[發明專利]一種電力系統和天然氣系統協同運行的建模方法

有效

• 申請號: 201711322546.9
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108062599B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 齊世雄;王秀麗;李言;王一飛;田士君
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種電力系統和天然氣系統協同運行的建模方法，天然氣管網的拓撲結構以及管道中流過天然氣的流動方向用一個矩陣表征，稱之為標識函數矩陣；天然氣管道對天然氣流量的影響特性等值為另一個矩陣，稱之為管道導納矩陣；將電力系統的輸電線路和變壓器等值為節點導納矩陣；根據壓縮機的耗能類型將壓縮機分為燃氣壓縮機和電動壓縮機，引入壓縮機耗能的度量，并將壓縮機從天然氣管網中去除，改變管網結構，相應的站點等效天然氣氣負荷和天然氣氣源；從而建立天然氣管道中流過天然氣流量和電網線路中流過電功率的數學模型表達。

技術領域

本發明屬于電力系統和天然氣系統協同運行領域，涉及一種電力系統和天然氣系統協同運行的建模方法。

背景技術

為實現經濟社會的可持續發展，大力推進清潔能源和可再生能源的使用成為必然趨勢。天然氣作為一種清潔能源，有很大的使用前景，“以氣代煤”成為能源結構調整的大趨勢。2015年，我國的天然氣用量大約1900億立方米，天然氣消費比重僅占5％左右，相較之下，全球水平為21％，美國則達到28％，大力發展天然氣已經成為我國新能源發展的大勢所趨。國務院辦公廳在能源發展戰略中指出，到2020年，天然氣在一次能源消耗中占比要提升至10％，根據IEA在2012年的預測結果，我國天然氣年產量將于2025年突破2000×10⁸m³，達到2170×10⁸m³；2035年將突破3000×10⁸m³，達到3180×10⁸m³，未來天然氣有望成為煤炭、石油后的第三大主體能源。

在傳統的社會供能系統中，電力供能系統和天然氣供能系統一般是獨立運行的，各個能源系統按照自身的運行狀況做出調度策略、調整峰谷的規劃，這使得能源和設備的利用效率下降。隨著各種能源之間聯系越來越密切，電力系統和天然氣系統之間的耦合也越來越強。電力系統和天然氣系統的實時協同運行狀態分析可以作為兩個系統在優化調度、市場決策和安全保護等方面的研究基礎，是能源使用情況的重要參考。

在電力系統分析的角度，研究電力系統和天然氣系統協同運行時，需要對天然氣系統進行合理有效的建模。已有的天然氣建模存在以下問題：

(1)對實際的管道特性考慮不足，一般是以一個人為給定的數值代替管道性質對流過天然氣流量的影響，這缺失實際的物理含義而且和實際運行情況具有較大的誤差，是一種理想化的建模。

(2)對天然氣系統中的壓縮機建模過于復雜，且不利于同電力系統統一求解，其非線性方程組在協同運行求解時由于線性化，導致誤差過大，且計算量大，計算用時長。

發明目的

本發明的目的在于針對電力系統和天然氣系統協同運行的建模方法偏離實際的問題，同時針對現有的壓縮機建模方法的不足，提出一種電力系統和天然氣系統協同運行的建模方法，對天然氣管道特性的建模更加貼近實際，從實際管道的物理特性抽象得到；對天然氣系統中的壓縮機建模提出了實用性處理方法，使得天然氣系統和電力系統的建模更加統一，求解過程中計算量更小，計算速度更快。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種電力系統和天然氣系統協同運行的建模方法，包括以下步驟：

步驟I：等值天然氣管網參數：

天然氣管網的拓撲結構以及管道中流過天然氣的流動方向用一個矩陣表征，稱之為標識函數矩陣；天然氣管道對天然氣流量的影響特性等值為另一個矩陣，稱之為管道導納矩陣；

步驟II：等值電網輸電線路參數：

將電力系統的輸電線路和變壓器等值為節點導納矩陣Y_B；

步驟III：天然氣系統中處理壓縮機的實用化方法：