[發明專利]一種基于分區的綜合能源系統潮流計算方法

在審

• 申請號: 202210141855.0
• 申請日: 2022-02-16
• 公開（公告）號: CN114629124A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王琦;梁以恒;陳嚴;高玉
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06;G06F30/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種基于分區的綜合能源系統潮流計算方法，采用牛拉法計算電力系統、熱力系統和天然氣系統輻射型區塊潮流，根據有限元法計算天然氣系統環型區塊潮流，結合兩種計算方法優勢互補，有效解決天然氣潮流的非線性、非凸問題，實現了大規模網絡結構復雜的綜合能源系統潮流的高效求解。

技術領域

本發明涉及電力系統技術領域，尤其是一種基于分區的綜合能源系統潮流計算方法。

背景技術

隨著碳中和戰略的推進，為了發展化石能源、可再生能源均衡開發、互補利用的新能源格局，綜合能源系統也得到越來越廣泛的應用。潮流計算是綜合能源系統分析與優化工作的重要基礎。潮流計算的概念源自電力系統潮流計算，后續又被逐漸引入天然氣系統、熱力系統之中。然而常規潮流計算方法應用于綜合能源系統框架下存在收斂性差的缺陷，難以解決多能潮流的復雜非線性、非凸性求解問題，面對大規模網絡結構復雜的綜合能源系統，缺少具有普遍適用性的求解方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于分區的綜合能源系統潮流計算方法，不僅提高了計算的收斂性，也可以適用于大規模網絡結構復雜的綜合能源系統。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于分區的綜合能源系統潮流計算方法，包括如下步驟：

(1)基于拓撲類型將混合型拓撲的天然氣系統拆分為多個僅含輻射型、環型拓撲的區塊，每個區塊內僅含單一類型拓撲結構；單個區塊內拓撲規模、復雜程度較原系統得到大幅簡化；

(2)根據分區結果，確定各區塊間的連接節點，并通過聚合關聯區塊組成連接節點的等效拓撲，構成連接節點的獨立等效區塊，使連接節點的潮流可以獨立計算；

(3)依據連接節點與各區塊分布位置，以天然氣流向為正向，設置每個區塊的上位節點為虛擬平衡節點，每個區塊在進行潮流計算時相互獨立；避免因單個區塊計算不收斂而影響其他區塊的計算收斂性，進一步加強計算收斂性；

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

(5)建立適用于綜合能源系統潮流計算的牛頓-拉夫遜法和有限元節點法計算模型，根據牛頓法計算電、熱潮流及天然氣系統輻射型區塊潮流，根據有限元法計算天然氣系統環型區塊潮流；

(6)根據各區塊潮流計算結果，如仍存在潮流無法收斂的區塊，則對該區塊進行二次分區，若其存在多個出口壓力一致的壓縮機，則構建等氣壓點實現等效拓撲重構，將其拆分為多個僅含單一類型拓撲的區塊，重復步驟(5)計算新增區塊的潮流；

(7)各區塊潮流計算均收斂后，按照原拓撲結構還原拓撲，匯總計算結果，得到全網絡潮流分布。

優選的，步驟(4)中，建立電-氣-熱綜合能源系統模型，并基于能量守恒原理和基爾霍夫定律建立穩態潮流模型具體為：

式中：x_e為電力系統變量向量，包括電壓幅值、電壓相位、有功功率、無功功率；x_g為天然氣系統變量向量，包括節點壓力、節點注入流量；x_h為熱力系統變量向量，包括節點注入功率、支路流量、供熱溫度、回熱溫度。

優選的，步驟(5)中，天然氣系統各區塊潮流的計算順序為：首先依據步驟(2)建立的連接節點的等效區塊，計算各連接節點潮流；再按照天然氣流通方向，順序計算各區塊潮流；跟據區塊拓撲類型選擇合適求解方法，可以實現算法的優勢互補，有效解決了大規模網絡結構復雜的天然氣系統潮流的非線性、非凸問題。

優選的，步驟(5)中，建立適用于綜合能源系統潮流計算的牛頓-拉夫遜法和有限元節點法計算模型，其中牛頓-拉夫遜法的計算模型為：

F(x)＝Δf＝0 (2)