[發明專利]計及電-氣耦合系統約束的電壓穩定裕度計算方法

有效

• 申請號: 201810335838.4
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108667007B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 孫宏斌;郭慶來;王彬;喬錚;張伯明;吳文傳;張明曄
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 羅文群

1.一種計及電-氣耦合系統約束的電壓穩定裕度計算方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)建立電-氣耦合系統穩態安全運行的等式約束方程，包括：

(1-1)一個電-氣耦合系統中電力系統的潮流方程如下：

其中，P_Gi為電力系統中第i個節點的注入有功功率，P_Li為電力系統中第i個節點的注出有功功率，Q_Gi為電力系統中第i個節點的注入無功功率，Q_Li為電力系統中第i個節點的注出無功功率，V_i、V_j分別為電力系統中第i個節點、第j個節點的電壓幅值，θ_ij＝θ_i-θ_j，θ_i、θ_j分別為電力系統中第i個節點、第j個節點的電壓相角，G_ij為與電力系統的節點導納矩陣Y中第i行、第j列相對應的電導，B_ij為與電力系統的節點導納矩陣Y中第i行、第j列相對應的電納，電力系統節點導納矩陣Y從電力系統調度中心獲取，N_e為電力系統中所有節點的個數，N_PQ為電力系統中給定了有功功率P和無功功率Q的PQ節點的個數；

(1-2)一個電-氣耦合系統中天然氣系統中管道的水力方程如下：

其中，f_km為天然氣系統中第k個節點和第m個節點之間的管道中天然氣體積流量，p_k，p_m分別為第k個節點和第m個節點的壓強，C_km為第k個節點和第m個節點之間管道km的阻力系數，從管道的設計報告中獲取，上述天然氣系統中管道的水力方程中，當時，上式中的sgn_p(p_k,p_m)＝1，當時，sgn_p(p_k,p_m)＝-1；

(1-3)一個電-氣耦合系統中通過燃氣輪機耦合的電力系統與天然氣系統之間的耦合方程如下：

μ_G×L_G×H_gas＝P_G，

其中，L_G為燃氣輪機的燃氣負荷，P_G為燃氣輪機的有功功率輸出，H_gas為天然氣的燃燒熱值，取值為37.59MJ/m³，μ_G為燃氣輪機的效率系數，由燃氣輪機的出廠說明書獲取；

(1-4)一個電-氣耦合系統中天然氣系統的節點氣流平衡方程如下：

其中，L_sm為天然氣系統中第m個節點的注入體積流量，L_Lm為天然氣系統中第m個節點的注出體積流量；

(2)選擇負荷裕度指標λ作為電壓穩定裕度的指標，并在下述三種負荷增長方式中選擇一種：①其他負荷保持不變，單一負荷的有功功率和無功功率保持原功率因數同時增加；②其他負荷保持不變，選定區域內負荷的有功功率和無功功率保持原功率因數同時增加；③所有負荷的有功功率和無功功率保持原功率因數同時增加；

(3)利用負荷裕度指標λ建立電-氣耦合系統的連續潮流模型：

(3-1)建立一個電-氣耦合系統中電力系統注入與注出功率變化方程如下：

其中，P_Li0為初始時刻節點i的注出有功功率，P_Gi0為初始時刻節點i的注入有功功率，Q_Li0為初始時刻節點i的注入無功功率，N_e為電力系統中的節點個數，N_PQ為電力系統中PQ節點的個數；

(3-2)建立一個電-氣耦合系統中天然氣系統中天然氣負荷的變化方程如下：

L_Lm(λ)＝(1+rλ)L_Lm0，

其中，L_Lm0為初始時刻第m個節點的注出體積流量，通過天然氣系統的運行數據獲得；r為電力系統燃氣負荷與天然氣系統負荷的相關系數，由當地能源統計部門的數據獲得；

(3-3)將步驟(3-1)和(3-2)中的連續變化方程代入步驟(1-1)和(1-4)中的方程后得到如下方程：

(4)設定電-氣耦合系統穩態安全運行的不等式約束條件，包括：

(4-1)電力系統中發電機組的輸出有功功率P_gen大于或等于0，小于或等于該發電機組出廠銘牌上給出的最大功率即：

(4-2)電力系統中發電機組的輸出無功功率大于或等于該發電機組出廠銘牌上給出的最小功率小于或等于該發電機組出廠銘牌上給出的最大功率即：

(4-3)電力系統第i個節點的電壓幅值U_i在設定的電力系統安全運行電壓的上限值和下限值U_i之間運行，U_i取第i個節點額定電壓的0.9倍或0.95倍，為第i個節點額定電壓的1.1倍或1.05倍，即：

(4-4)天然氣系統中第k個節點的壓強p_k在設定的管道安全運行氣壓的上限值、下限值p_k、內，即：

(4-5)天然氣系統中氣源供氣量L_s大于或等于0，小于或等于該氣源能提供天然氣流的最大值L_s,max，即：

0≤L_s≤L_s,max；

(5)利用優化法或迭代法求解λ為0時由步驟(1)和步驟(3-3)構建的潮流方程F(X)，得到初始潮流解X_t(V_t,θ_t,λ_t)，其中下標t表示當前計算點；

(6)在上述初始解X_t處求得切向量dX_t(dV_t,dθ_t,dλ_t)，并設置潮流解變化的步長h，得到預測值X′_t+1(V′_t+1,θ′_t+1,λ′_t+1)，其中下標t+1表示下一個計算點：

X′_t+1＝X_t+h·dX_t；

(7)以X′_t+1為初始點，重新計算由步驟(1)和步驟(3-3)構建的潮流方程，得到修正值X_t+1，判斷X_t+1是否滿足步驟(4)中的約束且dλ_t＞0，若同時滿足步驟(4)的約束和dλ_t＞0的條件，則以X_t+1作為初始解X_t，返回執行步驟(6)，若不滿足步驟(4)的約束或不滿足dλ_t＞0的條件，則進一步判斷X_t+1是否滿足dλ_t/λ_t＜ε且dλ_t＞0，若不滿足該條件，則重新調整步長h，返回執行步驟(6)，若滿足該條件，輸出此時的λ，作為計及電-氣耦合系統約束的電壓穩定裕度。