[发明专利]一种综合能源系统概率能量流分析方法

权利要求书

1.一种综合能源系统概率能量流分析方法，其特征在于,包括以下步骤：

1)电力系统稳态建模包括：

对于电力系统EPS中输电支路ij，支路ij的有功功率P_ij、无功功率Q_ij分别为：

P_ij＝(g_si+g_ij)V_i²-g_ijV_iV_jsinθ_ij-b_ijV_iV_jcosθ_ij

Q_ij＝-(b_si+b_ij)V_i²+b_ijV_iV_jsinθ_ij-g_ijV_iV_jcosθ_ij

式中：V、θ分别为节点电压幅值与相角，g_ij、b_ij分别为支路型等效电路的电导、电纳，g_si、b_si分别为节点i侧对地电导、电纳，

根据各支路功率，可得节点注入有功功率P_i、无功功率Q_i：

Pi=Σj∈iPij]]>

Qi=Σj∈iQij;]]>

2)天然气系统稳态建模，对于NGS中输气管道的天然气节点m、n，管道mn流量F_mn为：

Fmn=kmnsmnsmn(πm2-πm2)]]>

smn=+1πm-πn≥0-1πm-πn<0]]>

式中：π为节点压力，k_mn为与管道内径、长度、效率和压缩因子相关的常数；s_mn反应了管道流量方向；

加压站通过压缩机升高压力，需要消耗额外的能量，当压缩机由燃气轮机驱动时，燃气轮机消耗的流量可等效为加压站的气负荷，且主要由升压比以及流过加压站的流量决定：

Hcom,k=BkFcom,k((πmπn)Zk-1)]]>

τcom,k=α+βHcom,k+γHcom,k2]]>

式中：F_com,k为流过加压站的流量；H_com,k为压缩机消耗的电能，单位为马力HP；B_k、Z_k为常数，B_k取决于压缩机温度和效率，Z_k取决于压缩因子；τ_com,k为燃气轮机消耗的流量；α、β、γ为能量转化效率常数；

天然气NGS中各节点的流量平衡方程为：

Fm=Σn∈mFmn+Σk∈msgnk(m,n)Fcom,k+Σk∈mτcom,k]]>

式中：Fm为节点m的注入流量；

3)能源集线器建模；

4)电力系统与天然气系统之间耦合包括三个方面：

i)燃气轮机

燃气轮机组以NGS中的天然气为燃料，向EPS中的电负荷供电，因此燃气轮机组是EPS中的电源，而在NGS中相当于气负荷；

燃气轮机的输入天然气流量与输出电功率呈如下关系：

Hg,i=αg,i+βg,iPG,i+γg,iPG,i2]]>

Fgasm,i=Hg,i/GHV]]>

式中：H_g,i为燃气轮机输入热量值；P_G,i为燃气轮机向EPS节点i输出功率；为NGS中节点m等效气负荷；GHV＝1015BTU/SCF，为高热值；α_g,i、β_g,i、γ_g,i由燃气轮机的耗热率曲线决定，GHV为热值，BTU为英热单位，SCF为标准立方英尺；

ii)电机驱动压缩机

加压站的压缩机除采用燃气轮机驱动外，也可采用电力驱动，当压缩机消耗的能量由EPS供应时，此时压缩机视为EPS中的等效电负荷：

Pcomi,k=Hcom,k(0.7457105)]]>

式中：为EPS中节点i驱动压缩机k的等效电负荷，基准功率取100MVA，H_com,k是流过加压站的流量；

iii)能源集线器EB的能量输入看成EPS与NGS的等效负荷，当EB输出侧负荷波动时会同时影响EPS与NGS的运行状态；

5)综合能源系统稳态能量流分析包括依据EPS、NGS的稳态能量流方程，以及EPS、NGS之间的耦合，可得综合能源系统IES非线性稳态能量流方程，然后采用牛顿法求解非线性方程，得到IES的实时运行状态；

6)分析综合能源系统中不确定因素的概率分布，包括：

i)负荷的随机性

IES的负荷包含电负荷、气负荷以及热负荷，正态分布描述负荷预测误差的不确定性，即：

f(EL)=12πσELexp(-(EL-μEL)22σEL2)]]>

式中：E_L为负荷功率；分别为负荷功率的数学期望、标准差；f(E_L)为负荷功率的概率密度函数；

ii)风电场出力的随机性

本发明采用双参数威布尔分布模型描述风速的随机性，即：

f(vw)=kwcw(vwcw)kw-1exp(-(vwcw)kw)]]>

式中：v_w为风速；k_w、c_w分别为威布尔分布的形状、尺度参数；

根据风速，风电场输出有功P_w近似表示为：

Pw=0vw≤vcik1vw+k2vci<vw≤vNPNvN<vw≤vco0vw>vco]]>

式中：P_N为风机额定功率；v_ci、v_N、v_co分别为切入风速、额定风速、切出风速；k₁＝P_w/(v_N-v_ci)；k₂＝-k₁v_ci；

7)随机生成N次随机模拟的输入变量，并求解N次综合能源系统的稳态能量流。