：ze为电网量测值，包括电‐气耦合多能流网络的电网中第i个节点的电压幅值Vi、有功功率Pi和无功功率Qi以及电网第i个节点和第j个节点间支路ij的有功功率Pij和无功功率Qij，上述电网量测值从电‐气耦合多能流网络的电网的数据采集与监视控制系统中采集；zg为气网量测值，包括电‐气耦合多能流网络的气网中第k个节点的压强pk和注出流量Lk以及气网中第k个节点和第l个节点间管道kl的流量fkl，上述气网量测值从电‐气耦合多能流网络的气网的数据采集与监视控制系统中采集；xe为电网状态量，xe＝[Vi θi]T，Vi、θi分别为电网第i个节点的电压幅值和相角，xg为气网状态量，xg＝[pk]T，pk为气网第k个节点的压强，R为量测值的协方差矩阵，T为矩阵转置，he为电网潮流计算方程：上述电网潮流计算方程中，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从电网调度中心获取；bc为电网支路的等效对地电纳，从电网调度中心获取，hg为气网潮流计算方程：上述气网潮流计算方程中，D^kl为第k个节点和第l个节点之间管道kl的管道直径，L^kl为第k个节点和第l个节点之间管道kl的管道长度，γ_G为天然气比重，T_a为天然气平均温度，T_n为天然气标准状态下的温度，取值为288开尔文，p_n为天然气标准状态下的压力，p_n的取值为0.1Mpa，Z_g为天然气平均可压缩系数，Z_g的取值范围为0～1，F为管道内壁的摩擦系数，Re为雷诺数，Re的取值范围在3500以上，E_f为管道的效率系数，E_f的取值为0.92，当时，气网潮流计算方程中的sgn_p(p_k,p_l)＝1，当时，气网潮流计算方程中的sgn_p(p_k,p_l)＝‑1；(2)建立电‐气耦合多能流网络状态估计的约束条件，包括：(2‐1)电‐气耦合多能流网络中气网的压缩机耗能约束：其中：p_f、p_t分别为气网中压缩机的首端节点和末端节点的压强，BHP为压缩机的能耗，压缩机耗能由电动机或燃气轮机提供，为压缩机的入口流量，η_c为压缩机的总效率，取值范围为0～1，c_k为该压缩机的多变系数，与压缩机中的气体压缩过程有关，取值范围为1.2～1.5；若由电动机提供气网中的压缩机耗能，则电动机消耗电‐气耦合多能流网络中电网节点的有功功率满足以下关系：Pcomp＝KcompBHP其中：Pcomp为电动机消耗电网节点的有功功率，Kcomp为压缩机电能消耗系数，由压缩机的出厂说明书获得；若由燃气轮机提供气网中的压缩机耗能，则将该约束放入步骤(1)中气网潮流计算方程中，燃气轮机消耗电‐气耦合多能流网络中气网节点的燃气满足以下关系：fC＝αC+βCBHP+γC(BHP)2其中：fC为燃气轮机消耗气网节点的燃气，αC、βC和γC分别为气网中压缩机的气体消耗系数，由压缩机的出厂说明书获得；(2‐2)电‐气耦合多能流网络中的燃气轮机约束：其中，fTur为燃气轮机的燃气流量，PTur为燃气轮机的有功功率输出，C1、C2和C3分别为燃气轮机的燃气系数，由燃气轮机的出厂说明书获取；(3)利用拉格朗日乘子法将步骤(2)中的约束条件和步骤(1)中的目标函数构成一个拉格朗日函数，拉格朗日函数的构造方法已在数学界的最优化理论中有了详细说明，利用牛顿‐拉夫逊法，求解该拉格朗日函数，得到电‐气耦合多能流网络状态估计的结果。