[發明專利]一種基于網絡解耦的電-氣互聯系統概率能流計算方法

有效

• 申請號: 202010735343.8
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111950135B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 任洲洋;楊鑫
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;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;左倩

1.一種基于網絡解耦的電-氣互聯系統概率能流計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立電-氣互聯系統穩態能量流模型；

所述電-氣互聯系統穩態能量流模型主要包括電力系統潮流模型、天然氣元件模型和天然氣能流模型；

電力系統潮流模型如下所示：

式中，j∈i表示j節點與i節點直接相連；P_i,s、Q_i,s分別為節點i處發電機組的有功功率與無功功率；P_i,l、Q_i,l分別為節點i處的有功負荷與無功負荷；U_i、U_j分別為節點i、節點j處的電壓幅值；θ_i、θ_j分別為節點i、節點j處的電壓相角，相角差θ_ij＝θ_i-θ_j；G_ij、B_ij表示支路ij的電導和電納；ΔP_i、ΔQ_i分別表示節點i的有功功率不平衡量和無功功率不平衡量；

所述天然氣元件模型包括天然氣管道氣流模型、壓縮機模型和燃氣輪機數學模型：

其中，天然氣管道穩態氣流模型如下所示：

式中，p_k、p_m分別為天然氣管道兩端節點氣壓；f_km為管道流量；C_km為天然氣管道傳輸性能參數；sign(p_k,p_m)表示天然氣的實際流動方向；

壓縮機模型如下所示：

式中，P_gc為壓縮機所需電功率；T_in為注入溫度；p_out/p_in為壓縮比；η_gc為工作效率；k_c為天然氣絕熱系數；p_b、T_b分別表示基準氣壓和基準溫度；z_a表示天然氣可壓縮系數；

燃氣輪機數學模型如下所示：

式中，a_w、b_w、c_w為燃氣輪機的耗氣擬合系數；P_w為發電功率；f_G為消耗的氣流量；GHV為天然氣熱值；

天然氣能流模型如下所示：

式中，f_k,s表示氣源的注入氣流量；m∈k表示m節點與k節點直接相連；f_l、f_gc分別表示負荷需求量和氣壓縮機耗氣量；Δf_g,k為天然氣節點能量流不平衡量；

2)根據電-氣互聯系統隨機變量的統計特性，建立電-氣互聯系統中隨機變量的概率模型；

所述電-氣互聯系統中隨機變量的概率模型包括電力負荷概率模型、天然氣負荷概率模型和光伏電站有功出力概率模型；

其中，電力負荷P_L,e概率模型如下所示：

式中，σ_L,e、μ_L,e分別表示有功負荷的標準差和均值；f(P_L,e)為電力負荷的概率函數；

天然氣負荷f_L,g概率模型如下所示：

式中，σ_L,g、μ_L,g分別表示天然氣負荷的標準差和均值；f(f_L,g)為天然氣負荷的概率函數；

光伏電站有功出力P_pv概率模型如下所示：

式中，P_pv,max為光伏功率的最大值；Г()為Gamma函數；d、q均為Beta分布的形狀參數；f(P_pv)為光伏電站有功出力的概率函數；

3)利用混沌多項式，將電-氣互聯系統穩態能量流響應展開為標準化輸入隨機變量的多項式函數；

4)基于線性無關原則選取最優配點；

5)根據等概率轉換準則將最優配點轉換為輸入隨機變量的樣本，并進行確定性能量流計算，得到對應的潮流響應值；

根據等概率轉換準則將最優配點轉換為輸入隨機變量的樣本，并進行確定性能量流計算的步驟如下：

根據如下所示的等概率轉換準則將最優配點轉換為輸入隨機變量的樣本

x_i＝F_i^-1(Φ(ξ_i)) (14)

式中，x_i為輸入隨機變量；F_i(x_i)為x_i的分布函數，F_i^-1()為其反函數；ξ_i為服從標準正態分布的隨機變量，Φ(ξ_i)為隨機變量ξ_i的分布函數；i＝1,2,...,n；

確定性能量流計算的步驟如下：

5.1)讀取天然氣系統網絡信息，生成鄰接矩陣A，A的行列都表示節點，其中，a_ij表示A中第i列第j列對應的元素；若節點i與節點j相連，則a_ij＝a_ji＝1；否則a_ij＝a_ji＝0；

5.2)初始化節點k＝1；

5.3)將迭代節點k的值賦給節點i，即令節點i＝k；記A的第i行元素之和為S_i，即

5.4)判斷S_i＝1是否成立，若是，則節點i屬于輻射狀支路，并更新節點k＝k+1，返回步驟5.3)；若否，則進入步驟5.5)；

5.5)判斷節點i是否被標記為環網節點，若是，則更新節點k＝k+1，返回步驟5.3)；若否，則進入步驟5.6)；

5.6)搜索與節點i相連的所有節點j∈C_i；

5.7)判斷節點j是否屬于輻射狀網，若是，則舍去節點j，否則，將節點j寫入回路矩陣L；

5.8)判斷節點j＝k是否成立，若是，則將回路矩陣L的所有節點都標記為環網節點，并更新節點k＝k+1；否則，更新k＝j；

5.9)判斷k＜n是否成立，若是，則返回步驟5.3)，否則搜索結束；

5.10)判斷有無環網，若存在，將整個環網視為廣義節點；

5.11)讀取各節點的注入和負荷氣流量；

5.12)列寫每個節點的KCL方程，計算各輻射狀支路管道氣流量；

5.13)從天然氣平衡節點開始，沿管道氣流方向順序計算下游節點氣壓，方法為：判斷當前節點是否屬于環網，若是，則利用牛頓拉夫遜法迭代計算整個環網的節點氣壓，否則，利用天然氣管道氣流模型(3)計算下游節點氣壓；

5.14)初始化電力系統，讀取電力系統數據；將電力系統數據輸入到電-氣互聯系統穩態能量流模型中，并利用牛頓拉夫遜法計算電力系統潮流；所述電力系統數據包括燃氣機組出力、壓縮機功率和P2G負荷；

6)將最優配點和對應的潮流響應值代入到輸入隨機變量的多項式函數中，計算出多項式函數中的待定系數，從而對多項式函數進行更新；

7)根據多項式函數估計能量流響應的統計量信息和概率分布。