一種電?氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的區(qū)間潮流計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電?氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的區(qū)間潮流計(jì)算方法，屬于多能流耦合系統(tǒng)的運(yùn)行安全分析技術(shù)領(lǐng)域。本方法采取區(qū)間潮流的分析方法，在多種能源系統(tǒng)耦合運(yùn)行的發(fā)展趨勢(shì)下，考慮了風(fēng)電不確定性對(duì)其他與電網(wǎng)相耦合的能源系統(tǒng)(天然氣管網(wǎng)系統(tǒng))穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的影響，為耦合能源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制提供了依據(jù)；另一方面避免了大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算，同時(shí)該方法只需要區(qū)間信息，不需要估計(jì)隸屬度信息等，避免了因人為假設(shè)的主觀性帶來的誤差。該方法可以應(yīng)用于電?氣耦合多能流能量管理中，當(dāng)系統(tǒng)存在安全問題或潛在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)給出安全警告，有助于提高電?氣耦合多能流系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
【專利說明】
一種電-氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的區(qū)間潮流計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種電-氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的區(qū)間潮流計(jì)算方法，尤其涉及一種 基于風(fēng)電不確定的電-氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的區(qū)間潮流計(jì)算方法，屬于多能流耦合系統(tǒng) 的運(yùn)行安全分析技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的成本較低，對(duì)環(huán)境的影響較小，燃?xì)庹镜慕ㄔ熘芷谳^短等優(yōu)勢(shì)， 在世界范圍內(nèi)，天然氣應(yīng)用中用于發(fā)電的比例逐漸上升，在電力系統(tǒng)能源供給中也占據(jù)了 越來越重要的地位，因此，電力網(wǎng)絡(luò)與天然氣網(wǎng)絡(luò)之間的耦合程度逐漸加深，相互之間的影 響與依賴性也愈來愈強(qiáng)。鑒于能源資源條件的限制，我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)在未來相當(dāng)長的 一段時(shí)間內(nèi)仍然以煤炭為主，但是環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略都要求我國必須加快改善能 源結(jié)構(gòu)的步伐。在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，提高天然氣等可再生的清潔能源的比重，而降低煤 炭的比重。
[0003] 另一方面，由于能源緊缺和環(huán)境污染的問題日益突出，風(fēng)能因其環(huán)境友好、技術(shù)成 熟、零燃料成本且可持續(xù)等優(yōu)勢(shì)，成為了最具競(jìng)爭力的能源形式之一。近些年來風(fēng)電在我國 得到了快速的發(fā)展，各種能源在發(fā)電中的融合成為電力系統(tǒng)未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而，風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的出力會(huì)受到實(shí)時(shí)的風(fēng)力資源隨機(jī)變化的限制，無法提供連續(xù)穩(wěn)定的功率，因此 風(fēng)電是一種具有波動(dòng)性、隨機(jī)性、間歇性和難以調(diào)度性的不可靠電源。在如今多能源耦合系 統(tǒng)統(tǒng)一運(yùn)行模式的趨勢(shì)下，各種能源之間的相互聯(lián)系和交互作用更加緊密，迫切需要研究 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后其不確定性對(duì)其他能源網(wǎng)絡(luò)安全性的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種考慮風(fēng)電不確定性的電-氣耦合系統(tǒng)天然氣網(wǎng)區(qū)間潮流 分析方法，避免了大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、復(fù)雜的計(jì)算以及過多人為假設(shè)造成的偏差，分析風(fēng)電接 入后的電-氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間。
[0005] 本發(fā)明提出的電-氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的區(qū)間潮流計(jì)算方法，包括以下步驟： [0006] (1)建立電-氣耦合系統(tǒng)中耦合運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，包括：
[0007] (1-1)-個(gè)電-氣親合系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)潮流方程如下：
[0009]其中，P1為電力系統(tǒng)中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入有功功率，Q1為電力系統(tǒng)中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的注 入無功功率，為與電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y中第i行、第j列相對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)，為與電力 系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y中第i行、第j列相對(duì)應(yīng)的電納，電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y從電力系統(tǒng) 調(diào)度中心獲取；
[0010] (1-2)-個(gè)電-氣耦合系統(tǒng)的天然氣網(wǎng)中管道的水力方程如下：
[0012] 其中，fkm為天然氣網(wǎng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的管道中天然氣體積流量，pk， 別為第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)，D km、Lkl別為第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)之間管道km 的管道直徑和管道長度，F(xiàn)為管道內(nèi)壁的摩擦系數(shù)，
計(jì)算得 到，Ef為管道的效率系數(shù)，Ef取值0.92,Re為雷諾數(shù)，由公式Re = ρν(1/μ計(jì)算得到，P為天然氣 密度，v為天然氣流速，μ為天然氣黏性系數(shù)，d為天然氣管道直徑，γ g為天然氣比重，0< γ c <l，Ta為天然氣平均溫度，Τη、ρη分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的溫度和壓力，Τ η、ρη的取值分別 為288Κ、0 · IMpa，Zg為天然氣平均可壓縮系數(shù)，0 · 9<Zg< 1 · 5，天然氣網(wǎng)水力方程中，當(dāng) (A2 - k)之0時(shí)，上式中的 sgnp (Pk，Pm) = 1，當(dāng)(A - k ) < 〇時(shí)，Sgnp (Pk，Pm) = -1;
[0013] (1-3)-個(gè)電-氣耦合系統(tǒng)中的天然氣網(wǎng)中壓縮機(jī)的能量消耗方程如下：
[0015] 其中，pk，pm分別為天然氣網(wǎng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)，BHPkm為第k個(gè)節(jié)點(diǎn) 和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的壓縮機(jī)的能量消耗，為該壓縮機(jī)的入口體積流量，η。為該壓縮機(jī)的總 效率， Ck為該壓縮機(jī)的多變系數(shù)，n。和(^從壓縮機(jī)的出廠說明書獲??；
[0016] (1-4) 一個(gè)通過燃?xì)廨啓C(jī)耦合的電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)之間的耦合方程如下： Ρη"·=^/1，+α/Τω.+€\,
[0017] 其中，fTur為燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獾捏w積流量，PTur為燃?xì)廨啓C(jī)的有功功率輸出，&、&和 C3分別為燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)庀禂?shù)，由燃?xì)廨啓C(jī)的出廠說明書獲?。?br>[0018] (1-5)-個(gè)電-氣耦合系統(tǒng)中的天然氣網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)氣流平衡方程如下：
[0019] Acf = L,
[0020] 其中：AC為天然氣網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)-支路矩陣，f為天然氣網(wǎng)的支路體積流量，L為天然氣 網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)氣體負(fù)荷，L根據(jù)天然氣網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)得到；
[0021] (2)通過電力系統(tǒng)中風(fēng)電場(chǎng)的歷史紀(jì)錄數(shù)據(jù)，獲取風(fēng)電場(chǎng)的歷史最小風(fēng)速X和最大 風(fēng)速f的風(fēng)速變化區(qū)間[_\:.?? ;
[0022] (3)比對(duì)電力系統(tǒng)中風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的功率曲線和上述風(fēng)速的變化區(qū)間 [1>]，.得到風(fēng)電功率的變化區(qū)間
[0023] /?
[0024] 其中，為風(fēng)電場(chǎng)第1個(gè)風(fēng)電機(jī)組的有功功率，風(fēng)力渦輪機(jī)的功率曲線由風(fēng)力渦輪 機(jī)的出廠說明書獲?。?br>[0025] (4)設(shè)定電力系統(tǒng)和天然氣網(wǎng)穩(wěn)態(tài)安全運(yùn)行的約束條件，包括：
[0026] (4-1)電力系統(tǒng)中非風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率PFM、于或等于該非風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 出廠銘牌上給出的最大功率/is：:
[0027] ΡΓ < ΡΣ 5
[0028] (4-2)電力系統(tǒng)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值Ui在設(shè)定的電力系統(tǒng)安全運(yùn)行電壓的上、下 限值少、巧之間運(yùn)行，少為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)額定電壓的0.95倍，g；為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)額定電壓的1.05倍：
[0029] u^u^Ur，
[0030] (4-3)電力系統(tǒng)中第1條線路的傳輸容量sd、于或等于設(shè)定的電力系統(tǒng)安全運(yùn)行 傳輸容量的最大值屬：
[0031]
[0032] (4-4)天然氣網(wǎng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)pk在設(shè)定的管道安全運(yùn)行氣壓的上、下限值 ￡k、 Λ內(nèi)：
[0033] Ih ^ Ρ? ^ Ρι ·
[0034] (4-5)天然氣網(wǎng)中第b個(gè)管道的流量fb在設(shè)定的管道安全運(yùn)行流量的上、下限值f b、 Λ內(nèi)：
[0035] 〇 < ./；, ^ Ζ ；
[0036] (4-6)天然氣網(wǎng)中氣源供氣量匕小于或等于該氣源能提供天然氣流的最大值 f s, max ：
[0037] fs<fs,max；
[0038] (4-7)天然氣網(wǎng)中的壓縮機(jī)安全運(yùn)行時(shí)需要滿足以下約束：
[0040] 其中：S是該壓縮機(jī)的升壓比，Smax是該壓縮機(jī)的最大升壓比，Smax由壓縮機(jī)的出廠 銘牌獲取，為該壓縮機(jī)的入口的體積流量，為該壓縮機(jī)的入口最大允許體積流量， 由壓縮機(jī)的出廠銘牌獲取，P°ut為壓縮機(jī)的出口壓力，P。，為壓縮機(jī)的出口最大允許壓 力，Pc,max由壓縮機(jī)的出廠銘牌獲?。?br>[0041] (5)利用內(nèi)點(diǎn)法，在上述步驟(3)給定的風(fēng)電功率的變化區(qū)間，根據(jù)上 述步驟（1)的電-氣耦合系統(tǒng)耦合運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)方程和上述步驟(4)的電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)穩(wěn) 態(tài)約束方程，求解得到天然氣網(wǎng)區(qū)間潮流，即得到電-氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng) P、各支路的體積流量f以及氣源供氣量f s的運(yùn)行范圍。
[0042] 本發(fā)明提出的電-氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的區(qū)間潮流計(jì)算方法，其特點(diǎn)和效果是： 本發(fā)明采取區(qū)間潮流的分析方法，一方面在多種能源系統(tǒng)耦合運(yùn)行的發(fā)展趨勢(shì)下，考慮了 風(fēng)電不確定性對(duì)其他能源網(wǎng)(天然氣管網(wǎng)系統(tǒng))穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的影響，為耦合能源系統(tǒng)的安全穩(wěn) 定控制提供了依據(jù)；另一方面避免了大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算，同時(shí)該方 法只需要區(qū)間信息，不需要估計(jì)隸屬度信息等，避免了因人為假設(shè)的主觀性帶來的誤差。該 方法可以應(yīng)用于電-氣耦合多能流能量管理中，當(dāng)系統(tǒng)存在安全問題或潛在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)給出安 全警告，有助于提高電-氣耦合多能流系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 本發(fā)明提出的電-氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的區(qū)間潮流計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0044] (1)建立電-氣耦合系統(tǒng)中耦合運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，包括：
[0045] (1-1) 一個(gè)電-氣耦合系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)潮流方程如下：
[0047]其中，P1為電力系統(tǒng)中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入有功功率，Q1為電力系統(tǒng)中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的注 入無功功率，Gij為與電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y中第i行、第j列相對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)，Bij為與電力 系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y中第i行、第j列相對(duì)應(yīng)的電納，電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y從電力系統(tǒng) 調(diào)度中心獲取；
[0048] (1-2)-個(gè)電-氣耦合系統(tǒng)的天然氣網(wǎng)中管道的水力方程如下：
[0050] 其中，fkm為天然氣網(wǎng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的管道中天然氣體積流量，pk， 別為第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)，D km、Lkl別為第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)之間管道km 的管道直徑和管道長度，F(xiàn)為管道內(nèi)壁的摩擦系數(shù)，
計(jì)算得 到，Ef為管道的效率系數(shù)，Ef取值0.92,Re為雷諾數(shù)，由公式Re = ρν(1/μ計(jì)算得到，P為天然氣 密度，v為天然氣流速，μ為天然氣黏性系數(shù)，d為天然氣管道直徑，γ g為天然氣比重，0< γ c <l，Ta為天然氣平均溫度，Τη、ρη分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的溫度和壓力，Τ η、ρη的取值分別 為288Κ、0 · IMpa，Zg為天然氣平均可壓縮系數(shù)，0 · 9<Zg< 1 · 5，天然氣網(wǎng)水力方程中，當(dāng) (A2 - k)》0時(shí)，上式中的sgnP(pk，pm) = 1，當(dāng)(W - ρ!) < 〇時(shí)，sgnP(pk，pm) = -1;
[0051] (1-3)-個(gè)電-氣耦合系統(tǒng)中的天然氣網(wǎng)中壓縮機(jī)的能量消耗方程如下：
[OO53]其中，pk，pm分別為天然氣網(wǎng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)，BHPkm為第k個(gè)節(jié)點(diǎn) 和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的壓縮機(jī)的能量消耗，/T為該壓縮機(jī)的入口體積流量，η。為該壓縮機(jī)的總 效率，Ck為該壓縮機(jī)的多變系數(shù)， n。和(^從壓縮機(jī)的出廠說明書獲??；
[0054] (1-4) 一個(gè)通過燃?xì)廨啓C(jī)耦合的電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)之間的耦合方程如下： ^=CJl+Czfni,+C3,
[0055] 其中，fTur為燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獾捏w積流量，PTur為燃?xì)廨啓C(jī)的有功功率輸出，&、&和 C3分別為燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)庀禂?shù)，由燃?xì)廨啓C(jī)的出廠說明書獲?。?br>[0056] (1-5)-個(gè)電-氣耦合系統(tǒng)中的天然氣網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)氣流平衡方程如下：
[0057] Acf = L,
[0058] 其中：Ag為天然氣網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)-支路矩陣，f為天然氣網(wǎng)的支路體積流量，L為天然氣 網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)氣體負(fù)荷，L根據(jù)天然氣網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)得到；
[0059] (2)通過電力系統(tǒng)中風(fēng)電場(chǎng)的歷史紀(jì)錄數(shù)據(jù)，獲取風(fēng)電場(chǎng)的歷史最小風(fēng)速X和最大 風(fēng)速f的風(fēng)速變化區(qū)間[工，巧：
[0060] (3)比對(duì)電力系統(tǒng)中風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的功率曲線和上述風(fēng)速的變化區(qū)間 [z，f|，得到風(fēng)電功率的變化區(qū)間[f:
[0061] 墨響％'，
[0062] 其中，為風(fēng)電場(chǎng)第1個(gè)風(fēng)電機(jī)組的有功功率，風(fēng)力渦輪機(jī)的功率曲線由風(fēng)力渦輪 機(jī)的出廠說明書獲??；
[0063] (4)設(shè)定電力系統(tǒng)和天然氣網(wǎng)穩(wěn)態(tài)安全運(yùn)行的約束條件，包括：
[0064] (4-1)電力系統(tǒng)中非風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率PFM、于或等于該非風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 出廠銘牌上給出的最大功率/LT:
[0065] ΙΤ?
[0066] (4-2)電力系統(tǒng)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值Ui在設(shè)定的電力系統(tǒng)安全運(yùn)行電壓的上、下 限值蟲、釔之間運(yùn)行，蟲為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)額定電壓的0.95倍，$為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)額定電壓的1.05 倍：
[0067]
[0068] (4-3)電力系統(tǒng)中第1條線路的傳輸容量Sd、于或等于設(shè)定的電力系統(tǒng)安全運(yùn)行 傳輸容量的最大值屬：
[0069] S<S,x
[0070] (4-4)天然氣網(wǎng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)pk在設(shè)定的管道安全運(yùn)行氣壓的上、下限值 ￡k、 艮內(nèi)：
[0071 ] Pi ^ Pi
[0072] (4-5)天然氣網(wǎng)中第b個(gè)管道的流量fb在設(shè)定的管道安全運(yùn)行流量的上、下限值f b、 I內(nèi)：
[0073] 0 < ./；, < fh ;
[0074] (4-6)天然氣網(wǎng)中氣源供氣量匕小于或等于該氣源能提供天然氣流的最大值 f s, max ：
[0075] fs<fs,max；
[0076] (4-7)天然氣網(wǎng)中的壓縮機(jī)安全運(yùn)行時(shí)需要滿足以下約束：
[0078] 其中：S是該壓縮機(jī)的升壓比，Smax是該壓縮機(jī)的最大升壓比，Smax由壓縮機(jī)的出廠 銘牌獲取，為該壓縮機(jī)的入口的體積流量，·為該壓縮機(jī)的入口最大允許體積流量， /J:由壓縮機(jī)的出廠銘牌獲取，P° utS壓縮機(jī)的出口壓力，p。,^為壓縮機(jī)的出口最大允許壓 力，Pc,max由壓縮機(jī)的出廠銘牌獲??；
[0079] (5)利用內(nèi)點(diǎn)法，在上述步驟(3)給定的風(fēng)電功率的變化區(qū)間內(nèi)，根據(jù)上 述步驟（1)的電-氣耦合系統(tǒng)耦合運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)方程和上述步驟(4)的電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)穩(wěn) 態(tài)約束方程，求解得到天然氣網(wǎng)區(qū)間潮流，即得到電-氣耦合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng) P、各支路的體積流量f以及氣源供氣量f s的運(yùn)行范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電-氣禪合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)的區(qū)間潮流計(jì)算方法，其特征在于該方法包括W下 步驟： (1)建立電-氣禪合系統(tǒng)中禪合運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，包括： (1-1) 一個(gè)電-氣禪合系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)潮流方程如下：其中，pi為電力系統(tǒng)中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入有功功率，Q1為電力系統(tǒng)中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入無 功功率，Gu為與電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y中第i行、第j列相對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)，Βυ為與電力系統(tǒng) 的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Υ中第i行、第j列相對(duì)應(yīng)的電納，電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Υ從電力系統(tǒng)調(diào)度 中屯、獲??； (1-2)-個(gè)電-氣禪合系統(tǒng)的天然氣網(wǎng)中管道的水力方程如下：其中，fkm為天然氣網(wǎng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的管道中天然氣體積流量，Pk，Pm分 別為第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)，〇km、Lkm分別為第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)之間管道km的管 道直徑和管道長度，F(xiàn)為管道內(nèi)壁的摩擦系數(shù)，F(xiàn)由公式計(jì)算得到，Ef 為管道的效率系數(shù)，Ef取值0.92，Re為雷諾數(shù)，由公式Re = Pvd/μ計(jì)算得到，P為天然氣密度， V為天然氣流速，μ為天然氣黏性系數(shù)，d為天然氣管道直徑，丫 G為天然氣比重，〇< YG<l，Ta 為天然氣平均溫度，Τη、Ρη分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的溫度和壓力，Τη、Ρη的取值分別為 288Κ、0 . IMpa，Zg為天然氣平均可壓縮系數(shù)，0.9<Zg< 1 . 5，天然氣網(wǎng)水力方程中，當(dāng) (拓-Λ )含 0 時(shí)，上式中的 Sgnp ( Pk，Pm) = 1，當(dāng)(記-姑）< 0時(shí)，S即P ( Pk，Pm) = -1 ; (1-3)-個(gè)電-氣禪合系統(tǒng)中的天然氣網(wǎng)中壓縮機(jī)的能量消耗方程如下：其中，Pk，Pm分別為天然氣網(wǎng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)，B冊(cè)km為第k個(gè)節(jié)點(diǎn)和第m 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的壓縮機(jī)的能量消耗，記"為該壓縮機(jī)的入口體積流量，η。為該壓縮機(jī)的總效率， Ck為該壓縮機(jī)的多變系數(shù)，ric和Ck從壓縮機(jī)的出廠說明書獲?。? (1-4) 一個(gè)通過燃?xì)廨啓C(jī)禪合的電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)之間的禪合方程如下：其中，fTur為燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獾捏w積流量，PTur為燃?xì)廨啓C(jī)的有功功率輸出，Cl、C2和C3分 別為燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)庀禂?shù)，由燃?xì)廨啓C(jī)的出廠說明書獲??； (1-5)-個(gè)電-氣禪合系統(tǒng)中的天然氣網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)氣流平衡方程如下： A 江=L， 其中:Ag為天然氣網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)-支路矩陣，f為天然氣網(wǎng)的支路體積流量，L為天然氣網(wǎng)的節(jié) 點(diǎn)氣體負(fù)荷，L根據(jù)天然氣網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)得到； (2) 通過電力系統(tǒng)中風(fēng)電場(chǎng)的歷史紀(jì)錄數(shù)據(jù)，獲取風(fēng)電場(chǎng)的歷史最小風(fēng)速X和最大風(fēng)速 V的風(fēng)速變化區(qū)間[ii，巧； (3) 比對(duì)電力系統(tǒng)中風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力滿輪機(jī)的功率曲線和上述風(fēng)速的變化區(qū)間[Z，巧，得 到風(fēng)電功率的變化區(qū)間[C，，巧。：其中，Pi"為風(fēng)電場(chǎng)第1個(gè)風(fēng)電機(jī)組的有功功率，風(fēng)力滿輪機(jī)的功率曲線由風(fēng)力滿輪機(jī)的 出廠說明書獲??； (4) 設(shè)定電力系統(tǒng)和天然氣網(wǎng)穩(wěn)態(tài)安全運(yùn)行的約束條件，包括： (4-1)電力系統(tǒng)中非風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率Pigen小于或等于該非風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出廠 銘牌上給出的最大功率巧置：(4-2)電力系統(tǒng)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值化在設(shè)定的電力系統(tǒng)安全運(yùn)行電壓的上、下限值 些、巧之間運(yùn)行，些為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)額定電壓的0.95倍巧為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)額定電壓的1.05倍： U. < U < 0,： (4-3)電力系統(tǒng)中第1條線路的傳輸容量Si小于或等于設(shè)定的電力系統(tǒng)安全運(yùn)行傳輸容 量的最大值 (4-4)天然氣網(wǎng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)化在設(shè)定的管道安全運(yùn)行氣壓的上、下限值￡1^、及 內(nèi)： 公^公^瓦； (4-5)天然氣網(wǎng)中第b個(gè)管道的流量fb在設(shè)定的管道安全運(yùn)行流量的上、下限值旬、充 內(nèi)： 當(dāng)充； (4-6)天然氣網(wǎng)中氣源供氣量fs小于或等于該氣源能提供天然氣流的最大值fs,max: f s《f s, max ; (4-7)天然氣網(wǎng)中的壓縮機(jī)安全運(yùn)行時(shí)需要滿足W下約束：其中：S是該壓縮機(jī)的升壓比，Smax是該壓縮機(jī)的最大升壓比，Smax由壓縮機(jī)的出廠銘牌 獲取，為該壓縮機(jī)的入口的體積流量，怎；《X為該壓縮機(jī)的入口最大允許體積流量，尤;。。1 由壓縮機(jī)的出廠銘牌獲取，P°ut為壓縮機(jī)的出口壓力，Pc,max為壓縮機(jī)的出口最大允許壓力， Pc,max由壓縮機(jī)的出廠銘牌獲取； (5) 利用內(nèi)點(diǎn)法，在上述步驟(3)給定的風(fēng)電功率的變化區(qū)間[G:,,，G：K]內(nèi)，根據(jù)上述步 驟(1)的電-氣禪合系統(tǒng)禪合運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)方程和上述步驟(4)的電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)穩(wěn)態(tài)約 束方程，求解得到天然氣網(wǎng)區(qū)間潮流，即得到電-氣禪合系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)P、各 支路的體積流量fW及氣源供氣量fs的運(yùn)行范圍。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106096269SQ201610407465
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】孫宏斌, 郭慶來, 王彬, 喬錚, 潘昭光
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)