[发明专利]用于电气耦合园区综合能源系统的多速率动态仿真方法

说明书

本发明涉及电气耦合技术领域，具体公开一种用于电气耦合园区综合能源系统的多速率动态仿真方法，所述方法包括：包括：建立电气耦合园区综合能源系统及其对应的电气耦合数学模型；采用多次求解配电网模型后才进行一次天然气管网模型求解的方式对所述电气耦合数学模型进行参数求解。本发明提供一种用于电气耦合园区综合能源系统的多速率动态仿真方法，既具有较高的计算精度又有较高计算效率。

技术领域

本发明涉及电气耦合技术领域，尤其涉及一种用于电气耦合园区综合能源系统的多速率动态仿真方法。

背景技术

随着能源与环境问题的日益突出，能够实现多种能源形式融合并高效利用的电气耦合综合能源系统已经成为当今能源技术领域的研究热点。其中，电力能源清洁高效、易于转化利用、可控性强，是综合能源系统的核心能源形式；而天然气因其经济环保、储量丰富等特征，同样被认为是未来综合能源体系中的重要组成部分。由于电力和燃气的动态特征和行为模式差异巨大，在综合能源系统中，对这两种能源形式进行准确、可靠的协同建模与仿真分析成为成为研究重点。

目前，电气系统由配电网、微型燃气轮机机组及P2G装置(P2G,即Power to Gas,概念源于德国可再生能源导入量的扩大，利用风力发电、太阳能发电等的剩余电力电解水生成氢，然后提供给现有的燃气管道网络；或者利用电力、水及大气中的CO₂，通过甲烷化反应制造甲烷，提供燃气)组成，配电网模型多种多样，常用的一种是将配电网中各元件及负荷等效为恒定的阻抗，利用节点分析法求解整个系统如下所示：

I＝Y

式中：I表示阻抗网络中各节点注入电流矩阵，Y表示网络的节点导纳矩阵，U表示网络各点的电压矩阵。

天然气管网模型主要以下式表示：

式中：A为管道截面积，p为管道节点压力，M为管道的流量，D为管道的直径，c为管道内的声速，λ为摩擦系数。

配电网和天然气系统采用微型燃气轮机机组和P2G装置进行双向耦合，微型燃气轮机机组由原动机和同步发电机组成，具体模型如下：

同步发电机模型：

式中：δ为同步电机的功角，ω_*为电机的转速标幺值，ω_N为电机的额定转速，P_m为输入的机械功率的标幺值，P_e为电磁功率的标幺值，D为同步电机阻尼系数，H为惯性时间常数的一半。

原动机模型：

P_m＝f(p,M)

式中：P_m表示燃气轮机的输出功率，p表示电磁功率，M为管道流量信号。

将P2G装置看作配电网中的用电器，P2G模型如下所示：

式中：M表示P2G装置产生的气体流量，P为P2G装置需要的电功率，μ为转换效率，H为天然气燃烧的热值。

对电气耦合园区综合能源系统进行仿真,就是求解电气耦合园区综合能源系统各个节点处的电流或者电压等电力状态参数以及流量或者压力等气体状态参数的过程。

通过仿真，可以预知整个电气耦合园区综合能源系统各个节点处的状态参数，从而指导实际生产和运行。

现有的仿真方法大多是采用较小的步长，对天然气系统和电气系统在相同的时间尺度上依次进行求解，虽然求解的精度较高，但是计算所耗费的时间长，占用的空间和资源较多。

因此，急需针对研究出一种既能满足计算精度又有较高计算效率的仿真方法。

发明内容