[發明專利]考慮天然氣系統熱力過程的電-氣互聯系統概率能流分析方法

有效

• 申請號: 201811633617.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109800968B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 楊知方;包詩媛;余娟;代偉;郭林;馬夢楠;覃明星
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發明公開了考慮天然氣系統熱力過程的電?氣互聯系統概率能流分析方法，主要步驟為：1)對電?氣互聯系統進行抽樣。2)建立考慮天然氣系統熱力過程的設備模型。3)建立電?氣互聯系統的概率能流模型，電?氣互聯系統的概率能流模型包括節點平衡方程和不確定因素模型。4)建立風險指標模型。5)將樣本數據輸入到電?氣互聯系統的概率能流模型，計算電?氣互聯系統的能流，并將結果輸入到風險指標模型中，計算電?氣互聯系統的風險指標。6)收斂判斷。本發明提出了一種較全面地考慮了天然氣系統內存在的各種設備，以及各設備內熱力過程的概率能流計算分析方法，可以更加準確、有效的分析系統狀態并評估風險情況。

技術領域

本發明涉及電-氣綜合能源系統領域，具體是考慮天然氣系統熱力過程的電-氣互聯系統概率能流分析方法。

背景技術

近年來，隨著燃氣輪機裝機容量的日益攀升，電力系統和天然氣系統之間的耦合日益緊密，將電-氣互聯系統看作一個統一整體來進行計算分析的做法日益普遍。在電-氣互聯系統中，存在著大量的不確定因素，這使得概率能流計算方法稱為了一種有效的分析工具，以反映電壓、氣壓等狀態變量的越限風險等。

目前，在進行電-氣互聯系統的統一計算分析時，往往只考慮天然氣壓力和流量是變量，而天然氣溫度被當成和環境溫度相等的常數，天然氣系統中各設備的熱力過程沒有被計及。熱力過程指的是當氣體流過某設備時，熱、功和各種能量間的傳遞與轉換關系，這種關系可以通過氣溫、氣壓、流量等狀態變量來刻畫。

基于兩個原因，在電-氣互聯系統的概率能流的計算中，天然氣溫度應該被當做變量。

其一，天然氣的溫度和壓力間存在耦合關系，兩變量會相互影響，且同一系統中不同部位的氣溫可能差異巨大(例如，天然氣溫度在中亞-中國天然氣管道的首端為45℃，而在該管道的末端，天然氣溫度接近環境溫度，其在冬天低至5℃以下)，若在計算時將天然氣溫度看成常數，將給氣壓等計算結果都帶來顯著的誤差。

其二，天然氣系統存在一種名為“水合物生成”的特殊現象，該現象是否出現是由氣溫和氣壓共同決定的。若系統中生成了水合物，會帶來一系列的不良后果，如局部氣壓過高、設備損壞和供氣中斷等，由于電力系統與天然氣系統緊密耦合，因此供電的可靠性也會受到影響。此外，調壓器作為天然氣系統中的一種重要設備，通常設置在輸氣系統的末端，通過固定出口節點的氣壓來滿足下游用戶的要求。當天然氣流經調壓器時，氣溫和氣壓同時都會降低，這很有可能加重水合物生成的風險。因此，熱力過程在準確分析氣壓等系統狀態變量和評估水合物生成概率等系統風險時具有重要意義。

電-氣互聯系統的概率能流分析大體可以分為兩步：能流模型的建立和風險指標的計算。對于能流模型，天然氣設備模型是重要組成部分。首先，已有文獻考慮了管道的熱力過程并建立了節點熱力平衡方程，但矛盾的地方在于，該研究使用Weymouth方程作為管道的流量模型，而事實上Weymouth方程是基于整個管道溫度不變的假設推導的，因此在考慮熱力過程的背景下使用該模型的計算精度有限。其次，對于調壓器，目前在電-氣互聯系統的研究中，僅有一些文獻在優化計算時將調壓比上下限納入約束，或根據其一端氣壓固定的特性，將調壓器與壓縮機一并歸類為主動支路，而尚未見到對調壓器的詳細建模。再次，對于壓縮機，其熱力過程將導致出口溫度的顯著上升，而這一特性在現有的電-氣互聯系統研究中都尚未得到有效考慮。總而言之，現有研究對天然氣系統設備及其熱力過程的考慮都不夠全面和精細。

對于指標，現有研究可以計算節點電壓、氣壓的越限概率以及支路潮流的過載概率等，但仍缺乏可以量化水合物生成(同時受天然氣溫度和壓力兩個狀態變量的影響)概率的指標。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術中存在的問題。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，考慮天然氣系統熱力過程的電-氣互聯系統概率能流分析方法，主要包括以下步驟：

1)對電-氣互聯系統進行抽樣，得到樣本數據。所述樣本數據包括電負荷、氣負荷和風速。