计及相关性的电-气互联系统概率最优潮流计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种计及相关性的电-气互联系统概率最优潮流计算方法，以互联系统的总运行成本最低为优化控制目标，兼顾电力系统与天然气系统的安全性，优化过程中考虑随机因素的影响，并且计及了随机变量之间的相关性，通过概率最优潮流计算，获得目标函数以及状态变量的概率统计信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
天然气作为化石能源向新能源过度的桥梁，其优势在于：1)资源丰富；2)清洁高 效；3)经济性；4)调节速度快，可用于应急调峰，与可再生能源的随机性、间歇性相协调。随 着世界范围内非常规天然气的大规模开发，可以预见未来天然气在电力系统中巨大的应用 前景，未来能源互联网将是电力系统与天然气网络高度耦合的产物。 最优潮流（Optimal Power Flow，0PF)是电力系统运行和规划的重要工具，因我国 现阶段燃气轮机组在电力系统中比重较小，传统OPF -般不考虑天然气网络的运行情况， 即假定燃气轮机组天然气供应充足。而实际上，天然气网络会受到储气量、管道容量、压力 等约束，因此天然气网络的运行状态在一定程度上将影响电力系统的稳定运行。另外，现有 关于电-气互联系统的研究均基于确定性的模型，并没有针对新能源接入背景下电力系统 以及天然气网的不确定性进行考虑。天然气网与电力网还具有一定的相关性，忽略其相关 性会导致优化结果不准确。 传统OPF模型忽略了对于天然气系统的考虑，并且在新能源不断接入电网的形 势下，亟需建立计及输入变量随机性以及相关性的GEPOPF(Combined Natural Gas and Electric Probabilistic Optimal Power Flow,电力系统与天然气系统互联的概率最优潮 流）模型及其求解方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种计及相关性的电-气互联系统概率最优潮流计算 方法，以互联系统的总运行成本最低为优化控制目标，兼顾电力系统与天然气系统的安全 性，优化过程中考虑随机因素的影响，并且计及了随机变量之间的相关性，通过概率最优潮 流计算，获得目标函数以及状态变量的概率统计信息。 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现： ，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤1 :根据天然气的流体特性，建立天然气系统的稳态模型； 步骤2 :通过燃气轮机建立电力系统与天然气系统的耦合关系：以互联系统的综 合运行成本最小为目标函数，建立电-气互联系统最优潮流模型； 步骤3 :针对风速预测、负荷预测存在误差，建立风速、负荷的随机模型，确定风 速、负荷的概率信息，并根据历史数据给出不同风电场风速之间、不同区域负荷之间、电负 荷与气负荷之间的相关系数矩阵； 步骤4 :将相关系数矩阵转化为标准正态分布空间的相关系数矩阵，在标准正态 分布空间产生样本矩阵，通过Nataf变换产生原变量空间样本矩阵，对每一个样本点进行 电-气互联系统最优潮流计算，得到目标函数以及状态变量的概率统计量。 本专利技术的有益效果是： 1)本专利技术通过求解电-气互联系统最优潮流模型得到电力网与天然气网联合优 化调度方案。实际上，电力网与天然气网存在相互制约关系，对电力网与天然气网的独立优 化将导致优化结果过于乐观，联合优化能为电力系统调度人员以及天然气网调度人员的正 确决策提供依据，确保系统安全运行； 2)天然气网的随机性会加强电力系统的不确定性，电-气互联系统之间的相关性 会对优化调度方案产生影响。因此，在电-气互联系统的联合优化中应对随机变量之间的 相关性进行考虑，以互联系统的总运行成本最低为优化控制目标，兼顾电力系统与天然气 系统的安全性，优化过程中考虑随机因素的影响，并且计及了随机变量之间的相关性，通过 概率最优潮流计算，获得目标函数以及状态变量的概率统计信息。【附图说明】 图1是本专利技术燃气轮机驱动的压缩机示意图； 图2是本专利技术比利时20节点天然气系统的结构示意图。【具体实施方式】 下面结合附图和具体的实施例对本专利技术技术方案作进一步的详细描述，以使本领 域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限 定。 ，包括以下步骤： 步骤1 :根据天然气的流体特性，建立天然气系统的稳态模型； 步骤2 :通过燃气轮机建立电力系统与天然气系统的耦合关系：以互联系统的综 合运行成本最小为目标函数，建立电-气互联系统最优潮流模型； 步骤3 :针对风速预测、负荷预测存在误差，建立风速、负荷的随机模型，确定风 速、负荷的概率信息，包括期望和方差，并根据历史数据给出不同风电场风速之间、不同区 域负荷之间、电负荷与气负荷之间的相关系数矩阵； 步骤4 :将相关系数矩阵转化为标准正态分布空间的相关系数矩阵，在标准正态 分布空间产生样本矩阵，通过Nataf变换产生原变量空间样本矩阵，对每一个样本点进行 电-气互联系统最优潮流计算，得到目标函数以及状态变量的概率统计量。 优选，步骤1具体包括以下步骤： 步骤101 :电力-天然气互联系统由电力系统与天然气系统组成，其中，天然气系 统主要包括天然气井、管道、加压站、储气罐、调压阀和阀门。天然气由气井进入管道，通过 管网被输送至用户。通过控制管网中不同节点的压力和调压阀或者阀门阀芯位置来调节天 然气流量。对天然气系统的主要元件建立数学模型： 对于某一绝热输气管道，其首末节点分别为p、q，其稳态流量fpq可表示为： AT，cpq73与官退双半、M皮、皮、h]径、压缩因子有关的常数，：π p、JTq分别为节 点p、q的压力； 步骤102 :由于摩擦的存在，天然气在输气管道中会产生压力损失从而导致能量 损失，为了补偿这部分损失，天然气网中配置一定数量的加压站。压力的调节需要消耗额外 的功率，其与流过加压站的流量和加压比成比例。通常由燃气轮机来提供这部分能量，可将 其等效为天然气网中额外的负荷。图1为燃气轮机驱动的压缩机示意图。对于首末端分别 为m、η的加压站k，其耗能等效流量可表示为： 式中，Hrana为压缩机消耗的电能，Hk^为首末节点分别为m、η的加压站k其压缩 机消耗的电能，B kS与压缩机效率、温度、天然气热值有关的常数，frana为流过加压站的流 量，'为节点η的压力，π "为节点m的压力，Zk为与压缩机压缩因子和天然气热值有关的 常数，Trana为加压站消耗的等效流量，a k、i3k、YkS能量转换效率常数； 由式（1)和式（3)可以看出，普通管道天然气流向取决于管道两端压力，且总是由 高压处流向低压处，而加压站的流向总是固定的。 步骤103 :对于天然气网的每个节点，需满足流量守恒定律，以矩阵的形式表示 为： (A+U) f+w-T τ=〇 (5) 式中，A为管道-节点关联矩阵，U为加压站-节点关联矩阵，T为表示加压站能量 消耗与节点的关联矩阵，f为管道以及加压站流量向量，τ为加压站消耗流量向量，w为节 点净天然气流量， Wg为天然气气源注入向量，Wl为天然气负荷汲取向量，为电力网燃 气轮机消耗天然气量。 燃气轮机是使电力系统与天然气系统产生耦合的主要元件，燃气轮机是电力网的 源，同时也是天然气网的负荷。优选，步骤2中，以电-气互联系统联合运行总成本最低为 目标函数的电-气互联系统最优潮流模型如下： ⑷目标函数： I ^Λ:￡?,Z'fci:V5 式中，ΩΑ燃气轮机机组，Ns为气源点，a p bp C1为节点i所连非燃气轮机机组 成本系数，Ptu为节点i所连非燃气轮机机组有功出力，gi为节点i天然气成本系数，W gil为 节点i天然气供应量； (B)电力系统约束： 电力系本文档来自技高网...

【技术保护点】
计及相关性的电‑气互联系统概率最优潮流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据天然气的流体特性，建立天然气系统的稳态模型；步骤2：通过燃气轮机建立电力系统与天然气系统的耦合关系：以互联系统的综合运行成本最小为目标函数，建立电‑气互联系统最优潮流模型；步骤3：针对风速预测、负荷预测存在误差，建立风速、负荷的随机模型，确定风速、负荷的概率信息，并根据历史数据给出不同风电场风速之间、不同区域负荷之间、电负荷与气负荷之间的相关系数矩阵；步骤4：将相关系数矩阵转化为标准正态分布空间的相关系数矩阵，在标准正态分布空间产生样本矩阵，通过Nataf变换产生原变量空间样本矩阵，对每一个样本点进行电‑气互联系统最优潮流计算，得到目标函数以及状态变量的概率统计量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霜，孙国强，卫志农，陈胜，李逸驰，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32