[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于分區(qū)的綜合能源系統(tǒng)潮流計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210141855.0
• 申請(qǐng)日: 2022-02-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114629124A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王琦;梁以恒;陳嚴(yán);高玉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/06
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/06;G06F30/20
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.一種基于分區(qū)的綜合能源系統(tǒng)潮流計(jì)算方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)基于拓?fù)漕?lèi)型將混合型拓?fù)涞奶烊粴庀到y(tǒng)拆分為多個(gè)僅含輻射型、環(huán)型拓?fù)涞膮^(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊內(nèi)僅含單一類(lèi)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(2)根據(jù)分區(qū)結(jié)果，確定各區(qū)塊間的連接節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)聚合關(guān)聯(lián)區(qū)塊組成連接節(jié)點(diǎn)的等效拓?fù)洌瑯?gòu)成連接節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立等效區(qū)塊，使連接節(jié)點(diǎn)的潮流可以獨(dú)立計(jì)算；

(3)依據(jù)連接節(jié)點(diǎn)與各區(qū)塊分布位置，以天然氣流向?yàn)檎颍O(shè)置每個(gè)區(qū)塊的上位節(jié)點(diǎn)為虛擬平衡節(jié)點(diǎn)，每個(gè)區(qū)塊在進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)相互獨(dú)立；

(4)建立電-氣-熱綜合能源系統(tǒng)模型，并基于能量守恒原理和基爾霍夫定律建立穩(wěn)態(tài)潮流模型；

(5)建立適用于綜合能源系統(tǒng)潮流計(jì)算的牛頓-拉夫遜法和有限元節(jié)點(diǎn)法計(jì)算模型，根據(jù)牛頓法計(jì)算電、熱潮流及天然氣系統(tǒng)輻射型區(qū)塊潮流，根據(jù)有限元法計(jì)算天然氣系統(tǒng)環(huán)型區(qū)塊潮流；

(6)根據(jù)各區(qū)塊潮流計(jì)算結(jié)果，如仍存在潮流無(wú)法收斂的區(qū)塊，則對(duì)該區(qū)塊進(jìn)行二次分區(qū)，若其存在多個(gè)出口壓力一致的壓縮機(jī)，則構(gòu)建等氣壓點(diǎn)實(shí)現(xiàn)等效拓?fù)渲貥?gòu)，將其拆分為多個(gè)僅含單一類(lèi)型拓?fù)涞膮^(qū)塊，重復(fù)步驟(5)計(jì)算新增區(qū)塊的潮流；

(7)各區(qū)塊潮流計(jì)算均收斂后，按照原拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還原拓?fù)洌瑓R總計(jì)算結(jié)果，得到全網(wǎng)絡(luò)潮流分布。

2.如權(quán)利要求1所述的基于分區(qū)的綜合能源系統(tǒng)潮流計(jì)算方法，其特征在于，步驟(4)中，建立電-氣-熱綜合能源系統(tǒng)模型，并基于能量守恒原理和基爾霍夫定律建立穩(wěn)態(tài)潮流模型具體為：

式中：x_e為電力系統(tǒng)變量向量，包括電壓幅值、電壓相位、有功功率、無(wú)功功率；x_g為天然氣系統(tǒng)變量向量，包括節(jié)點(diǎn)壓力、節(jié)點(diǎn)注入流量；x_h為熱力系統(tǒng)變量向量，包括節(jié)點(diǎn)注入功率、支路流量、供熱溫度、回?zé)釡囟取?/p>

3.如權(quán)利要求1所述的基于分區(qū)的綜合能源系統(tǒng)潮流計(jì)算方法，其特征在于，步驟(5)中，天然氣系統(tǒng)各區(qū)塊潮流的計(jì)算順序?yàn)椋菏紫纫罁?jù)步驟(2)建立的連接節(jié)點(diǎn)的等效區(qū)塊，計(jì)算各連接節(jié)點(diǎn)潮流；再按照天然氣流通方向，順序計(jì)算各區(qū)塊潮流。

4.如權(quán)利要求1所述的基于分區(qū)的綜合能源系統(tǒng)潮流計(jì)算方法，其特征在于，步驟(5)中，建立適用于綜合能源系統(tǒng)潮流計(jì)算的牛頓-拉夫遜法和有限元節(jié)點(diǎn)法計(jì)算模型，其中牛頓-拉夫遜法的計(jì)算模型為：

F(x)＝Δf＝0 (2)

式中，Δf為各子系統(tǒng)的偏差量，如電力系統(tǒng)的有功偏差和無(wú)功偏差，熱力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)熱功率偏差、供熱網(wǎng)絡(luò)回路壓力降偏差、供熱溫度偏差和回?zé)釡囟绕睿烊粴庀到y(tǒng)節(jié)點(diǎn)流量偏差；

式中，x表示為各子系統(tǒng)狀態(tài)量；

雅克比矩陣J表示為

有限元節(jié)點(diǎn)法用于求解環(huán)型拓?fù)涞奶烊粴庀到y(tǒng)潮流，由基爾霍夫第一定律，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量代數(shù)和為零，在任何節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷等于流入、流出該節(jié)點(diǎn)支路流量之和，用矩陣形式表示為：

AQ＝L (5)

式中：A為天然氣網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣；Q為各管道天然氣流量；L為各節(jié)點(diǎn)流出的流量；

由基爾霍夫第二定律，沿著任何一個(gè)閉合回路的壓力降為零，一個(gè)閉合回路的起點(diǎn)和終點(diǎn)是同一點(diǎn)，因此沿著整個(gè)回路的壓力降為零，用矩陣表示為：

BΔΠ＝0 (6)

式中：B為天然氣網(wǎng)絡(luò)回路關(guān)聯(lián)矩陣；ΔΠ為各管道壓降向量，其元素由該管道起點(diǎn)和終點(diǎn)的壓強(qiáng)差求得；

將關(guān)聯(lián)矩陣A轉(zhuǎn)置，再乘上節(jié)點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)的列向量即等于各管道的壓力降，即：

ΔΠ＝A^TΠ (7)

氣體管網(wǎng)計(jì)算公式中的管段流量與壓力降的關(guān)系式為：

ΔΠ＝CQ² (8)

式中：ΔΠ為管段壓力降；C為輸氣管道特性參數(shù)；Q為管道流量；均列為矩陣形式，

設(shè)C′＝CQ，則：

ΔΠ＝C′Q (9)

令G＝1/C′，則：

Q＝GΔΠ (10)

得關(guān)于未知量Π的線(xiàn)性方程為：

AGA^TΠ＝L (11)

令Y＝AGA^T，上式寫(xiě)為：

YΠ＝L (12)

即將管道壓降和流量關(guān)系式線(xiàn)性化，Y稱(chēng)為迭代矩陣，G稱(chēng)為導(dǎo)納矩陣，上式為有限元節(jié)點(diǎn)法的迭代數(shù)學(xué)模型。