[发明专利]一种综合能源系统的安全控制方法及装置

权利要求书

1.一种综合能源系统的安全控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

构建电-气-耦合元件组成的综合能源系统的静态模型，通过解耦计算综合能源系统多能流，获取综合能源系统的运行状态；

基于多能流计算过程中的雅克比矩阵以及变量间的非线性关系，计算综合能源系统的交互耦合矩阵；

再针对越限元件，利用交互耦合矩阵中的信息计算控制元件的变化量，通过调整控制元件的运行状态改变系统中越限元件的运行状态，实现对综合能源系统的安全控制；

综合能源系统的状态变量-控制变量交互灵敏度关系包括：

1)气压-有功功率灵敏度关系

天然气节点压力pa对电力系统节点有功功率P的灵敏度关系表示为：

式中，表示压力对有功功率的灵敏度矩阵；

天然气系统微分环节表示为：

式中，D`_MT,j表示天然气雅可比矩阵求逆后对应燃气轮机的列向量；

气转电环节可利用燃气轮机特性求得：

电力系统微分环节表示为：

其中，V_s为节点s的电压幅值，V_j为节点j的电压幅值，G_sj为节点s与节点j之间的电纳，B_sj为节点s与节点j之间的电导，θ_sj为节点s与节点j之间的相角，t_sj为节点s与节点j之间的变压器变比；

2)电压-天然气负荷灵敏度关系

电力系统节点U、θ对天然气系统负荷L的灵敏度关系表示为：

式中，表示节点电压幅值、相角对天然气负荷的灵敏度关系矩阵，L_s,P2G为P2G所连接的节点s发出的天然气量；电力系统微分环节表示为：

上式表示电力系统电压相角对P2G负荷的微分关系，利用的P2G列向量计算得到；

其中，电转气环节利用P2G特性求得：

天然气系统微分环节表示为：

上式表示天然气负荷增加导致P2G功率增量，利用边界条件计算得到，k_sj为管道常数；

IES依从变量-控制变量交互灵敏度关系

电力系统支路有功潮流P_l以及天然气系统管道流量f_l对控制变量l，即电力负荷、L_d之间的关系通过求取的灵敏度矩阵进行求取：

综合能源系统的安全控制方法如下：

第一步、计算综合能源系统IES多能流，得到运行状态，汇总IES当前状态中已越限的节点、支路、管道元件信息，若IES所有元件均处于安全状态，IES安全控制结束；否则，执行下一步；

第二步、计算IES雅可比矩阵，以及IES子系统间交互耦合灵敏度矩阵；

第三步、针对IES越限元件进行分析，调整燃气轮机出力或调整压缩机出口压力，选择灵敏度大的控制环节，利用计算控制元件的变化量；

第四步、调整控制元件的运行状态，返回第一步。

2.根据权利要求1所述的一种综合能源系统的安全控制方法，其特征在于，所述利用交互耦合矩阵中的信息计算控制元件的变化量具体为：

通过对参数灵敏度及IES子系统交互耦合机理的分析，计算压缩机出口压力-节点压力的变化量、压缩机出口压力-管道流量的变化量、燃气轮机有功出力-节点电压的变化量、燃气轮机有功出力-支路潮流的变化量。

3.根据权利要求2所述的一种综合能源系统的安全控制方法，其特征在于，所述压缩机出口压力-节点压力的变化量具体为：

当前节点天然气压力值和天然气压力安全限额的差值、与气压裕量求和；求和结果与天然气负荷压力对压缩机出口压力的参数灵敏度矩阵做商。

4.根据权利要求2所述的一种综合能源系统的安全控制方法，其特征在于，所述压缩机出口压力-管道流量的变化量具体为：

当前状态的管道流量和管道流量安全限额的差值、与管道流量裕量求和；求和结果与天然气管道流量与压缩机出口压力的灵敏度关系矩阵做商。