[發明專利]一種考慮天然氣系統影響的電力系統連鎖故障估計方法

有效

• 申請號: 201811535499.0
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109615248B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 丁一;包銘磊;周曉鳴;楊陽;桑茂盛;邵常政
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;G06F30/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種考慮天然氣系統影響的電力系統連鎖故障估計方法，其特征在于：建立了天然氣系統的故障物理模型，將天然氣系統的故障物理模型耦合到電力系統連鎖故障估計處理中，形成了天然氣系統發生事故影響的電力系統連鎖故障模型，并利用電力系統連鎖故障模型計算獲得故障估計參數，利用故障估計參數進行連鎖故障估計判斷；

方法主要包括以下幾部分：

天然氣系統是由多個天然氣節點構成，天然氣系統運行依靠多個天然氣氣源對各個天然氣節點的天然氣負荷供應，天然氣節點之間通過管道連通；

電力系統是由多個電力節點構成，每個電力節點包含天然氣機組和燃煤機組，天然氣機組gg是在電力系統中的需要消耗天然氣的發電機組，并由天然氣氣源供應天然氣，燃煤機組是在電力系統中的需要消耗煤的發電機組；天然氣氣源一方面向天然氣系統中的各個天然氣節點供應，另一方面向電力系統的電力節點中的各個天然氣機組供應，天然氣氣源向電力系統中的天然氣機組輸出的天然氣供應量作為氣轉電負荷；

電力系統中的電力節點與天然氣系統中的天然氣節點之間存在連接關系拓撲，一個電力系統與至少一個天然氣系統連接，一個天然氣系統與至少一個電力系統連接，天然氣系統向電力系統傳輸天然氣所對應的天然氣節點和電力節點構成了耦合關系，組成耦合節點；

1)根據天然氣系統故障建立天然氣系統的故障物理模型

當天然氣系統從初始狀態0轉變為事故后狀態l_g，采用以下方式計算獲得對于狀態l_g下的天然氣氣源供應量和氣轉電負荷的去除量；

1.1)建立以下天然氣系統發生事故后的目標函數：

式中，l_g表示天然氣系統從初始狀態0轉變為事故后的狀態，和C_i,G分別為狀態l_g下天然氣節點i處氣源的供應量和天然氣的供應計量值；和C_i,LC分別為狀態l_g下天然氣節點i處天然氣負荷的去除量及去除計量值；N_g表示天然氣系統中的節點個數，i表示天然氣節點的序數；

1.2)并且建立以下天然氣供應約束條件：

1.2.a.天然氣管道流量約束：

在天然氣系統運行過程中，天然氣節點之間的管道ij上狀態l_g下的流量與管道ij兩端的氣壓有關，建立以下約束：

式中，和分別代表狀態l_g時管道ij上流過的天然氣流量和管道兩端天然氣節點i及天然氣節點j時的氣壓；M_ij和分別代表管道ij的氣流傳輸參數及天然氣流向；和分別代表管道ij傳輸流量容量的上限和下限；E_g表示天然氣系統中的管道的集合，N_g表示天然氣系統中的天然氣節點的集合；

1.2.b.天然氣節點氣壓約束：

在天然氣系統運行過程中，天然氣系統的氣壓在以下約束范圍：

式中，和分別表示天然氣節點i處氣壓的最大值和最小值；

1.2.c.氣源約束：

天然氣氣源的出氣量在以下約束范圍內：

式中，和分別表示天然氣節點i處氣源出氣量的最大值和最小值；

1.2.d.壓縮機約束：

天然氣系統節點之間的管道上設有壓縮機，壓縮機調節管道上的氣壓，壓縮機消耗天然氣驅動；在天然氣系統運行過程中，壓縮機的升壓比例在以下約束范圍內：

式中，和分別代表管道上ij的壓縮機c的升壓比例的上下限；

1.2.e.節點氣流平衡約束：

在天然氣系統運動過程中，在狀態l_g時，任一天然氣節點i處天然氣流入量和流出量滿足以下約束：

式中，為初始狀態0時天然氣節點i處的天然氣負荷，和分別為事故后狀態l_g下天然氣節點i處氣源的供應量和天然氣負荷的去除量，表示管道ij上的壓縮機c在狀態l_g下所消耗的天然氣量；

1.2.f.天然氣負荷去除量約束：

式中，為事故后狀態l_g下天然氣節點i處負荷去除量的最大值；

1.3)基于上述模型，求解獲得事故后狀態l_g下各個耦合節點中天然氣節點i處的天然氣負荷的去除量

2)將天然氣系統的故障物理模型耦合到電力系統連鎖故障估計處理中，構建天然氣系統影響的電力系統連鎖故障模型：

2.1)在天然氣系統發生事故后，獲得電力系統中的天然氣機組輸出功率

電力系統的電力節點i中的天然氣機組的輸出功率由電力節點對應耦合的天然氣節點m的供氣量采用以下公式計算獲得：

式中，為狀態l_g時與天然氣節點i耦合的電力節點m處天然氣機組gg的輸出功率，GHV表示天然氣的熱值，N_gp表示耦合節點的集合，m表示電力節點的序數；

2.2)建立天然氣系統發生事故影響的電力系統連鎖故障模型

當電力系統本身發生隨機故障，電力系統由初始狀態0轉變為事故后狀態l_p，只能通過調節電力節點中燃煤機組的輸出功率或切除電力負荷保證系統功率平衡，建立以下直流潮流模型，直流潮流模型包括孤島內發電與負荷調整、直流潮流計算和過載線路切除的依次三步驟：

2.2.a.孤島內發電與負荷調整

在電力系統的隨機故障l_p的影響下，電力系統出現孤島sb；對于孤島sb，內部發電與負荷的平衡主要包括增加燃煤機組的輸出功率和減少電力負荷兩類，根據孤島備用容量系數GC_sb來確定具體采取何種調整方式計算獲得在電力系統的隨機故障l_p下孤島sb內電力節點n處燃煤機組gf的輸出功率和電力負荷孤島備用容量系數GC_sb具體采用以下公式計算：

式中，表示孤島sb內電力節點n處燃煤機組gf的發電容量；表示孤島sb內電力節點n處負荷；N_p,sb表示孤島sb內電力節點的集合，共有N_p,sb個節點；

若孤島備用容量系數GC_sb≥0，則說明備用容量足夠，根據孤島sb內不同電力節點的燃煤機組的剩余發電容量按比例增加輸出功率；在電力系統的隨機故障l_p下，孤島sb內電力節點n處燃煤機組gf的輸出功率和電力負荷計算為：

式中，和分別表示初始狀態0下孤島sb內電力節點n處燃煤機組gf的輸出功率和電力負荷；表示由上述步驟2.1中確定的天然氣系統故障狀態l_g時與天然氣節點i耦合的孤島sb內電力節點n處天然氣機組gg的輸出功率，表示孤島sb內電力節點n處燃煤機組gf的輸出功率的最大值；

反之，若孤島備用容量系數GC_sb0，則說明備用容量不足，將孤島sb內所有電力節點的所有燃煤機組輸出功率均設增加為最大值，然后按照功率缺額等比例削減負荷；在電力系統的隨機故障l_p下，孤島sb內電力節點n處燃煤機組gf的輸出功率和電力負荷計算為：

2.2.b.直流潮流計算

根據上述步驟2.2.a計算獲得的孤島sb內不同電力節點n的輸出功率和電力負荷得到各個節點的凈注入功率為且表示凈注入功率的集合，表示隨機故障l_p下的節點n的凈注入功率；接著利用注入功率的集合采用以下公式的直流潮流模型計算孤島sb內的潮流，即電力線路功率向量

其中，A為功率傳輸分配系數矩陣，由電網的導納矩陣計算而得，為電力線路功率向量，電力線路功率向量包含了孤島sb內各個電力節點之間的線路上流過的功率；

2.2.c.過載線路切除判據

在上述步驟2.2.b結束后，對每條電力節點之間的線路進行以下判斷：

若線路上流過的功率超過線路的容量上限，即滿足以下公式，則認為電力節點之間的該條線路過載，進行去除，然后重復上述步驟2.2.a和步驟2.2.b迭代處理，直至保留下來的每條線路均沒有過載：

式中，和分別表示節點n'和節點n之間的線路流過的功率和線路的容量上限；

若線路上流過的功率未超過線路的容量上限，即不滿足公式，則認為各個電力節點之間線路沒有過載，則將該條線路保留；

3)利用電力系統連鎖故障模型計算獲得故障估計參數，根據故障估計參數進行連鎖故障估計判斷。