[發明專利]基于改進三階牛頓迭代法的電-氣能源系統潮流計算方法

有效

• 申請號: 202110556207.7
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113297813B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 鄭杰輝;吳翠清;李志剛;王麗曉;吳青華;樊國偉;耿保華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;國網新疆電力有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/18;G06F17/16;G06F17/12;G06F111/10;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種基于改進三階牛頓迭代法的電?氣能源系統潮流計算方法，屬于綜合能源系統及多能潮流計算領域，步驟為：獲取電?氣能源系統的網絡數據；列寫電?氣能源系統中每一節點的非線性方程組，推導電?氣能源系統的統一雅可比矩陣；根據所獲得的統一雅可比矩陣，采用改進三階牛頓迭代法進行迭代計算，直到計算誤差達到收斂判據條件或收斂次數達到最大，并輸出電?氣能源系統的潮流分布結果。本發明有效地解決了傳統牛頓法應用于電?氣能源系統中出現的對初始值敏感以及可能出現的震蕩性收斂問題，具有顯著工程實用價值和廣泛應用前景。

技術領域

本發明涉及綜合能源系統及多能潮流計算的技術領域，尤其是指一種基于改進三階牛頓迭代法的電-氣能源系統潮流計算方法。

背景技術

近十幾年來，國家能源局頒布了一系列的措施用于推進能源結構改革、建設安全清潔能源的現代能源體系。能源結構改革必將涉及不同種類的能源，如風能、太陽能、地熱能、潮汐能、石油和煤炭等。由不同能源構成不同的能源系統，通過耦合元件或者設備將不同能源系統進行耦合，即構成多能源系統，也稱為異構系統。典型的能源異構系統如電-熱聯合系統、電-氣能源系統、電-氣-熱-交通網絡聯合的綜合能源系統等。關于綜合能源系統的相關研究在全世界獲得了廣泛的重視和積極的探索研究。因此，進一步深入研究能源系統的理論及其相關技術的實現是十分重要的。綜合能源系統的聯合運行必然涉及不同能流的轉換和利用，而綜合能源系統的潮流計算是進行分析和探討綜合能源系統的安全穩定和對社會價值的基礎性工作。

關于綜合能源系統的潮流計算，最為常用的求解方法是采用傳統牛頓法，傳統牛頓法的弊端是對初始值敏感。傳統牛頓法應用于天然氣網絡潮流計算或者電-氣能源系統潮流計算時，相比于電力網絡和熱力網絡，該問題較為突出，且可能會出現震蕩性收斂情況，計算不穩定且效率不高。從數學分析角度出發，是由于采用節點法處理的天然氣網絡的非線性方程組中含有根號。為此，采用傳統牛頓法進行求解天然氣網絡潮流或者電-氣能源系統潮流時，需要謹慎設置初始值。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足與缺點，提供了一種基于改進三階牛頓迭代法的電-氣能源系統潮流計算方法，該方法不僅有效地改進了傳統牛頓法在計算電-氣能源系統中的天然氣網絡潮流計算對初始值敏感的突出問題以及可能出現的震蕩性收斂問題，而且本發明方法與傳統牛頓法、牛頓下山法和中點平均牛頓法相比較，本發明方法的收斂范圍更大，計算穩定且效率更高，具有顯著工程實用價值和廣泛應用前景。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案為：基于改進三階牛頓迭代法的電-氣能源系統潮流計算方法，包括以下步驟：

S1、獲取電-氣能源系統的網絡數據；

S2、根據電-氣能源系統的網絡數據，列寫電-氣能源系統每一節點的非線性方程，并推導獲取電-氣能源系統的統一雅可比矩陣；

S3、利用所獲得的電-氣能源系統的統一雅可比矩陣，采用改進三階牛頓迭代法進行電-氣能源系統潮流計算，直到計算誤差達到收斂判據條件或收斂次數達到最大，并輸出電-氣能源系統最終潮流分布情況；其中，所述改進三階牛頓迭代法是基于傳統牛頓法采用兩步迭代處理機制進行改進。

進一步，在步驟S1中，獲取的電-氣能源系統的網絡數據，包括：電力網絡部分的輸電線路的阻抗，天然氣網絡部分的管道長度、直徑、管道阻力系數和壓縮機的運行參數以及耦合設備的運行參數。

進一步，在步驟S2中，根據步驟S1所獲得的電-氣能源系統的網絡數據，列寫電-氣能源系統每一節點的非線性方程，進行一階導數求導，獲取電-氣能源系統的統一雅可比矩陣，具體的實現過程如下：

S201、列寫電力網絡部分的非線性方程組，包括有功功率約束和無功功率約束方程，具體數學表達式如下所示：