约束。
[0070] 同理，对于天然气系统，各约束下A的预测值可表示为：
[0074] 式中分别为气源流量供应、节点压力、管道流量约束下X的预 J sup 1 mn 测值。
[0075] 定义
，则A8对应的约束即为天然气系统静态安全约束下 制约ATC的关键约束。
[0076] 4关键约束与能量流的联立求解
[0077] 比较\与Ag的大小，基于线性预测的ATC计算可分为两种情况：
[0078] 1)人e<入g
[0079] 若Ae<Ag，则说明制约ATC的关键约束为电力系统静态安全约束，可不考虑天 然气系统的静态安全约束，直接联立求解电力潮流方程与\对应的关键约束：
[0081] 式中：fe(V，0，X) = 〇为电力系统等式约束；he(v，0，X) = 〇为电力系统静态 安全约束下制约ATC的关键约束。
[0082] 2)Ae>Ag
[0083] 在这类情况下，制约ATC的关键约束为电力系统静态安全约束，因而ATC计算有必 要计及天然气系统的静态安全约束。即统一求解互联能源系统的能量流方程与Ag对应的 关键约束：
[0085]式中：hg(JT，入）=0为天然气系统静态安全约束下制约ATC的关键约束。
[0086] 线性预测法仅需求解2次稳态（能量流）方程，相比于传统连续潮流法，计算效率 大大提高。且在关键约束辨识准确的情况下，ATC的计算结果是严格精确的。
[0087] 5此外，由于互联能源系统本质上是非线性的，基于线性预测法辨识关键约束，可 能会存在误辨识的情况。因而求得A后，需重新校验当前运行状态是否越限，若存在越限， 则在当前运行点重复线性预测法的步骤，ATC计算结果对应的运行状态满足所有静态安全 约束。
[0088] 所述电力系统静态安全约束包括：
[0090] 式中：v分别为节点电压幅值；Isy为支路视在功率；匕为发电机输出功率；Vmax、 vmin分别为节点电压幅值约束的上下限；Sliax为支路视在功率约束上限；pemax、分别 为发电机有功出力约束的上下限，i为电力系统中第i个节点编号。
[0091] 所述天然气系统静态安全约束包括：
[0093] 式中：F.为管道流量；分别为节点压力；Fsup为流量供应量；分别 为节点压力约束的上下限；为管道输送流量的最大值；分别为气源流量 供应约束的上下限，m为天然气系统中第m个节点编号。
[0094] 6天然气系统初始运行状态的调整
[0095] 天然气系统与电力系统的显著差别在于：天然气是易于存储的，电能则难以大规 模存储。天然气的储气量对于天然气系统的安全性、可靠性至关重要。此外，当网络中节点 压力偏低时，通过提高加压站的升压比，可增强天然气系统的输气能力。
[0096] 当制约ATC的关键约束为天然气系统静态安全约束时（即Ae>Ag)，可通过调 整天然气系统的初始运行状态，例如增加关键约束附近的储气量、提高加压站升压比，扩大 天然气系统的静态安全域，以增强电力系统不同区域间的输电能力。
[0097] 算例分析
[0098] 为验证所提方法的有效性，本发明电-气互联能源系统由中比利时输气系统（如 图2)以及Matp〇Wer5. 0软件中IEEE39节点系统（如图3)构成。将所有发电机有功出力 上限提高50%，且假定节点30、31、32、34、37所连发电机为NGFPP。
[0099] 1线性预测法有效性测试
[0100] 相比于传统连续潮流，线性预测法以灵敏度因子辨识关键约束，然后联立求解能 量流方程与关键约束，避免了能量流方程的连续计算，大大提高了计算效率。连续潮流与线 性预测法ATC计算结果比较如表1所示。
[0101] 由表1可知，线性预测法准确辨识了制约ATC的关键约束，线性预测法的ATC计算 结果也与连续潮流法基本相同。因而线性预测法实现了ATC的快速、准确计算，确保了能源 市场的参与者能够获知系统实时的ATC信息。
[0102] 表1连续潮流与线性预测法ATC计算结果比较
[0104] 2天然气系统初始运行状态的调整
[0105] 若天然气系统的静态安全约束制约了电力系统的ATC，可考虑增加储气点的天然 气供应、提高加压站升压比，以增强天然气系统的输气能力，扩大天然气系统的静态安全 域。
[0106] 对于区域2到区域1、3的ATC，天然气系统节点6压力约束为关键约束。增加节点 5天然气的供应量，则区域2到区域1、3的ATC变化如表2所示。
[0107] 表2节点5天然气供应量对ATC的影响
[0109] 由表2可知，通过增加节点5天然气的供应，能有效提高区域2到区域1、3的ATC。 当节点5天然气供应增加至2MMm3时，场景2与场景1下区域2到区域1、3的输电能力完 全一致。
[0110] 同理，对于区域3到区域1、2的ATC，将节点17与18之间的加压站升压比由1.2 提高至1. 3,则场景2区域3到区域1、2的ATC也提高至表1中场景1的计算结果。
[0111] 通过调整天然气系统的初始运行点，可将制约ATC的关键约束由天然气静态安全 约束转化为电力系统静态安全约束，从而增强了不同区域间的输电能力。而线性预测法提 供的关键约束信息恰好为天然气系统运行状态的调整提供了参考。
【主权项】
1. 一种电-气互联能源系统可用输电能力计算方法，包括输入电力系统和天然气系统 的实时运行参数，其特征在于，包括以下步骤： 分别求解电力系统和天然气系统的各个状态量对负荷参数λ的灵敏度因子； 根据灵敏度因子来辨识制约电力系统的关键约束λ6和制约天然气系统的关键约束 λ?;; 当λe〈λ8时，联立求解电力系统静态安全约束与稳态能量流方程，得到互联能源系统 的运行状态，当λ e> λ 8时，联立求解天然气系统静态安全约束与稳态能量流方程，得到互 联能源系统的运行状态； 判断当前运行状态是否同时满足电力系统和天然气系统的静态安全约束，是则转下一 步，否则在当前运行状态重新计算灵敏度因子，重复线性预测法的步骤； 当λ ε> λ 8时，调整天然气系统的运行状态。2. 根据权利要求1所述的电-气互联能源系统可用输电能力计算方法，其特征在于，所 述电力系统静态安全约束包括：式中：V分别为节点电压幅值；ISuI为支路视在功率；Pe为发电机输出功率； ^max、分别为节点电压幅值约束的上下限；为支路视在功率约束上限； ^Tx、乃Tn分别为发电机有功出力约束的上下限，i为电力系统中第i个节点编号。3. 根据权利要求1所述的电-气互联能源系统可用输电能力计算方法，其特征在于，所 述天然气系统静态安全约束包括：式中：Fmn为管道流量；π分别为节点压力；Fsup为流量供应量；；TiT x、TT=分别为节点 压力约束的上下限；为管道输送流量的最大值；分别为气源流量供应 约束的上下限，m为天然气系统中第m个节点编号。4. 根据权利要求1所述的电-气互联能源系统可用输电能力计算方法，其特征在于，所 述灵敏度因子包括电力系统状态量对负荷参数λ的偏导，g卩?以及天 然气系统状态量对负荷参数λ的偏导，即-5. 根据权利要求1所述的电-气互联能源系统可用输电能力计算方法，其特征在于，所 述基于线性预测法的ATC计算方法的数学模型为： 定义λ e对应的约束即为电力系统静态安全约束下制约ATC的关键约束，λ 8对应的约 束即为天然气系统静态安全约束下制约ATC的关键约束，比较λ ^与λ g的大小，基于线性 预测的ATC计算可分为两种情况： 1) 入e〈入g 若λ g，则可不考虑天然气系统的静态安全约束，直接联立求解电力潮流方程与 入^对应的关键约束：式中：fe(V，θ，λ) = 〇为电力系统等式约束九(V，θ，λ) = O为电力系统静态安全 约束下制约ATC的关键约束； 2) λε> λ g 在这类情况下，ATC计算有必要计及天然气系统的静态安全约束，即统一求解互联能源 系统的能量流方稈与λ "对应的关键约束：式中：f(V，θ，π，λ) =〇互联能源系统稳态能量流方程；hg( π，λ) =〇为天然气系 统静态安全约束下制约ATC的关键约束。6.根据权利要求1所述的电-气互联能源系统可用输电能力计算方法，其特征在于，所 述天然气系统初始运行的调整包括：增加关键约束附近的储气量或提高加压站升压比。
【专利摘要】本发明公布了一种电-气互联能源系统可用输电能力计算方法。电力系统可用输电能力定义了不同区域间的功率交换能力，ATC信息对于电力市场参与者而言至关重要。然而，随着燃气轮机组发电比重的显著提升，传统ATC计算并没有考虑NGFPP的一次能源供应以及天然气系统的运行约束，显然是不恰当的。为此，本发明研究了计及电-气互联能源系统静态安全约束的电力系统ATC计算，并采用线性预测法求解，线性预测法首先基于灵敏度因子辨识关键约束，然后联立求解关键约束与稳态能量流方程，得ATC的计算值。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN104899414
【申请号】CN201510174989
【发明人】陈 胜, 卫志农, 孙国强, 孙永辉, 臧海祥, 朱瑛, 陈霜, 楚云飞
【申请人】河海大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月14日