[发明专利]考虑天然气系统热力过程的电-气互联系统概率能流分析方法

说明书

本发明公开了考虑天然气系统热力过程的电‑气互联系统概率能流分析方法，主要步骤为：1)对电‑气互联系统进行抽样。2)建立考虑天然气系统热力过程的设备模型。3)建立电‑气互联系统的概率能流模型，电‑气互联系统的概率能流模型包括节点平衡方程和不确定因素模型。4)建立风险指标模型。5)将样本数据输入到电‑气互联系统的概率能流模型，计算电‑气互联系统的能流，并将结果输入到风险指标模型中，计算电‑气互联系统的风险指标。6)收敛判断。本发明提出了一种较全面地考虑了天然气系统内存在的各种设备，以及各设备内热力过程的概率能流计算分析方法，可以更加准确、有效的分析系统状态并评估风险情况。

技术领域

本发明涉及电-气综合能源系统领域，具体是考虑天然气系统热力过程的电-气互联系统概率能流分析方法。

背景技术

近年来，随着燃气轮机装机容量的日益攀升，电力系统和天然气系统之间的耦合日益紧密，将电-气互联系统看作一个统一整体来进行计算分析的做法日益普遍。在电-气互联系统中，存在着大量的不确定因素，这使得概率能流计算方法称为了一种有效的分析工具，以反映电压、气压等状态变量的越限风险等。

目前，在进行电-气互联系统的统一计算分析时，往往只考虑天然气压力和流量是变量，而天然气温度被当成和环境温度相等的常数，天然气系统中各设备的热力过程没有被计及。热力过程指的是当气体流过某设备时，热、功和各种能量间的传递与转换关系，这种关系可以通过气温、气压、流量等状态变量来刻画。

基于两个原因，在电-气互联系统的概率能流的计算中，天然气温度应该被当做变量。

其一，天然气的温度和压力间存在耦合关系，两变量会相互影响，且同一系统中不同部位的气温可能差异巨大(例如，天然气温度在中亚-中国天然气管道的首端为45℃，而在该管道的末端，天然气温度接近环境温度，其在冬天低至5℃以下)，若在计算时将天然气温度看成常数，将给气压等计算结果都带来显著的误差。

其二，天然气系统存在一种名为“水合物生成”的特殊现象，该现象是否出现是由气温和气压共同决定的。若系统中生成了水合物，会带来一系列的不良后果，如局部气压过高、设备损坏和供气中断等，由于电力系统与天然气系统紧密耦合，因此供电的可靠性也会受到影响。此外，调压器作为天然气系统中的一种重要设备，通常设置在输气系统的末端，通过固定出口节点的气压来满足下游用户的要求。当天然气流经调压器时，气温和气压同时都会降低，这很有可能加重水合物生成的风险。因此，热力过程在准确分析气压等系统状态变量和评估水合物生成概率等系统风险时具有重要意义。

电-气互联系统的概率能流分析大体可以分为两步：能流模型的建立和风险指标的计算。对于能流模型，天然气设备模型是重要组成部分。首先，已有文献考虑了管道的热力过程并建立了节点热力平衡方程，但矛盾的地方在于，该研究使用Weymouth方程作为管道的流量模型，而事实上Weymouth方程是基于整个管道温度不变的假设推导的，因此在考虑热力过程的背景下使用该模型的计算精度有限。其次，对于调压器，目前在电-气互联系统的研究中，仅有一些文献在优化计算时将调压比上下限纳入约束，或根据其一端气压固定的特性，将调压器与压缩机一并归类为主动支路，而尚未见到对调压器的详细建模。再次，对于压缩机，其热力过程将导致出口温度的显著上升，而这一特性在现有的电-气互联系统研究中都尚未得到有效考虑。总而言之，现有研究对天然气系统设备及其热力过程的考虑都不够全面和精细。

对于指标，现有研究可以计算节点电压、气压的越限概率以及支路潮流的过载概率等，但仍缺乏可以量化水合物生成(同时受天然气温度和压力两个状态变量的影响)概率的指标。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，考虑天然气系统热力过程的电-气互联系统概率能流分析方法，主要包括以下步骤：

1)对电-气互联系统进行抽样，得到样本数据。所述样本数据包括电负荷、气负荷和风速。