一种计及综合能源系统气热惯性的调频方法技术方案

本发明专利技术公开了一种计及综合能源系统气热惯性的调频方法，首先挖掘天然气系统与热力系统中慢动态特性并对其进行建模，然后利用综合能源系统中气热惯性响应电网功率缺额的潜力为电网提供频率响应，最后利用气惯性的储能特性协助热惯性出力的恢复并支撑频率的二次跌落。本发明专利技术充分利用综合能源气热系统慢动态特性，为电网频率恢复过程中的频率二次跌落支撑提出了新思路。提出了新思路。提出了新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种计及综合能源系统气热惯性的调频方法


[0001]本专利技术涉及一种计及综合能源系统气热惯性的调频方法，属于综合能源


技术介绍

[0002]近年来，为响应全球碳减排的号召，可再生能源在电网中的大量接入已经成为电力系统的发展趋势。与此同时，由于可再生能源的接入增加了能源供应的间歇性并且降低了系统惯性，电力系统频率稳定面临着巨大的挑战。与电力系统的快动态特性不同的是，综合能源系统中的热力系统和天然气系统均为慢动态系统，它们都能够为能量波动提供额外的缓冲空间，具有稳态尺度下保证供能可靠性、暂态尺度下提供紧急功率支撑的潜力。因此，利用综合能源系统气热惯性保障系统频率稳定性具有极大意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种计及综合能源系统气热惯性的调频方法，充分利用综合能源系统内气热惯性响应功率缺额的潜力以及气惯性特殊的储能特性，为电网频率故障提供功率支撑与频率二次跌落的支撑。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005]一种应对电网功率缺额的综合能源惯性支撑方法。包括如下步骤：
[0006](1)对综合能源系统热力系统慢动态特性进行建模，具体包括：
[0007]1)挖掘综合能源系统热惯性特性；
[0008]2)对热力系统热惯性进行建模；
[0009]3)建立综合能源系统热惯性响应电网功率缺额模型；
[0010](2)对综合能源系统天然气系统慢动态特性进行建模，具体包括：
[0011]1)挖掘综合能源系统气惯性特性；
[0012]2)对天然气系统气惯性进行建模；
[0013]3)建立综合能源系统气惯性响应电网功率缺额模型；
[0014](3)综合热惯性与气惯性出力，在频率故障初期提供频率响应，一段时间后以气惯性协助热惯性出力的恢复，以最小化应对一次调频全过程总成本为目标，构建综合能源气热惯性调频模型，并对频率的二次跌落进行支撑，具体包括：
[0015]1)提供一种综合能源气热惯性响应频率故障方法；
[0016]2)以最小化调频总成本为目标，构建综合能源气热惯性调频模型，并对频率二次跌落进行支撑。
[0017]进一步，步骤(1)具体为：
[0018]1)挖掘综合能源系统热惯性特性：
[0019]综合能源系统中热能具有弹性需求。当热源处出现功率波动时，热网中有以下三个因素可以降低波动对负荷侧的影响：
①
热时滞：长距离的输送管道将延长能量波动到达
建筑物的时间。
②
当扰动到达热建筑时，由于传输过程中的热损失和建筑物的散热特性，部分能量波动将被缓解。
③
热模糊：部分能量波动到达负荷侧，负荷侧温度通常允许一定范围内的波动而不会显著地影响用户舒适度。
[0020]2)对热力系统热惯性进行建模：
[0021]热力系统动力学模型以质量调节模型为基础，考虑了影响热惯性的两个主要元素，即输送管道(热时滞和热损失)和热建筑(热模糊和热损失)。
[0022]对于输送管道p，热时滞和热损失可表示为：
[0023][0024]式中，τ
p
为传输管道的时延，l
p
为传输管道的长度，v
p
为热水的流速，μ
p
为传输管道的热损失率，为传输管道的热损失，为t+τ时刻流出热网的热功率，为t时刻流入热网的热功率。
[0025]对于热建筑b，动态变化、热模糊度和热损失可表示为：
[0026][0027]式中，为t+Δt时刻热建筑室内温度，为t时刻热建筑温度，为t时刻传至建筑物的热功率，为t时刻热建筑室内温度，为t时刻室外温度，Δt为时间变量，为热建筑的热损失，C为室内空气的比热容，M为室内空气质量，ε
loss
为热建筑的散热系数。
[0028]3)建立综合能源系统热惯性响应电网功率缺额模型：
[0029]对于热源处功率波动，热力网络的响应主要体现在室内温度上。假设室外温度保持不变，则室内温度响应模型可简化为以下公式：
[0030][0031]热建筑室内温度响应功率波动模型如下公式所示，其变化呈负指数趋势。
[0032]该公式即为热惯性响应电网功率缺额模型。
[0033][0034]式中，为热功率初始值，为热功率下降后值，为热建筑室内温度在0
‑
时刻的初始值，为一常数。
[0035]进一步，步骤(2)具体为：
[0036]1)挖掘综合能源系统气惯性特性：
[0037]综合能源天然气系统具有以下两个特性：
①
气管存：在天然气网络的实际运行中，由于管道始端输入流量与管道末端输出流量的不平衡而存储在管道中的气体。气管存可以在短时间内释放以满足突然增加的负荷需求。
②
气时滞：由于储气消耗过程缓慢，负荷需求的突然变化会导致管道末端压强发生延时变化。
[0038]气管存可与储能相比较，在调频过程中协助负荷侧的热恢复，避免频率二次跌落。气管存在管道中临时储存，并在出现功率缺额时大量释放。当实际耗气量小于/大于原定产气量时，管道开始存储/释放天然气。在正常运行中，实际天然气在管道中的储存应控制到目标气管存。但在紧急情况下，可在管存上、下浮动区域的5％范围内调整储气增减量。
[0039]2)对天然气系统气惯性进行建模：
[0040]基于天然气动态流动的连续性方程和动量方程，建立天然气管道的瞬态模型。天然气压力、密度与管道流量的关系如下：
[0041][0042]式中，P
g
为天然气管道压强，f
g
为管道流量，R
M
为气体常数与摩尔质量之比，T
g
为天然气温度，ρ为天然气密度，v为天然气流速，A为管道截面积。
[0043]建模中的所有假设如下：
①
气源压力处于恒定控制状态；
②
微分项v2对管道压力的影响较小，可以忽略；
③
考虑管道与水平面倾角θ为0。天然气管道动态模型如下：
[0044][0045]式中，D为管道内径，λ为管道摩擦系数，为管道末端气体流量，为管道首端气体流量，为管道首端气体压强，为管道末端气体压强。
[0046]3)建立综合能源系统气惯性响应电网功率缺额模型：
[0047]对于负荷侧的需求波动，管道末端压强会由于天然气流量的变化而产生延时响应。引入以下公式对求解管道末端压强响应模型进行简化：
[0048][0049]式中，L
g
为管道长度，x为空间变量。
[0050]天然气管道末端压强响应模型，公式如下：
[0051][0052]式中，为t时段管道末端压强，为初始管道流量，为管道下降后流量，L为管道长度，T
g
为天然气温度，为t时段管道出口流量。
[0053]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及综合能源系统气热惯性的调频方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对综合能源系统热力系统慢动态特性进行建模，具体包括：1)挖掘综合能源系统热惯性特性；2)对热力系统热惯性进行建模；3)建立综合能源系统热惯性响应电网功率缺额模型；(2)对综合能源系统天然气系统慢动态特性进行建模，具体包括：1)挖掘综合能源系统气惯性特性；2)对天然气系统气惯性进行建模；3)建立综合能源系统气惯性响应电网功率缺额模型；(3)综合热惯性与气惯性出力，在频率故障初期提供频率响应，一段时间后以气惯性协助热惯性出力的恢复，以最小化应对一次调频全过程总成本为目标，构建综合能源气热惯性调频模型，并对频率的二次跌落进行支撑，具体包括：1)提供一种综合能源气热惯性响应频率故障方法；2)以最小化调频总成本为目标，构建综合能源气热惯性调频模型，并对频率二次跌落进行支撑。2.根据权利要求1所述的一种计及综合能源系统气热惯性的调频方法，其特征在于，步骤(1)具体为：1)挖掘综合能源系统热惯性特性：综合能源系统中热能具有弹性需求，当热源处出现功率波动时，热网中有以下三个因素可以降低波动对负荷侧的影响：
①
热时滞：长距离的输送管道将延长能量波动到达建筑物的时间；
②
当扰动到达热建筑时，由于传输过程中的热损失和建筑物的散热特性，部分能量波动将被缓解；
③
热模糊：部分能量波动到达负荷侧，负荷侧温度通常允许一定范围内的波动而不会显著地影响用户舒适度；2)对热力系统热惯性进行建模：热力系统动力学模型以质量调节模型为基础，考虑了影响热惯性的两个主要元素，即输送管道(热时滞和热损失)和热建筑(热模糊和热损失)；对于输送管道p，热时滞和热损失可表示为：式中，τ
p
为传输管道的时延，l
p
为传输管道的长度，v
p
为热水的流速，μ
p
为传输管道的热损失率，为传输管道的热损失，为t+τ时刻流出热网的热功率，为t时刻流入热网的热功率；对于热建筑b，动态变化、热模糊度和热损失可表示为：
式中，为t+Δt时刻热建筑室内温度，为t时刻热建筑温度，为t时刻传至建筑物的热功率，为t时刻热建筑室内温度，为t时刻室外温度，Δt为时间变量，为热建筑的热损失，C为室内空气的比热容，M为室内空气质量，ε
loss
为热建筑的散热系数；3)建立综合能源系统热惯性响应电网功率缺额模型：对于热源处功率波动，热力网络的响应主要体现在室内温度上；假设室外温度保持不变，则室内温度响应模型可简化为以下公式：热建筑室内温度响应功率波动模型如下公式所示，其变化呈负指数趋势；该公式即为热惯性响应电网功率缺额模型：式中，为热功率初始值，为热功率下降后值，为热建筑室内温度在0
‑
时刻的初始值，为一常数。3.根据权利要求1所述的一种计及综合能源系统气热惯性的调频方法，其特征在于，步骤(2)具体为：1)挖掘综合能源系统气惯性特性：综合能源天然气系统具有以下两个特性：
①
气管存：在天然气网络的实际运行中，由于管道始端输入流量与管道末端输出流量的不平衡而存储在管道中的气体；气管存可以在短时间内释放以满足突然增加的负荷需求；
②
气时滞：由于储气消耗过程缓慢，负荷需求的突然变化会导致管道末端压强发生延时变化；气管存可与储能相比较，在调频过程中协助负荷侧的热恢复，避免频率二次跌落；气管存在管道中临时储存，并在出现功率缺额时大量释放；当实际耗气量小于/大于原定产气量时，管道开始存储/释放天然气。在正常运行中，实际天然气在管道中的储存应控制到目标气管存；但在紧急情况下，可在管存上、下浮动区域的5％范围内调整储气增减量；2)对天然气系统气惯性进行建模：基于天然气动态流动的连续性方程和动量方程，建立天然气管道的瞬态模型。天然气压力、密度与管道流量的关系如下：
式中，P
g
为天然气管道压强，f
g
为管道流量，R
M
为气体常数与摩尔质量之比，T
g
为天然气温度，ρ为天然气密度，v为天然气流速，A为管道截面积；建模中的所有假设如下：
①
气源压力处于恒定控制状态；
②
微分项v2对管道压力的影响较小，可以忽略；
③
考虑管道与水平面倾角θ为0；天然气管道动态模型如下：式...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，缪蔡然，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：