一种考虑天然气系统N-1的多能流系统静态安全分析方法技术方案

本发明专利技术公开一种考虑天然气系统N‑1的多能流系统静态安全分析方法，涉及多能流系统运行控制领域，包括以下步骤：准备多能流系统的原始数据；基于电力系统的N‑1原则，提出考虑天然气N‑1事故的静态安全分析预想事故集；求解各N‑1事件后能源路由器输出侧能量流变化情况，更新电力系统及热力系统的能流分布；判断系统运行参数是否违反静态安全约束。本发明专利技术适应于能源互联发展趋势，提出了面向多能流系统的静态安全分析方法，可以提高多能流系统运行的安全稳定性。

A Static Safety Analysis Method for Multi-energy Flow System Considering N-1 of Natural Gas System

The invention discloses a static safety analysis method for multi-energy flow system considering natural gas system N_1, which relates to the field of operation control of multi-energy flow system, including the following steps: preparing the original data of multi-energy flow system; putting forward an anticipated accident set for static safety analysis considering natural gas N_1 accident based on the N_1 principle of power system. Solve the change of energy flow on the output side of energy router after each N_1 event, update the energy flow distribution of power system and thermal system, and judge whether the system operation parameters violate the static security constraints. The present invention adapts to the development trend of energy interconnection, and proposes a static safety analysis method for multi-energy flow system, which can improve the safety and stability of multi-energy flow system operation.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑天然气系统N-1的多能流系统静态安全分析方法
本专利技术涉及一种考虑天然气系统N-1的多能流系统静态安全分析方法，属于多能流系统运行控制领域。
技术介绍
近几年多能流在国际上得到了许多关注，尤其是在欧洲发展迅速。2005年瑞士苏黎世联邦理工学院承担了“未来能源网络愿景”(VisionofFutureEnergyNetworks)研究项目，提出了目前使用较广的能源路由器(EnergyHub，简称EH)模型；德国有“电制氢”(PowertoGas)、“柏林区域能源系统”(BerlinDistrictEnergySystem)等项目；英国卡迪夫大学在电-热、电-气联合分析上开展了较多研究；美国国家可再生能源实验室(NREI)在2013年成立了“能源系统集成”(EnergySystemsIntegration)研究组。近几年，国内也已经启动了若干个综合能源利用和多能协同方向的国家级项目和自然科学基金支持的研究，清华大学、天津大学、中国电力科学研究院等高校和科研院所也已经取得了不少成果，正向国际前沿靠拢。多能流耦合能带来诸多好处，但也使原本复杂的能源系统更加复杂。多能流系统由多个能流子系统组成，不同能流子系统具有不同的组成、模型、特性等，并且相互作用和影响。随着耦合的不断增强，多能流系统的新特性越来越明显，复杂度也显著增加，传统各个能流单独分析的方法已经难以适应新的要求。在当前多能流研究中，大部分集中在多能流的协同优化或规划以获得更多协同效益，但在多能流的网络特性和安全上研究不足。安全是多能流系统正常运行的基础，随着系统的复杂化，安全问题也更加突出。当前考虑多能流网络特性的研究主要集中在最优潮流、机组组合等问题，也有少许学者对电-气之间的相互影响进行了研究，其中清华大学团队开展了面向多能流系统的静态安全分析初步研究，但上述研究还没有形成完整的安全分析概念，此外上述研究主要集中在电-气耦合，对电-热耦合考虑较少。虽然静态安全分析在电力系统中的应用已经比较成熟，但在多能流系统中仍然缺乏系统的理论和方法。本专利技术借鉴电力系统中的静态安全分析，基于电力系统的N-1准则，提出考虑天然气线路开断的多能流静态安全分析的方法。为了保证多能流系统的安全运行，研究考虑天然气线路开断的多能流系统静态安全分析方法十分必要，在能源互联网背景下有着重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术“一种考虑天然气系统N-1的多能流系统静态安全分析方法”，通过对天然气系统进行N-1事故模拟，造成能源路由器输入侧及输出侧的能量值发生变化，并最终影响了电力系统的潮流分布，依靠判断系统是否有变量违反静态安全运行约束实现面向多能流系统的静态安全分析。本专利技术采用如下技术方案：一种考虑天然气系统N-1的多能流系统静态安全分析方法，该方法包括如下步骤：步骤1：准备多能流系统的原始数据，包括电力系统、天然气系统和热力系统的各节点、支路原始数据；步骤2：基于电力系统静态安全分析的N-1原则，生成天然气系统的N-1事故集作为多能流系统静态安全分析的预想事故集；步骤3：对天然气N-1事故集进行不放回事件抽取，基于抽取事故更新多能流计算中天然气系统的雅可比矩阵，直至所有的天然气N-1事故被抽取后，转至步骤8；步骤4：求解各N-1事件后天然气系统的管道流量分布及节点压力，获得与能源路由器相连管道上的流量变化；步骤5：根据步骤4中得到的能源路由器输入侧天然气流量变化，基于能源路由器的能量转换矩阵，计算能源路由器输出侧能量流变化情况；步骤6：根据步骤5的计算结果，得到能源路由器输出侧的有功出力，并更新电力系统和热力系统的能流分布；步骤7：判断该状态下是否有运行参数违反系统的静态安全约束，如果有，发出警报；如果没有，重新返回步骤3；步骤8：给出最终的多能流系统静态安全分析结果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：附图1为本专利技术一种考虑天然气系统N-1的多能流系统静态安全分析方法的整体实施流程图。具体实施方式本专利技术提出的一种考虑天然气系统N-1的多能流系统静态安全分析方法，其整体实施流程见附图1，下面阐述其具体实施方式。步骤1：准备多能流系统的原始数据，包括电力系统、天然气系统和热力系统的各节点、支路原始数据；步骤2：基于电力系统静态安全分析的N-1原则，生成天然气系统的N-1事故集作为多能流系统静态安全分析的预想事故集；按照电网安全稳定导则相关定义，N-1准则是指正常运行方式下电力系统中任一元件(如线路、发电机、变压器等)无故障或因故障断开后，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内。N-1准则用于单一元件无故障断开条件下电力系统静态安全分析。当发电厂仅有一回送出线路时，送出线路故障可能导致失去一台以上发电机组，此种情况也按N-1原则考虑。在本专利技术中，是以电力系统N-1准则为基础，扩展形成天然气N-1准则，即逐个无故障断开天然气系统内部各元件(输气管道、压缩机、气源站、调压阀)，检查其他元件运行状态是否正常，天然气的管道是否发生过流量、供气负荷节点是否发生气压下降等现象，因此，天然气系统的N-1事故集表示为天然气系统内部元件开断事件的集合，在多能流系统中，常见的天然气N-1事故有：由于天然气输气管道泄漏或破裂造成的安全事故下的输气管道开断，或者无故障输气管道开断；天然气输气场站故障或无故障退出运行；天然气系统的压缩机因故障或无故障退出运行，天然气系统的调压阀失灵。最终，基于天然气N-1准则形成天然气N-1事故集，并以此作为多能流系统静态安全分析的预想事故集；步骤3：对天然气N-1事故集进行不放回事件抽取，基于抽取事故更新多能流计算中天然气系统部分的雅可比矩阵，直至所有的天然气N-1事故被抽取后，转至步骤8；在天然气N-1事件后，需要更新天然气系统的雅可比矩阵。其中天然气系统的雅可比矩阵Jgas如式1所示，式中D的计算方式如式2所示，式中Ag是表征天然气系统拓扑结构关系的节点支路关联矩阵，若天然气系统有n个节点，m条管道，则Ag为n×m维矩阵，fi表示管道编号为i的管道流量，△Πi表示管道i上的压力差，i＝1，2，……，m。当出现天然气输气管道i开断的N-1事件后，fi取0，对角阵元素变为0元素，节点-关联矩阵Ag从n×m矩阵降维成n×m-1矩阵，进而导致天然气系统的雅可比矩阵发生变化，同时由于节点支路关联矩阵Ag的变化，天然气节点流量偏差量计算也将发生改变，其具体计算公式如式3所示，式中L表示天然气系统的节点天然气负荷值。修正好N-1事件后的天然气系统雅可比矩阵后，将其代入多能流计算中的迭代程序进行计算，可以得到天然气N-1事件后的系统状态。Agf-L＝0(式3)步骤4：求解各N-1事件后天然气系统的管道流量分布及节点压力，获得与能源路由器相连管道上的流量变化；由于步骤3中天然气系统的雅可比矩阵发生变化，则经过多能流计算更新系统状态后，天然气系统的管道流量可能发生更新，因为节点负荷气流量L由于遵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑天然气系统N‑1的多能流系统静态安全分析方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1：准备多能流系统的原始数据，包括电力系统、天然气系统和热力系统的各节点、支路原始数据；步骤2：基于电力系统静态安全分析的N‑1原则，生成天然气系统的N‑1事故集作为多能流系统静态安全分析的预想事故集；步骤3：对天然气N‑1事故集进行不放回事件抽取，基于抽取事故更新多能流计算中天然气系统的雅可比矩阵，直至所有的天然气N‑1事故被抽取后，转至步骤8；步骤4：求解各N‑1事件后天然气系统的管道流量分布及节点压力，获得与能源路由器相连管道上的流量变化；步骤5：根据步骤4中得到的能源路由器输入侧天然气流量变化，基于能源路由器的能量转换矩阵，计算能源路由器输出侧能量流变化情况；步骤6：根据步骤5的计算结果，得到能源路由器输出侧的有功出力，并更新电力系统和热力系统的能流分布；步骤7：判断该状态下是否有运行参数违反系统的静态安全约束，如果有，发出警报；如果没有，重新返回步骤3；步骤8：给出最终的多能流系统静态安全分析结果。

【技术特征摘要】
1.一种考虑天然气系统N-1的多能流系统静态安全分析方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1：准备多能流系统的原始数据，包括电力系统、天然气系统和热力系统的各节点、支路原始数据；步骤2：基于电力系统静态安全分析的N-1原则，生成天然气系统的N-1事故集作为多能流系统静态安全分析的预想事故集；步骤3：对天然气N-1事故集进行不放回事件抽取，基于抽取事故更新多能流计算中天然气系统的雅可比矩阵，直至所有的天然气N-1事故被抽取后，转至步骤8；步骤4：求解各N-1事件后天然气系统的管道流量分布及节点压力，获得与能源路由器相连管道上的流量变化；步骤5：根据步骤4中得到的能源路由器输入侧天然气流量变化，基于能源路由器的能量转换矩阵，计算能源路由器输出侧能量流变化情况；步骤6：根据步骤5的计算结果，得到能源路由器输出侧的有功出力，并更新电力系统和热力系统的能流分布；步骤7：判断该状态下是否有运行参数违反系统的静态安全约束，如果有，发出警报；如果没有，重新返回步骤3；步骤8：给出最终的多能流系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞，王大朔，颜宏文，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43