[发明专利]考虑天然气热力过程的电-气综合能源系统统一能流计算方法

权利要求书

1.考虑天然气热力过程的电-气综合能源系统统一能流计算方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

1)建立考虑天然气系统热力过程的设备模型；所述设备模型包括天然气管道模型和压缩机模型；

所述天然气管道模型包括天然气管道热力模型和天然气管道流量模型；所述压缩机模型包括压缩机热力模型和压缩机流量模型；

建立了天然气管道模型，主要步骤如下：

1.1)天然气水平管道m₁n₁的气体流动守恒方程如下所示：

其中，p和T分别为天然气的压力和温度；Z和R分别为天然气的压缩因子和气体常数；λ为摩擦系数；x为当前位置与管道起点的距离；和分别为管道的内径和截面积；为流过管道的质量流量；d(·)为微分符号；

1.2)与管道起点位置距离x处的天然气温度T(x)如下所示：

式中，为计算系数；T_s为环境温度；T_m1为从天然气系统节点m₁流出的天然气的温度；η_JT为焦耳-汤姆逊系数；p_m1和p_n1分别为天然气管道支路中首节点m₁与末节点n₁的气压；为天然气管道m₁n₁的长度；

其中，计算系数如下所示：

式中，为天然气管道m₁n₁的传热系数；ρ₀为天然气在标准状态下的密度；C_p为天然气的恒压热容；为流过天然气管道m₁n₁的标准状态下的体积流量；为天然气管道m₁n₁的内径；

1.3)将天然气温度T作为状态变量，则公式(1)改写为下式：

1.4)将公式(2)和公式(3)带入公式(4)中，得到：

1.5)标准状态下体积流量与质量流量的转换关系如下所示：

气体常数R如下所示：

1.6)将公式(6)和公式(7)带入公式(5)中，得到适用于非等温条件的代数形式的管道流量模型，即：

式中，T₀为标准状态下天然气温度；p₀为标准状态下天然气压力；λ为摩擦系数；

1.7)根据公式(2)，管道热力模型，即天然气管道m₁n₁出口处气体温度的计算式如下所示：

2)基于设备模型，建立电-气综合能源系统的统一能流求解模型；

所述电-气综合能源系统的统一能流求解模型包括天然气系统模型、电力系统模型和耦合元件模型；

3)利用电-气综合能源系统的统一能流求解模型对待检测电-气综合能源系统的能流进行计算。

2.根据权利要求1所述的考虑天然气热力过程的电-气综合能源系统统一能流计算方法，其特征在于，压缩机热力模型如下所示：

式中，T_m2为从天然气系统压缩机节点m₂流出的天然气的温度；为压缩机m₂n₂出口处气体温度；p_m2和p_n2分别为天然气压缩机支路中首节点m₂与末节点n₂的气压；为多变指数。

3.根据权利要求1所述的考虑天然气热力过程的电-气综合能源系统统一能流计算方法，其特征在于，压缩机流量模型分别如公式(11)到公式(12)所示：

式中，为压缩机消耗的能量；为压缩机消耗与工作效率有关的常数；为流过压缩机的流量；

式中，为压缩机消耗的流量；和分别为压缩机的能量转换参数。