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专利号: 2018108128463
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电-气互联综合能源系统最大负荷供应能力的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1:对于含有电力系统和天然气系统的电-气互联综合能源系统,对运行约束条件下的最大负荷供应能力做出定义,最大负荷供应能力定义为电-气互联综合能源系统在满足电力系统和天然气系统运行约束条件下所能供应的最大负荷,其中运行约束条件包括实际运行约束和N-1静态安全约束;

步骤S2:建立考虑N-1安全约束的电-气互联综合能源系统最大负荷供应能力模型;

步骤S3:确立电-气互联能源系统的安全运行约束条件,包括电力系统安全运行约束和天然气系统安全运行约束以及耦合元件约束;

步骤S4:将电-气互联综合能源系统最大负荷供应能力模型中的非线性部分线性化;

步骤S5:使用MATLAB的YALMIP工具箱,将电力系统参数、天然气系统参数依次输入;然后编写整理后的线性形式的电力系统约束条件及天然气系统约束条件程序;最后加入目标函数,调用CPLEX工具箱进行求解,求解时需将天然气系统流量单位m3/h转换到电力系统功率单位MW:式中,Sgas为管道流速,以MW衡量;Cgas为管道流速,以m3/h衡量;LHV为固定低热值。

2.根据权利要求1所述的一种电-气互联综合能源系统最大负荷供应能力的控制方法,其特征在于,步骤S2中的电-气互联综合能源系统最大负荷供应能力模型为:TLC=minTLCk    (1)

式中,TLC为所求最大负荷供应能力,取非故障状态及N-1状态下所求目标函数的最小值;TLCk为第k次故障下的最大负荷供应能力;k为电-气互联综合能源系统故障状态,k=0,

1,2,...,nc;nc为事故个数;k=0时,表示电-气互联综合能源系统处于正常状态,即无故障状态;k=1,2,...,nc表示互联能源系统分别处于第1,2,...,nc个故障状态;g表示天然气系统普通负荷,g=1,2,...,m-z;m为天然气系统负荷,包括普通负荷与燃气轮机负荷;z为燃气轮机负荷个数; 为k次故障,TLCk取最大值时天然气系统普通负荷g的取值;e表示电力系统负荷,e=1,2,...,n;n为天然气系统负荷个数; 为k次故障,TLCk取最大值时电力系统负荷e的负荷取值。

3.根据权利要求1所述的一种电-气互联综合能源系统最大负荷供应能力的控制方法,其特征在于,步骤S3中的电力系统安全运行约束考虑直流潮流约束,具体包括如下步骤:步骤S3101:建立电力系统功率平衡约束,如下:式中:E为电力系统的节点-支路关联矩阵;Pl(k)为k次故障下电力系统支路l功率;C为电力系统节点-发电机关联矩阵;Pi(k)为k次故障下电力系统发电机i出力;D为电网节点-负荷关联矩阵; 为k次故障下电力系统负荷e功率;

设定电力系统中有f个节点,h条支路,则E为一f×h矩阵,结构如下:若f节点处于支路h始端,Efh=-1;若f节点处于支路h末端,Efh=1;节点f与支路h无连接关系时,Efh=0;

设定电力系统中有i个发电机,则C为一f×i矩阵,结构如下:若发电机i连接至节点f,则Cfi=1;否则,Cfi=0;

步骤S3102:计算电力系统支路潮流:

式中, 为k次故障时电力系统支路l两端节点p、q节点相角;xpq为两端节点为p、q的支路l的电抗;

步骤S3103:建立支路潮流上下限约束:

Plmin≤Pl(k)≤Plmax    (7)式中,Pl(k)为k次故障时支路l功率;Plmax、Plmin为k次故障时支路l功率上下限;

步骤S3104:建立平衡节点相角约束:

θref=0    (8)

步骤S3105:建立机组出力约束:

Pimin≤Pi(k)≤Pimax    (9)式中,Pi(k)为k次故障时机组电力系统机组i出力;Pimax、Pimin为k次故障时机组i出力上下限;

步骤S3106:建立负荷功率约束:

式中, 为k次故障,TLCk取最大值时电力系统负荷e的负荷取值; 为电力系统负荷e功率上下限。

4.根据权利要求1所述的一种电-气互联综合能源系统最大负荷供应能力的控制方法,其特征在于,步骤S3中的天然气系统安全运行约束包括如下步骤:步骤S3201:天然气系统流量平衡约束:

式中,a、b为天然气系统节点; 为k次故障时节点a注入流量;b∈a表示连接到节点a的所有节点; 为k次故障下的节点a、b之间的天然气流量; 为连接到节点a的所有压缩机的流量;默认压缩机不消耗天然气;sgnc(a,b)反映流过压缩机流量的方向:式中,sgnc(a,b)=1表示节点a为加压站入口;sgnc(a,b)=-1表示节点a为加压站出口;

步骤S3202:天然气稳态下管道流量方程:

式中, 为与管道长度、直径、特性等相关的常数; 为节点a、b的节点压力;

反映k次故障管道ab流量方向,取值如下:

步骤S3203:设定天然气负荷上下限:

式中, 为k次故障,TLCk取最大值时天然气系统普通负荷g的取值; 为天然气普通负荷g的负荷上下限;

步骤S3204:建立节点压力约束:

式中, 为k次故障时天然气系统节点a的节点压力; 为天然气系统节点a的压力上下限;

步骤S3205:建立天然气系统管道流量限制约束:式中,天然气系统节点a、b之间为管道w; 为k次故障时天然气管道w流量值; 为天然气管道w流量上限,默认流量下限等于流量上限的相反数;

步骤S3206:气源供应上下限:

式中, 为k次故障时天然气气源s供应流量; 为天然气气源s供应流量上下限;

步骤S3207:建立压缩机约束,包括压缩机压缩比约束和压缩机流量约束,其中压缩机压缩比约束为:式中, 为压缩机在k次故障时的入口和出口压力;τc为压缩机c的压缩比;

压缩机流量约束为:

式中, 为k次故障时流过压缩机c的天然气流量;sgnc(a,b)=1表示节点a为加压站入口;sgnc(a,b)=-1表示节点a为加压站出口; 为与压缩机管道特性等相关的常数;

为k次故障下压缩机两端压力。

5.根据权利要求1所述的一种电-气互联综合能源系统最大负荷供应能力的控制方法,其特征在于,步骤S3中的耦合元件包括燃气轮机,燃气轮机的约束包括:式中, 为燃气轮机输入热量值;PG,i为燃气轮机机组i出力;αg,i、βg,i、γg,i由燃气轮机热耗曲线决定;

将供给燃气轮机机组的热量转换为天然气负荷:

天然气系统节点a等效气负荷;GHV为固定的高热值。

6.根据权利要求1所述的一种电-气互联综合能源系统最大负荷供应能力的控制方法,其特征在于,步骤S4具体包括如下步骤:步骤S401:根据模型特点及精确度要求,确定合适的线性化分段数NPL-1,将天然气管道流量在其上下限范围内分段;

步骤S402:在自变量取值范围内确定分段线性化的离散点x1,x2,...,xNPL;

步骤S403:计算离散点对应的f(x)取值,也即计算各管道流量离散点对应的管道流量离散点平方值;

步骤S404:将非线性模型按照下式进行线性化表示:δk+1≤ηk,ηk≤δk,k=1,2,...,NPL-2    (25)

0≤δk≤1,k=1,2,...,NPL-1    (26)式中,x1,...,xk,xk+1即为管道流量在其上下限范围内的离散点取值;f(x1),...,f(xk),f(xk+1)即为相应管道流量平方取值;x,f(x)为线性化后的管道流量和管道流量平方;δk的取值范围为0-1,表示在第k个分段区间上的位置;η为二进制变量。