合
[0081] 燃气轮机在电网中相当于电源，同时在气网中相当于气负荷。因此燃气轮机连接 了电网与气网。燃气轮机消耗的燃气量与其有功输出呈如下非线性关系：
[0083] 式中：Gg为燃气轮机集合；为燃气轮机输出有功，巧，为燃气轮机吸收的气流 量。
[0084]计算电-气互联综合能源系统静态安全域[0085] 计算电力系统静态安全域：
[0086] 电力系统静态安全域定义为满足电力潮流约束以及网络静态安全约束的一组功 率注入集。
[0087] 在电力系统静态安全约束下，（\，Θ)空间的可行域为：
[0093] 式中：Rv、&、馬^及％分别为在电压幅值约束、支路容量约束、发电机有功与无功 约束下（\，Θ)空间的可行域；Ιζ为在所有电力系统静态安全约束下（V,，Θ)空间的可行 域；SiS支路复功率，
[0094] 接着，电力系统静态安全域可表示为：
[0096]式中：ye=(Pc，PL，QL)，xe=(VL，Θ) 为非线性潮流函数。
[0097] 计算电-气互联综合能源系统静态安全域
[0098] 参照电力系统静态安全域的定义，电-气互联综合能源系统静态安全域可定义 为：满足电网与气网能量流约束以及静态安全约束的一组能量流注入集合。
[0099] 在天然气系统静态安全约束下，π 间的可行域为
[0102] Rg=RFnRπ；
[0103] 式中：心与1^分别为气源容量约束、节点压力约束下的πD空间的可行域；Rg为所 有天然气系统约束下空间的可行域。
[0104] 参照电力系统静态安全域模型，电-气互联综合能源系统静态安全域可表示为：
[0106] 式中：y= (PG,PL,QL,Fs,FD)为能量流注入；x= (VL,θ，JTD);R=ReXRg，为电网与 气网静态安全约束下x空间的可行域；f为非线性能量流方程。
[0107] 计算决策空间的安全域
[0108] 系统调度人员的任务是在给定系统结构和负荷下，通过调整发电机与气源的出力 达到确保系统安全、高效运行的目的。在这种应用背景下，通过固定电负荷与气负荷的吸收 的能量，电-气互联综合能源系统的安全域可简化为决策空间中的安全域：
[0110] 计算安全域边界的运行点
[0111] 安全域的边界对应于某个不等式关键约束转化为等式约束，该等式约束可加入到 能量流方程中。以电力系统为例，为保持已知量与未知量数量的相等，已知量&中某个元 素（假定为设为未知量，相应地，电力系统能量流方程转化为：
[0113] 式中：flinut对应于转化为等式约束的关键约束；P' s=(Ρ?ι1，L，PSili，PSil+1，L，PSing) T为修正后的功率注入向量。
[0114] 通过求解修正后的能量流方程，可得安全域边界上的一个运行点。通过调整 大小，可得一组边界运行点。
[0115] 进行超平面拟合：
[0116] 假定安全域边界为超平面，则电力系统安全域边界可表示为：
[0118] 式中：CBJ%电力系统关键约束集；η为CB^t应的超平面系数。
[0119] 同理，天然气系统安全域边界为：
[0121] 式中：CBg为天然气系统关键约束集；τ为CB应的超平面系数。
[0122] 需要说明的是，上述天然气安全域边界计及了燃气轮机组消耗的天然气进一 步的，将燃气轮机组的有功输出代替其天然气消耗厂.则天然气系统静态安全域边界 转化为：
[0124] 同时，电-气互联综合能源系统静态安全域边界的超平面系数η与τ可采用最 小二乘法拟合得到。
[0125] 基于电力系统与天然气系统静态安全域的边界，电-气互联综合能源系统静态安 全域Ω可表示为：
[0127] 算例分析
[0128] 本发明测试的算例为由电力系统算例IEEE39节点系统与天然气系统算例NGS5节 点系统（如附录图3所示）构成。假定IEEE39节点中节点39和节点30所连的发电机为 燃气轮机，且分别与NGS5节点中的节点2和节点5相连。
[0129] 基于最小二乘法拟合，IEEE39节点系统中节点37与30所连发电机以及NGS5节点 系统中节点4所连储气罐的静态安全域边界如附录图4所示。定义最小二乘拟合误差ε:
[0130]ε= | | (Pg,Fs)ef- (Pg,Fs)ls||/||(Pg,Fs)ef||X100%
[0131] 式中：(P&Fs)ef为根据重复潮流计算得到的边界运行点；(PuFshs为最小二乘法 拟合得到的边界运行点。
[0132] 误差ε的最大值和平均值分别为3. 83%和0.82%，该误差精度能够满足工程实 用需求。
[0133] 基于各静态安全域边界（超平面）的交集，静态安全域的可视化为附录图5所示。
[0134] 此外，超平面系数η体现了关键约束对发电机出力的灵敏度。对于天然气节点5 压力约束，发电机30的超平面系数近似为发电机37的3倍。因此，当大量的电能需要由发 电机30与37供应时，从天然气系统安全性角度出发，应首先考虑由发电机37供电。
【主权项】
1. 一种电-气互联综合能源系统静态安全域分析方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 建立电力系统稳态能量流模型： 对于连接节点i、j的支路1，其支路功率可表示为：式中$与Q1分别为支路有功功率与无功功率；V与Θ分别为节点电压幅值与相角， Θ U= θ「Θ j;gij与b ^分别为支路电导与电纳；gsM与b sM分别为对地电导与电纳； 同时，每个节点流入功率必须等于流出功率：式中：Tti为电网节点-发电机关联矩阵，1\为电网节点-负荷关联矩阵，AJ%电网节 点-支路关联矩阵；Pp Qti为发电机注入有功功率、无功功率，P P 为负荷吸收的有功功率、 无功功率； 2) 建立天然气系统稳态能量流模型： 对于连接节点m与η的管道1，流过该管道的流量为式中=F1为管道1流量；π为节点压力；k 与管道1压力损失相关的常数； 基于天然气系统各节点流量的平衡，可得： TsFs-TdFd= AgF1; 式中：TsS气网节点-气源关联矩阵，Td为气网节点-负荷关联矩阵，AgS气网节点-管 道关联矩阵；FS为气源注入流量，Fd为气负荷流量； 3) 燃气轮机耦合 燃气轮机消耗的燃气量与其有功输出呈如下非线性关系：式中：Gg为燃气轮机集合；匕,为燃气轮机输出有功，为燃气轮机吸收的气流量； 4) 电力系统静态安全域 电力系统静态安全域为满足电力潮流约束以及网络静态安全约束的一组功率注入 集：式中A= (PS，LQ上(U)此为静态网络约束下（Vd Θ)空间中的可行域； f <3为非线性潮流函数； 5) 电-气互联综合能源系统静态安全域 参照电力系统静态安全域的定义，电-气互联综合能源系统静态安全域可定义为：满 足电网与气网能量流约束以及静态安全约束的一组能量流注入集合：式中：y= H QdFs，Fd)为能量流注入；X= (\，Θ，JTD) ;R为电网与气网静态安全 约束下X空间的可行域；f为非线性能量流方程； 6) 安全域边界的运行点 为保持已知量与未知量数量的相等，已知量為￥中某个元素（假定为巧0 )设为未知 量，相应地，电力系统能量流方程转化为：式中：fllnut对应于转化为等式约束的关键约束；为 修正后的功率注入向量； 通过求解修正后的能量流方程，可得安全域边界上的一个运行点；通过调整P'的大 小，可得一组边界运行点； 7) 超平面拟合 假定安全域边界为超平面，则电力系统安全域边界可表示为：式中：CBJ%电力系统关键约束集；η为CB 6对应的超平面系数； 同理，天然气系统安全域边界为：式中：CBg为天然气系统关键约束集；τ为CB 应的超平面系数； 最终，电-气互联综合能源系统静态安全域Ω可表示为：2. 根据权利要求1所述的电-气互联综合能源系统静态安全域分析方法，其特征在于： 所述步骤3)中燃气轮机在电网中相当于电源，同时在气网中相当于气负荷；因此燃气轮机 连接了电网与气网。3. 根据权利要求1所述的电-气互联综合能源系统静态安全域分析方法，其特征在于： 所述步骤6)中安全域的边界对应于某个不等式关键约束转化为等式约束，该等式约束可 加入到能量流方程中。4. 根据权利要求1所述的电-气互联综合能源系统静态安全域分析方法，其特征在于： 所述步骤7)中电-气互联综合能源系统静态安全域边界的超平面系数Tl与τ可采用最 小二乘法拟合得到。
【专利摘要】本发明公布了一种电-气互联综合能源系统静态安全域分析方法。首先建立了电-气互联综合能源系统稳态能量流模型；接着参照电力系统静态安全域的定义与模型，提出电-气互联综合能源系统静态安全域的概念；然后通过重复能量流计算，获取了安全域边界上的一组边界运行点；最后基于线性超平面拟合，可得电-气互联综合能源系统的静态安全域。本发明所提安全域模型将为电-气互联综合能源系统的实时运行调度及在线安全评估提供了理论基础。
【IPC分类】H02J3/00, G06F19/00, G06Q50/06
【公开号】CN105356447
【申请号】CN201510707513
【发明人】卫志农, 陈 胜, 孙国强, 孙永辉, 臧海祥, 朱瑛, 陈霜, 张思德
【申请人】河海大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月27日