[發明專利]一種電-氣耦合系統骨干網架重構方法

有效

• 申請號: 202110367619.6
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113094854B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 丁一;桑茂盛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;H02J3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種電-氣耦合系統骨干網架重構方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：建立故障前的電-氣耦合系統網絡拓撲模型，電-氣耦合系統發生故障后，確定發生故障后的電-氣耦合系統的初始運行狀態；

步驟2：基于故障前的電-氣耦合系統網絡拓撲模型，計算電-氣耦合系統中各電節點和氣節點的重要度；

步驟3：基于各電節點的重要度和氣節點的重要度，建立電-氣耦合系統骨干網架重構模型的目標函數；

步驟4：根據故障前的電-氣耦合系統網絡拓撲模型和初始運行狀態，建立電-氣耦合系統骨干網架重構模型的約束條件；

步驟5：利用初始運行狀態、約束條件和目標函數對故障前的電-氣耦合系統網絡拓撲模型進行計算，得到恢復控制結果，利用恢復控制結果重構故障前的電-氣耦合系統網絡拓撲模型獲得電-氣耦合系統骨干網架重構模型，按照電-氣耦合系統骨干網架重構模型對故障后的電-氣耦合系統進行骨干網架重構；

所述的步驟1具體為：

故障前的電-氣耦合系統網絡拓撲模型包括故障前的電力系統網絡拓撲模型、故障前的天然氣系統網絡拓撲模型和電-氣耦合設備網絡拓撲模型；

步驟1.1：建立故障前的電力系統網絡拓撲模型，通過以下公式進行設置：

其中，表示故障前的電力系統網絡拓撲集合，I表示電節點集合，L表示電力線路集合；

步驟1.2：建立故障前的天然氣系統網絡拓撲模型，通過以下公式進行設置：

其中，表示故障前的天然氣系統網絡拓撲集合，J表示氣節點集合，P表示天然氣管道集合；

步驟1.3：建立電-氣耦合設備網絡拓撲模型，通過以下公式進行設置：

Ξ＝{Ξ_gfu,Ξ_ptg} (3)

其中，Ξ表示電-氣耦合設備網絡拓撲集合；Ξ_gfu表示燃氣機組依賴鏈接集合；Ξ_ptg表示電轉氣設備依賴鏈接集合；

步驟1.4：電-氣耦合系統發生故障后，電力系統和天然氣系統均包括故障部分和正常工作部分，將電力系統和天然氣系統中正常工作部分的運行參數作為初始運行狀態；

所述步驟2具體為：

步驟2.1：基于故障前的電力系統網絡拓撲模型計算各電節點的重要度，通過以下公式進行設置：

其中，Λ_e,i表示電節點i的重要度；λ_e,i表示電節點i的優先恢復系數；k_e表示發電機組恢復偏重系數；表示電節點i的發電容量；表示電節點i發生故障前的電力負荷；k_i表示電節點i的拓撲度數；i表示電節點的序數；

步驟2.2：基于故障前的天然氣系統網絡拓撲模型計算各氣節點的重要度，通過以下公式進行設置：

其中，Λ_g,j表示氣節點j的重要度；λ_g,j表示氣節點j的優先恢復系數；k_g表示氣源設備恢復偏重系數；表示氣節點j的天然氣產出容量；表示氣節點j發生故障前的天然氣負荷；k_j表示氣節點j的拓撲度數；j表示氣節點的序數；

所述步驟3具體為：

以電節點的重要度和氣節點的重要度之和最大為電-氣耦合系統骨干網架重構的目標，建立電-氣耦合系統骨干網架重構模型的目標函數，通過以下公式進行設置：

其中，r表示電-氣耦合系統骨干網架重構模型的目標函數；β_e,i表示電節點i的恢復控制變量；β_g,j表示氣節點j的恢復控制變量；

所述步驟4具體為：

初始運行狀態包括初始正常電節點、初始正常電力線路、初始正常氣節點、初始正常天然氣管道組成的集合Ω_black，電力線路維修資源數量R_e和天然氣管道維修資源數量R_g；

約束條件具體包括：恢復資源約束、邏輯約束、電力系統運行約束、天然氣系統運行約束、電力-天然氣相互依賴約束和拓撲連通性約束；

步驟4.1：根據電力線路維修資源數量R_e和天然氣管道維修資源數量R_g，建立電-氣耦合系統骨干網架重構的恢復資源約束，通過以下公式進行設置：

其中，α_e,l表示電力線路l的恢復控制變量；α_g,p表示天然氣管道p的恢復控制變量；l表示電力線路的序數；p表示天然氣管道的序數；

步驟4.2：建立電-氣耦合系統骨干網架重構的邏輯約束，通過以下公式進行設置：

其中，E₁(i)表示所有首端節點為電節點i的電力線路的集合；E₂(i)表示所有末端節點為電節點i的電力線路的集合；E₁(j)表示所有首端節點為氣節點j的天然氣管道的集合；E₂(j)表示所有末端節點為氣節點j的天然氣管道的集合；l∈{E₁(i),E₂(i)}表示所有與電節點i相連的電力線路的集合；p∈{E₁(j),E₂(j)}表示所有與氣節點j相連的天然氣管道的集合；

步驟4.3：根據故障前的電力系統網絡拓撲模型、初始正常電節點和初始正常電力線路，建立電-氣耦合系統骨干網架重構的電力系統運行約束，通過以下公式進行設置：

P_gen,i＝P_cu,i+P_gfu,i (12)

其中，P_gen,i表示電節點i的發電功率；表示電節點i發生故障前的常規電負荷；P_ptg,i表示電節點i的電轉氣負荷；P_branch,l表示電力線路l流過的功率；l∈E₁(i)表示電力線路l首端節點為電節點i；l∈E₂(i)表示末端節點為電節點i的電力線路集合；P_cu,i表示電節點i上的非燃氣機組發電功率；P_gfu,i電節點i上的燃氣機組發電功率；θ_l+表示電力線路l首端節點的電壓相角；θ_l-表示電力線路l末端節點的電壓相角；x_l表示電力線路l的電抗；l+表示電力線路l的首端節點；l-表示電力線路l的末端節點；表示電節點i的非燃氣機組的最小發電功率；表示電節點i的非燃氣機組的最大發電功率；表示電節點i上的燃氣機組的最小發電功率；表示電節點i上的燃氣機組的最大發電功率；θ_i表示電節點i的電壓相角；θ_i^min表示電節點i的最小電壓相角；θ_i^max表示電節點i的最大電壓相角；表示電力線路l的傳輸容量；

步驟4.4：根據故障前的天然氣系統網絡拓撲模型、初始正常氣節點和初始正常天然氣管道，建立電-氣耦合系統骨干網架重構的天然氣系統運行約束，通過以下公式進行設置：

F_source,j＝F_well,j+F_ptg,j (21)

其中，F_source,j表示氣節點j的產出氣流量；表示氣節點j發生故障前的常規氣負荷；F_gfu,j表示氣節點j的氣轉電負荷；F_branch,p表示天然氣管道p的流量；p∈E₁(j)表示天然氣管道p的首端節點為氣節點j；p∈E₂(j)表示天然氣管道p的末端節點為氣節點j；F_well,j表示氣節點j上的常規氣源產出氣流量；F_ptg,j表示氣節點j上的電轉氣設備產出氣流量；pr_p+表示天然氣管道p首端節點的氣壓；pr_p-表示天然氣管道p末端節點的氣壓；C_p表示天然氣管道p的傳輸系數；p+表示天然氣管道p首端節點；p-表示天然氣管道p末端節點；表示氣節點j上的氣源設備的最小產出氣流量；表示氣節點j上的氣源設備的最大產出氣流量；表示氣節點j上的電轉氣設備的最小產出氣流量；表示氣節點j上的電轉氣設備的最大產出氣流量；pr_j表示氣節點j的氣壓；表示氣節點j的氣壓最小值；表示氣節點j的氣壓最大值；表示天然氣管道p的傳輸容量；

步驟4.5：根據電-氣耦合設備網絡拓撲模型，建立電-氣耦合系統骨干網架重構的電力-天然氣相互依賴約束，通過以下公式進行設置：

其中，η_gfu表示燃氣機組的工作效率；ρ表示天然氣熱值；Ξ_gfu(i)表示向電節點i上的燃氣機組供氣的氣節點集合；j∈Ξ_gfu(i)表示氣節點j上的氣轉電負荷向電節點i上的燃氣機組供氣；η_ptg表示電轉氣設備的工作效率；Ξ_ptg(j)表示向氣節點j上的電轉氣設備供電的電節點集合；i∈Ξ_ptg(j)表示電節點i上的電轉氣負荷向氣節點j上的電轉氣設備供電；

步驟4.6、建立電-氣耦合系統骨干網架重構的拓撲連通性約束，通過以下公式進行設置：

I_c(G_e)＝1 (31)

I_c(G_g)＝1 (32)

其中，I_c(·)表示網絡拓撲連通性判斷函數，如果網絡拓撲連通，則I_c(·)＝1，否則I_c(·)＝0；G_e表示重構后的電力系統網絡拓撲；G_g表示重構后的天然氣系統網絡拓撲。