[发明专利]一种电‑热耦合多能流系统静态安全分析方法

摘要

本发明涉及一种利电‑热耦合多能流系统的联合静态安全分析方法，属于含多种能源形式的运行和控制技术领域。本方法突破电力系统安全分析只考虑电网本身的局限，考虑了供电、供热系统的相互影响，实现了电‑热耦合多能流系统的联合静态安全分析，从而能够同时分析供电、供热系统中各种可能的预想事故对两个系统的影响，相比现有分别对供电、供热系统进行独立安全分析的方法，提高了安全分析的精确性，减少了误判和漏判。该方法可以应用于电‑热耦合多能流系统的在线运行中，在电‑热耦合多能流能量管理中工作，当系统存在安全问题或潜在风险时给出安全警告，有助于提高电‑热耦合多能流系统运行的安全性。

主权项

一种电‑热耦合多能流系统联合静态安全分析方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)从电‑热耦合多能流系统的能量管理系统中，获得当前电‑热耦合多能流系统的状态估计结果Ψ_se，包括：电‑热耦合多能流系统中电网节点的电压幅值和电网支路的有功功率，电‑热耦合多能流系统中热网节点压力、热网节点温度和热网支路流量；(2)从电‑热耦合多能流系统的能量管理系统中，获得电‑热耦合多能流系统中电网、热网的安全运行约束Ψ_sc，包括：电‑热耦合多能流系统中电网节点电压幅值允许最大值、电网节点电压幅值允许最小值、电网支路有功功率允许最大值和电网支路有功功率允许最小值，电‑热耦合多能流系统中热网节点压力允许最大值、热网节点压力允许最小值、热网节点温度允许最大值、热网节点温度允许最小值、热网支路流量允许最大值和热网支路流量允许最小值；(3)根据上述步骤(1)的当前状态估计结果Ψ_se，对上述步骤(2)的安全运行约束Ψ_sc进行判断：(3‑1)若所有当前状态估计结果Ψ_se均满足安全运行约束Ψ_sc，转步骤(4)；(3‑2)若当前状态估计结果Ψ_se中存在不满足安全运行约束Ψ_sc的状态，则判定该电‑热耦合多能流系统处于紧急状态，给出安全警告，并给出不满足安全运行的具体信息，安全分析方法结束；(4)从电‑热耦合多能流系统的能量管理系统中获取预想事故集Ω；(5)对上述预想事故集Ω进行判断，若预想事故集Ω为空集，则转步骤(8)，若预想事故集Ω为非空集合，则从预想事故集Ω中取出一个预想事故，形成该预想事故下的电‑热耦合多能流方程组，包括：(5‑1)电‑热耦合多能流系统中的电网潮流方程：$P^i=U_i\underset{j\∈i}{\Σ}{U}_j\left(G_{ij}cos\right({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j)+B_{ij}sin({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j\left)\right),(i=1,2,3,...,n)$$Q^i=U_i\underset{j\∈i}{\Σ}{U}_j\left(G_{ij}sin\right({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j)-B_{ij}cos({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j\left)\right),(i=1,2,3,...,n)$其中：Pⁱ为电网中节点i的注入有功功率，Qⁱ为电网中节点i的注入无功功率，θ_i、θ_j分别为节点i、节点j的电压相角，U_i、U_j分别为节点i、节点j的电压幅值，G_ij为电网节点导纳矩阵Y第i行、第j列元素的实部，B_ij为电网节点导纳矩阵Y第i行，第j列元素的虚部，电网节点导纳矩阵Y从电‑热耦合多能流系统的能量管理系统中获取；(5‑2)电‑热耦合多能流系统中的热网水力方程：$A\stackrel{\·}{m}={\stackrel{\·}{m}}_q$Bh_f＝0$h_f=K\stackrel{\·}{m}\left|\stackrel{\·}{m}\right|$其中：A为热网中的节点‑支路关联矩阵，B为热网中基本回路‑支路关联矩阵，A和B从电‑热耦合多能流系统的能量管理系统中获取，为热网支路的质量流量，为热网节点的注入的质量流量，h_f为热网支路的压降，K为热网支路的阻抗系数，K的取值范围为10‑500帕·秒平方/千克平方，||为绝对值；(5‑3)电‑热耦合多能流系统中的热网热力方程：$\mathrm{\Φ}=C_p{\stackrel{\·}{m}}_q(T_S-T_O)$$T_{end}=(T_{start}-T_a)e^{-\mathrm{\λ}L/C_p\stackrel{\·}{m}}+T_a$$\left(\mathrm{\Σ}{\stackrel{\·}{m}}_{out}\right)T_{out}=\mathrm{\Σ}\left({\stackrel{\·}{m}}_{in}{T}_{in}\right)$其中：Φ为热网节点的注入热功率，C_p为热网介质水的比热容，取值为4182焦耳/(千克·摄氏度)，T_S为热网中节点供水侧的温度，T_O为节点回水侧的温度，T_start为热网支路起点处的温度，T_end为热网支路终点处的温度，T_a为热网支路所在的环境温度，L为热网支路管道长度，λ为热网支路管道单位长度的传热系数，电‑热耦合多能流系统的能量管理系统中获取，为流出节点的介质水质量流量，为流入节点的介质水质量流量，T_out为流出节点的介质水温度，T_in为流入节点的介质水的温度；(5‑4)电‑热耦合多能流系统中背压式热电联产机组出力特性方程：$c_{CHP}=\frac{{\mathrm{\Φ}}_{CHP}}{P_{CHP}}$其中：c_CHP为背压式热电联产机组的热电比，该热电比从背压式热电联产机组的产品铭牌中获取，Φ_CHP为背压式热电联产机组的热功率，P_CHP为背压式热电联产机组的有功功率；(5‑5)电‑热耦合多能流系统中抽凝式热电联产机组出力特性方程：$Z=\frac{{\mathrm{\η}}_e{F}_{in}-P_{CHP}}{{\mathrm{\Φ}}_{CHP}}$其中：F_in为抽凝式热电联产机组的燃料输入速率，η_e为抽凝式热电联产机组的效率，取值范围为0到1，Z为抽凝式热电联产机组的电热比，该电热比从抽凝式热电联产机组的产品铭牌中获取，Φ_CHP为抽凝式热电联产机组的热功率，P_CHP为抽凝式热电联产机组的有功功率；(5‑6)电‑热耦合多能流系统中热泵电热转换方程：$c_{h,p}=\frac{{\mathrm{\Φ}}_{h,p}}{P_{h,p}}$其中：c_h,p为热泵的电热转换效率，Φ_h,p为热泵的热功率，P_h,p为热泵消耗的有功功率；(5‑7)电‑热耦合多能流系统中电锅炉电热转换方程：$c_{h,b}=\frac{{\mathrm{\Φ}}_{h,b}}{P_{h,b}}$其中：c_h,b为电锅炉的电热转换效率，Φ_h,b为电锅炉的热功率，P_h,b为电锅炉消耗的有功功率；(6)利用牛顿拉夫逊法，求解上述电‑热耦合多能流方程组，得到该预想事故下的电‑热耦合多能流系统的多能流计算结果Ψ_c，包括电网节点电压幅值、电网支路有功功率、热网节点压力、热网节点温度和热网支路流量，并将该预想事故从预想事故集Ω中删除；(7)根据步骤(6)的多能流计算结果Ψ_c，对上述步骤(2)的安全运行约束Ψ_sc进行判断：(7‑1)若Ψ_c满足所有安全运行约束Ψ_sc，则返回步骤(5)；(7‑2)若Ψ_c中存在不满足状态安全运行约束Ψ_sc的状态，给出违反安全运行约束的警告，则返回步骤(5)；(8)判断电‑热耦合多能流系统当前的安全运行状态：(8‑1)若步骤(7)中没有给违反安全运行约束的警告，则判定该电‑热耦合多能流系统处于安全正常状态；(8‑2)若步骤(7)中给出违反安全运行约束的警告，则判定该电‑热耦合多能流系统处于安全预警状态。