[发明专利]一种综合能源系统概率能量流分析方法

摘要

本发明公布了一种综合能源系统概率能量流分析方法。本发明将广泛应用于电力系统(EPS)的概率潮流的概念推广到IES的概率能量流分析中，定量评估了综合能源系统(电、气、热)负荷以及风电场出力的不确定性对综合能源系统状态量概率分布的影响，从而为综合能源系统后续的网络规划、稳态分析、优化调度、实时控制、安全分析等方面奠定了基础。

主权项

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Pij、无功功率Qij分别为：Pij＝(gsi+gij)Vi2‑gijViVjsinθij‑bijViVjcosθijQij＝‑(bsi+bij)Vi2+bijViVjsinθij‑gijViVjcosθij式中：V、θ分别为节点电压幅值与相角，gij、bij分别为支路型等效电路的电导、电纳，gsi、bsi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Pi、无功功率Qi：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Fmn为：Fmn=kmnsmnsmn(πm2-πm2)]]>smn=+1πm-πn≥0-1πm-πn<0]]>式中：π为节点压力，kmn为与管道内径、长度、效率和压缩因子相关的常数；smn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：Fcom,k为流过加压站的流量；Hcom,k为压缩机消耗的电能，单位为马力HP；Bk、Zk为常数，Bk取决于压缩机温度和效率，Zk取决于压缩因子；τcom,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：Hg,i为燃气轮机输入热量值；PG,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；αg,i、βg,i、γg,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，Hcom,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：EL为负荷功率；分别为负荷功率的数学期望、标准差；f(EL)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：vw为风速；kw、cw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Pw近似表示为：Pw=0vw≤vcik1vw+k2vci<vw≤vNPNvN<vw≤vco0vw>vco]]>式中：PN为风机额定功率；vci、vN、vco分别为切入风速、额定风速、切出风速；k1＝Pw/(vN‑vci)；k2＝‑k1vci；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。