一種電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法，先提出一種含風(fēng)電、熱電聯(lián)供以及電轉(zhuǎn)氣的能源集線器模型；接著定量分析電網(wǎng)與氣網(wǎng)線性化能量流方程的精度，由此得到氣網(wǎng)線性化能量流精度明顯低于電網(wǎng)的結(jié)論；基于此，本發(fā)明提出基于多點(diǎn)線性化的能量流計(jì)算方法。同時(shí)，計(jì)及了電?氣?熱負(fù)荷與風(fēng)速的相關(guān)性，基于不確定能量流注入的概率密度分布函數(shù)，采用蒙特卡羅模擬法生成隨機(jī)樣本；對(duì)于每個(gè)隨機(jī)樣本，采用多點(diǎn)線性法計(jì)算能量流。算例測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明所提方法計(jì)算效率高，同時(shí)線性化誤差在可接受范圍內(nèi)。
【專利說明】
一種電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 發(fā)明涉及一種電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法，屬于綜合能源系 統(tǒng)不確定性分析與安全評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，燃?xì)廨啓C(jī)組裝機(jī)容量與發(fā)電占比逐年增加，電力系統(tǒng)與天然氣系統(tǒng)的耦 合將逐步加強(qiáng)。同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)快速的響應(yīng)特性可用于平抑大規(guī)?？稍偕茉吹牟▌?dòng)，因此 從促進(jìn)可再生能源并網(wǎng)的角度而言，應(yīng)優(yōu)先考慮安裝燃?xì)鈾C(jī)組。當(dāng)以燃?xì)廨啓C(jī)平抑可再生 能源出力波動(dòng)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)等效的氣負(fù)荷(燃?xì)廨啓C(jī)在天然氣系統(tǒng)中相當(dāng)于負(fù)荷)隨之相應(yīng) 波動(dòng)，即可再生能源出力波動(dòng)此時(shí)通過燃?xì)廨啓C(jī)耦合傳播至氣網(wǎng)，但不同于電網(wǎng)，氣網(wǎng)有良 好的靈活性應(yīng)對(duì)這一波動(dòng)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:1)電能難以經(jīng)濟(jì)高效存儲(chǔ)，而天然氣能夠 大規(guī)模存儲(chǔ)于儲(chǔ)氣罐中；2)天然氣管道linepack的存儲(chǔ)功能，linepack的儲(chǔ)量與節(jié)點(diǎn)壓力 正相關(guān)，可在低谷時(shí)段存儲(chǔ)一定量的天然氣供高峰時(shí)段使用（例如，假定高峰、低谷時(shí)段負(fù) 荷分別為100MMCFD和50MMCFD，氣源供應(yīng)量為75MMCFD，則低谷時(shí)段25MMCFD天然氣可存儲(chǔ)于 管道中供高峰時(shí)段使用）。
[0003] 另一方面，電轉(zhuǎn)氣技術(shù)的發(fā)展與成熟為電能的大規(guī)模存儲(chǔ)開辟了新的道路，相比 于蓄電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能技術(shù)，電轉(zhuǎn)氣最大的優(yōu)勢(shì)在于能量的大規(guī)模存儲(chǔ) (容量達(dá)GW級(jí)）。電轉(zhuǎn)氣首先以電解水分解出H 2，可將出注入天然氣網(wǎng)絡(luò)，氫氣/天然氣混合氣 可有效提高氣燃燒速度，提高發(fā)電機(jī)熱效率及降低排放，但混合氣中氫氣占比限制較大(如 英國(guó)要求不超過〇. 1 % )，電轉(zhuǎn)氣容量受限制；進(jìn)一步的，可將H2甲烷化，利用出與0)2的化學(xué) 反應(yīng)，生成大量的CH 4(天然氣主要組成部分)注入至天然氣網(wǎng)絡(luò)中。
[0004] 可見，電轉(zhuǎn)氣技術(shù)有助于緩解輸電阻塞，支撐新能源的并網(wǎng)，例如可將電力系統(tǒng)多 余的電能（比如無法消納的新能源出力)經(jīng)電轉(zhuǎn)氣技術(shù)轉(zhuǎn)化為天然氣，存儲(chǔ)于儲(chǔ)氣罐中（天 然氣易于大規(guī)模存儲(chǔ)），然后經(jīng)輸氣網(wǎng)絡(luò)，由燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能，此時(shí)天然氣系統(tǒng) 充當(dāng)了電能轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)的媒介。
[0005] 由此可知，電一氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)為能源領(lǐng)域的變革帶來了新的機(jī)遇，但與此 同時(shí)，電力系統(tǒng)與天然氣系統(tǒng)高度耦合運(yùn)行也面臨著一系列挑戰(zhàn)，如缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃、運(yùn)行 而帶來的潛在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上，電網(wǎng)中的隨機(jī)擾動(dòng)可通過耦合傳播至氣網(wǎng)，進(jìn)一步影響氣 網(wǎng)的安全性，反之亦然。因此，如何定量評(píng)估不確定能量流注入對(duì)整個(gè)綜合能源系統(tǒng)的影響 至關(guān)重要。本發(fā)明在此需求下提出一種電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0006] 發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種電 轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法。
[0007] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：一種電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率 能量流方法，在計(jì)算機(jī)中按以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0008] 1)基于各隨機(jī)因素的概率密度分布函數(shù)，生成Ns個(gè)模特卡羅模擬的隨機(jī)樣本；
[0009] 2)計(jì)算各樣本的等效氣負(fù)荷；
[0010] 3)根據(jù)等效氣負(fù)荷的概率密度分布函數(shù)，確定多個(gè)線性化點(diǎn)和線性化區(qū)間；
[0011] 4)對(duì)于各個(gè)線性化點(diǎn)，執(zhí)行綜合能源系統(tǒng)能量流計(jì)算，保留狀態(tài)量及雅克比計(jì)算 結(jié)果；
[0012] 5)設(shè)置循環(huán)次數(shù)s = l;
[0013] 6)計(jì)算當(dāng)前樣本的等效氣負(fù)荷，據(jù)此判定所屬線性化區(qū)間；
[0014] 7)根據(jù)選定線性化區(qū)間，在所屬區(qū)間內(nèi)的線性化點(diǎn)附近泰勒展開，保留一階項(xiàng)，得 當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)并保存；
[0015] 8)s = s+l ；
[0016] 9)判斷s是否大于Ns，是則轉(zhuǎn)步驟10,否則轉(zhuǎn)步驟6;
[0017] 10)輸出運(yùn)行狀態(tài)概率計(jì)算結(jié)果，結(jié)束。
[0018] 作為優(yōu)化，所述步驟3)中：
[0019] 氣網(wǎng)的線性化潮流方程模型，nmn為管道m(xù)n的流量，nmn= nm-nn為節(jié)點(diǎn)m與n之間 壓力的平方差(假定~>11 11)，八(111"，/^)為線性化點(diǎn)，5(!!:，7^)為當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)， 為點(diǎn)B的線性預(yù)測(cè)點(diǎn)；根據(jù)原始的非線性天然氣潮流方程，行I可通過如下方 程計(jì)算得到：
(A-1)
[0021]在點(diǎn)A附近線性化，可得 mn
(A-2)
[0023]對(duì)比式(A-1)與(A-2)，可知節(jié)點(diǎn)n壓力值的線性化誤差為：
[0026]式中：^與;rB為節(jié)點(diǎn)m與n在當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)B的壓力值，;為節(jié)點(diǎn)n壓力的線性預(yù)測(cè) (A-3) (A - 4) (A-5) 值，為節(jié)點(diǎn)n壓力線性預(yù)測(cè)的相對(duì)誤差；[0027]電網(wǎng)電壓降落與線路潮流的關(guān)系可表述為：
(A-6)
[0030]式中：Pij與Qij分別為線路有功與無功功率;rij與Xij分別為線路電阻與電抗;Vi為 節(jié)點(diǎn)i電壓幅值;為線路ij電壓降落矢量值；
[0031 ]引入多點(diǎn)線性化法含多個(gè)線性化點(diǎn)和線性化區(qū)間，2N+1個(gè)線性化點(diǎn) {FDm， 、斷，…， 定義為： FD>K,〇t-2NaDM, Fl〇rFl〇t+2NaD_10t
[0032] ： : (A-7) F二-2a_，療dm
[0033] 式中：Pro(F《i7二,）=.0,5 ， PrQ(F < F^m) = 0.5 + iV / (2N + 2).， 、=《,-〇/(2 AO;
[0034] 基于式(A-7)生成的2N+1線性化點(diǎn)，2N+1個(gè)線性化區(qū)間他，R2，R3，…，R 2N，R2N+1}定 義為： Rl iFD,Tot I FDjot ~ ^Djot ~ FD,1o, - FD,to, + aD,to,) R2 -> [FDjo! I FlDm ~ aDjot < FDjo! < F{Djot + aLVor} rnno.l ^ ^ 1 F^ot ~ ^ ~ Fd^ ~ + |_ 0035 J 0. \A 0/ ^2 \ i i ^ \FI>.tot I ^D,t0r - ^Dio, +
[0036]作為優(yōu)化，所述步驟4)中：
[0037] 建立計(jì)及電轉(zhuǎn)氣的能源集線器模型，能量流集線器含類型能源，其輸入與輸出間 的能量轉(zhuǎn)化可表示為：
[0038] Le= (Pe+Pwind) ( l_Vl)Tlee+Pg，V2llCHP,e (A~9)
[0039] Lh=Pg，(v2ncHP,h+(l-V2)ngh) (A-io)
[0040] Pg，=Pg+(Pe+Pwind)vmeg (A-ll)
[0041] 式中：Pe、Pg分別為輸入電功率和輸入氣功率;pwind為輸入風(fēng)電功率; V1為輸入電功 率中用于電轉(zhuǎn)氣的比例；^為輸入天然氣功率中用于熱電聯(lián)供的比例;為變壓器效率； ncHP, e與ncHP, h分別為熱電聯(lián)供的電效率與熱效率;％h為熱鍋爐效率;neg為電轉(zhuǎn)氣效率；
[0042] 式(A-9)_(A-11)可表示為如下矩陣形式： _]卜](1-"隊(duì)哪齡 v:h ir^+^i (A-12) 卜1"呀(別刪 )+ (1 - )"s J W.h + G 」L Pg J
[0044] 作為優(yōu)化，所述步驟7)中，對(duì)于任意運(yùn)行點(diǎn)，計(jì)算其等效氣負(fù)荷并判定所屬線性化 區(qū)間，根據(jù)下述線性方程計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)：
[0045] 萬-& =-認(rèn).）1(歹-）巧：e 馬 （A-13)
[0046] 式中：Xk，Yk與Jk分別為第k個(gè)線性點(diǎn)能量流的狀態(tài)量、已知量與雅克比矩陣，;f為 當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)能量流的已知量，；^為狀態(tài)量的線性預(yù)測(cè)值，^^為當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的等效氣負(fù) 荷。
[0047] 有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：本發(fā)明提供了一種電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多 點(diǎn)線性概率能量流方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，計(jì)及了電-氣-熱負(fù)荷與風(fēng)速的相關(guān)性，基于 不確定能量流注入的概率密度分布函數(shù)，采用蒙特卡羅模擬法生成隨機(jī)樣本;對(duì)于每個(gè)隨 機(jī)樣本，采用多點(diǎn)線性法計(jì)算能量流。算例測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明所提方法計(jì)算效率高，同 時(shí)線性化誤差在可接受范圍內(nèi)。
【附圖說明】：
[0048] 圖1:本發(fā)明方法流程圖；
[0049] 圖2:含電轉(zhuǎn)氣的能源集線器示意圖；
[0050] 圖3:氣網(wǎng)線性化潮流方程示意圖；
[0051 ]圖4:多點(diǎn)線性示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0052] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明 本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各 種等同形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0053] 1電-氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)能量流模型
[0054] 1.1電力潮流模型
[0055]連接節(jié)點(diǎn)i與j的支路有功、無功功率可表示為：
[0056] 1+ ^，)^2 - c〇s ^ sin)
[Qy ~ -(b,i + + C0S^/ ~ SiVVj Sin
[0057] 式中：Pij與Qij分別為支路ij的有功、無功功率;Vi與Vj分別為節(jié)點(diǎn)i與j的電壓幅 值;9ij為節(jié)點(diǎn)i與j的電壓相角差;gij與bij分別為支路ij的電導(dǎo)、電納^~與1^4為節(jié)點(diǎn)對(duì) 地電導(dǎo)與電納。
[0058] 各節(jié)點(diǎn)的有功、無功功率平衡方程為：
[0059] WlA (B-2)
[0060] QG',HQV (B-3)
[0061] 式中：Pc,i、Qc,i分別為節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電機(jī)有功、無功功率;分別為節(jié)點(diǎn)i的有 功、無功負(fù)荷。
[0062] 當(dāng)電網(wǎng)風(fēng)電滲透率較高時(shí)，需要多臺(tái)發(fā)電機(jī)參與頻率控制，即分布式平衡節(jié)點(diǎn)：
[0063] PG = PG_set+APG (B-4)
[0064] APG = -KGAf (B-5)
[0065] Qg = QGsel + aQAPG + bgAP^ (B-6)
[0066] 式中:Pc_set與Qc_set發(fā)電機(jī)有功、無功功率設(shè)定值；A f為頻率偏移;Kc為發(fā)電機(jī)單位 調(diào)節(jié)功率;_與1^為發(fā)電機(jī)無功功率調(diào)節(jié)因子。
[0067] 1.2天然氣潮流模型
[0068]對(duì)于連接節(jié)點(diǎn)m與n的管道w，其流量方程為：
(B-7) f+1 Km > nn
[0070] sm=l (B-8^ l-1 mm<Wn
[0071] 式中:~為節(jié)點(diǎn)m壓力;Fw為管道r流量。
[0072]為降低式(B-7)的非線性程度，以節(jié)點(diǎn)壓力的平方項(xiàng)代替節(jié)點(diǎn)壓力向量：
(B-9)
[0074]式中：n=ji2。
[0075]除天然氣管道外，天然氣網(wǎng)絡(luò)需要配置一定數(shù)量的加壓站以補(bǔ)償天然氣傳輸過程 中的壓力損失。加壓站消耗的能量可表示為：
(B-10)
[0077] 式中：H。為加壓站消耗的能量。F。為流過加壓站的流量。B。為取決于加壓站工作特 性的常數(shù)，Zc = 0.239。
[0078] 若加壓站由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，則需從加壓站首端節(jié)點(diǎn)吸收額外的天然氣：
[0079] r = a + [5H r + yH： :(B-11.)
[0080] 式中：T。為燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)加壓站從氣網(wǎng)吸收的流量。a與y為能量轉(zhuǎn)換效率常 數(shù)。
[0081 ]氣網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)流量平衡方程可表示為：
[0082] TsFs-TdFd-TcTc=AwFw+AcFc (B-12)
[0083] 式中：Ts，Td與T。對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)-氣源，節(jié)點(diǎn)-負(fù)荷，節(jié)點(diǎn)-加壓站燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)聯(lián)矩陣。Aw 與A。對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)-管道，節(jié)點(diǎn)-加壓站關(guān)聯(lián)矩陣。
[0084] 1.3電網(wǎng)與氣網(wǎng)耦合模型
[0085]電網(wǎng)與氣網(wǎng)之間的耦合包含三個(gè)層面：1)燃?xì)廨啓C(jī)組;2)電力驅(qū)動(dòng)加壓站;3)計(jì)及 電轉(zhuǎn)氣的能源集線器模型。
[0086] 燃?xì)廨啓C(jī)組消耗的天然氣可通過式(B-13)表示，加壓站消耗的電能即為H。。本小 節(jié)將詳細(xì)介紹能源集線器模型。
[0087] Fg = Pg/% (B-13)
[0088] 式中:Fc為燃?xì)廨啓C(jī)消耗的流量，％為燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)換效率。
[0089] 計(jì)及電轉(zhuǎn)氣的能源集線器模型如圖2所示。圖2中能源集線器輸入能量包括風(fēng)電功 率以及從電網(wǎng)、氣網(wǎng)吸收的電功率與天然氣功率，輸出包含電負(fù)荷與熱負(fù)荷。能量轉(zhuǎn)換元件 包含變壓器、電轉(zhuǎn)氣、熱電聯(lián)合以及熱鍋爐。能源集線器的輸入-輸出之間的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系 可表示為：
[0090] Le= (Pe+Pwind) ( l_Vl)Hee+Pg，V2HCHP,e (B~14)
[0091] Lh=Pg，(v2ncHP>h+(l-V2)ngh) (B-15)
[0092] Pg，=Pg+(Pe+Pwind)vmeg (B_ 16 )
[0093] 式中：pe、Pg分別為輸入電、氣功率;pwind為輸入風(fēng)電功率; vi為輸入電功率中用于 電轉(zhuǎn)氣的比例；^為輸入天然氣功率中用于熱電聯(lián)供的比例；為變壓器效率;批仰^與 ncHP,h分別為熱電聯(lián)供的電效率與熱效率;％h為熱鍋爐效率;為電轉(zhuǎn)氣效率。
[0094] 式(B-14)-(B-16)可表示為如下矩陣形式： _4l「（L-V2>lcMP.e ~\\Pe+P^ f 、
[0095] = 、 ' (B-17) Lvi知a )知）々％郷+(i-&)~」[_ pg _
[0096] 1.4綜合能源系統(tǒng)能量流模型
[0097] 計(jì)及電網(wǎng)與氣網(wǎng)的耦合元素，則電力有功平衡方程(B-2)與天然氣流量平衡方程 (B-12)需轉(zhuǎn)換為
[0098] P(；j ~ Pu ~ Hc.i ~ Pcj = X P：i (B-18)
[0099] TsFs~T dF d~T c t c~T ggF g~T gPg=AWFW+ACF c (B-19)
[0100] 式中：Tg與Tgg分別為節(jié)點(diǎn)-能源集線器，節(jié)點(diǎn)-燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)聯(lián)矩陣。
[0101] 2多點(diǎn)線性蒙特卡羅模擬模型
[0102] 2.1氣網(wǎng)潮流線性化誤差分析
[0103]氣網(wǎng)的線性化潮流方程示意圖是如3所示。圖3中，nmn為管道m(xù)n的流量，n mn=nm-nn為節(jié)點(diǎn)m與n之間壓力的平方差(假定nm> nn)，A(nUl)為線性化點(diǎn)， 為當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)，713為點(diǎn)B的線性預(yù)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)原始的非線性天然氣潮流方程， 可通過如下方程計(jì)算得到：
[0105] 在點(diǎn)A附近線性化，可得:
[0107]對(duì)比式(B-20)與(B-21)，可知節(jié)點(diǎn)n壓力值的線性化誤差為：
[0110] 式中：；rw與；^為節(jié)點(diǎn)m與n在當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)B的壓力值，4為節(jié)點(diǎn)n壓力的線性預(yù)測(cè) 值，見"為節(jié)點(diǎn)n壓力線性預(yù)測(cè)的相對(duì)誤差。
[0111] 由式(A-8)可知，當(dāng)出現(xiàn)以下任何一種情況時(shí)，氣網(wǎng)潮流線性誤差較大：
[0112] ?管道流量不確定性很大（即A ￡_數(shù)值很大）
[0113] ?管道的長(zhǎng)度很長(zhǎng)、摩擦因子很大（即kmn很?。?br>[0114] ?在負(fù)荷處于峰值時(shí)段，氣網(wǎng)末端的節(jié)點(diǎn)壓力很低（即^很?。?br>[0115] 2.2電網(wǎng)潮流線性化誤差分析
[0116] 電網(wǎng)電壓降落與線路潮流的關(guān)系可表述為：
(B-24) (B-25)
[0119] 式中：Pi j與Qij分別為線路有功與無功功率;rij與Xij分別為線路電阻與電抗;Vi為 節(jié)點(diǎn)i電壓幅值;A%為線路ij電壓降落矢量值。
[0120] 由式(A-9)與(A-10)可知，若線路ij首端電壓幅值I恒定，則與線路功率Pu與 Qij線性相關(guān)；即使Vi數(shù)值可變，由于其波動(dòng)范圍相對(duì)較小(0.9~l.lp.u.)，與Pij (Qij)呈 現(xiàn)近似線性相關(guān)關(guān)系。
[0121] 2.3電網(wǎng)潮流與氣網(wǎng)潮流線性化誤差比較分析
[0122] 對(duì)比電力潮流與天然氣潮流方程，可發(fā)現(xiàn)存在兩方面的差異：
[0123] ?天然氣管道潮流與節(jié)點(diǎn)壓力平方差呈現(xiàn)二次非線性函數(shù)，然而線性電壓降落與 線路潮流近似線性相關(guān)；由此可知，天然氣潮流方程的非線性程度度明顯高于電力潮流。
[0124] ?由于天然氣節(jié)點(diǎn)壓力波動(dòng)范圍較廣（例如從300Psia到1500Psia)，氣網(wǎng)線性化 點(diǎn)與當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)"距離"可能較遠(yuǎn)；而電力節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)范圍較?。ɡ鐝末?9p.u.至 1. lp.u.)，電網(wǎng)線性化點(diǎn)與當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)"距離"相對(duì)較近。
[0125] 鑒于以上兩點(diǎn)，可認(rèn)為天然氣潮流方程線性化精度低于電力潮流方程線性化精 度。傳統(tǒng)單點(diǎn)線性化方法不再適用，因此本文提出一種多點(diǎn)線性化的方法。
[0126] 2.4多點(diǎn)線性化法
[0127] 本發(fā)明所提多點(diǎn)線性化法含多個(gè)線性化點(diǎn)和線性化區(qū)間，如圖4所示。圖4中，2N+1 個(gè)線性化點(diǎn)}定義為： ^2N<JD,tot^ Kjot^mot +2^aD,tot
[0128] ： ： (B-26) FDm=FD,,0t ^ ^UDjot > FDj〇t =FDjo, +
[0129] 式中：Pro(/^FU= 0.5 , Pro(F < F^Jot) = 0.S + N((2N + 1), 二)/(2A〇。
[0130] 基于式(A-ll)生成的2N+1線性化點(diǎn)，圖4中2N+1個(gè)線性化區(qū)間{RhRhRs，…，R2N, R2N+i}可定義為： {FD,,〇r I Kjot ~ aDjot - FDjot ^ Km + ^DJO,} R2 iFD,rot I K,t〇r ^ ^Djot ^ FD,rot ^ K,tot + R3 ^ {FDtot | FD]tot - aDtot < FDtot < FDltot + aDtot}
[0131 ] (B-27) R2^{FDjot\Fm〇t>Fl〇t-uDjJ R2N-a Wojot I FDjot - + UD,tot}
[0132] 對(duì)于任意運(yùn)行點(diǎn)，計(jì)算其等效氣負(fù)荷并判定所屬線性化區(qū)間，根據(jù)下述線性方程 計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)：
[0133] JE-Xk^-{JI<)\Y-Yli) F^r^Rk (B-28)
[0134] 式中：Xk，Yk與Jk分別為第k個(gè)線性點(diǎn)能量流的狀態(tài)量，已知量與雅克比矩陣。f為 當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)能量流的已知量，Y7為狀態(tài)量的線性預(yù)測(cè)值。^；為當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的等效氣負(fù) 荷。
[0135] 3算例分析
[0136] 本發(fā)明測(cè)試的算例由IEEE-39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)與NGS-48節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)耦合構(gòu)成的綜合能源系 統(tǒng)。兩系統(tǒng)之間的耦合如表1所示。假定風(fēng)速服從威布爾分布，其比例參數(shù)與形狀參數(shù)分別 為10.7與3.97,各風(fēng)電場(chǎng)間風(fēng)速相關(guān)性為0.7。電/氣/熱負(fù)荷波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差為其數(shù)學(xué)期望的 7%，互相關(guān)系數(shù)為0.7。
[0137] 蒙特卡羅樣本總數(shù)為10000。概率結(jié)果的數(shù)學(xué)期望、標(biāo)準(zhǔn)差作為不確定性指標(biāo)。以 非線性蒙特卡羅模擬結(jié)果作為參照，表2-3給出單點(diǎn)線性與多點(diǎn)線性蒙特卡羅模擬結(jié)果比 較。由表2-3可知，多點(diǎn)線性化精度明顯高于單點(diǎn)線性化精度，且和非線性蒙特卡羅模擬結(jié) 果基本相近。
[0138] 另一方面，非線性蒙特卡羅模擬耗時(shí)496s，而多點(diǎn)線性蒙特卡羅模擬時(shí)間僅需 19s，因而多點(diǎn)線性化方法大幅提高了概率能量流的計(jì)算效率。
[0139] 表1 IEEE-39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)與NGS48節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)耦合元素
[0142]表2氣網(wǎng)蒙特卡羅模擬結(jié)果
[0144]注: <與 <分別為節(jié)點(diǎn)壓力均值與標(biāo)準(zhǔn)差的相對(duì)誤差。
[0145]表3電網(wǎng)蒙特卡羅模擬結(jié)果
[0148]注: < 與<分別為節(jié)點(diǎn)電壓幅值均值與標(biāo)準(zhǔn)差的相對(duì)誤差。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法，其特征在于:在計(jì)算機(jī)中按 以下步驟實(shí)現(xiàn)： 1) 基于各隨機(jī)因素的概率密度分布函數(shù)，生成Ns個(gè)模特卡羅模擬的隨機(jī)樣本； 2) 計(jì)算各樣本的等效氣負(fù)荷； 3) 根據(jù)等效氣負(fù)荷的概率密度分布函數(shù)，確定多個(gè)線性化點(diǎn)和線性化區(qū)間； 4) 對(duì)于各個(gè)線性化點(diǎn)，執(zhí)行綜合能源系統(tǒng)能量流計(jì)算，保留狀態(tài)量及雅克比計(jì)算結(jié)果； 5) 設(shè)置循環(huán)次數(shù)s = l; 6) 計(jì)算當(dāng)前樣本的等效氣負(fù)荷，據(jù)此判定所屬線性化區(qū)間； 7) 根據(jù)選定線性化區(qū)間，在所屬區(qū)間內(nèi)的線性化點(diǎn)附近泰勒展開，保留一階項(xiàng)，得當(dāng)前 運(yùn)行狀態(tài)并保存； 8. s = s+l ； 9) 判斷s是否大于隊(duì)，是則轉(zhuǎn)步驟10，否則轉(zhuǎn)步驟6; 10) 輸出運(yùn)行狀態(tài)概率計(jì)算結(jié)果，結(jié)束。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法，其特征在 于，所述步驟3)中： 氣網(wǎng)的線性化潮流方程模型，IImn為管道m(xù)n的流量，IImn= IIm-IIn為節(jié)點(diǎn)!!!與!!之間壓力 的平方差（假定nm>nn)，Α(Π 1, /1)為線性化點(diǎn)，TD為當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)， 為點(diǎn)B的線性預(yù)測(cè)點(diǎn);根據(jù)原始的非線性天然氣潮流方程，I可通過如下方 程計(jì)算得到：在點(diǎn)A附近線性化，可得？對(duì)比式(A-I)與(A-2)，可知節(jié)點(diǎn)η壓力值的線性化誤差為：式中：Tw與％為節(jié)點(diǎn)m與η在當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)B的壓力值，;r;f為節(jié)點(diǎn)η壓力的線性預(yù)測(cè)值， 為節(jié)點(diǎn)η壓力線性預(yù)測(cè)的相對(duì)誤差； 電網(wǎng)電壓降落與線路潮流的關(guān)系可表述為：式中：Pij與Qij分別為線路有功與無功功率;rij與Xij分別為線路電阻與電抗;Vi為節(jié)點(diǎn)i 電壓幅值為線路ij電壓降落矢量值； 弓丨入多點(diǎn)線性化法含多個(gè)線性化點(diǎn)和線性化區(qū)間，2N+1個(gè)線性化點(diǎn) …，巧,L，，F(xiàn)iL，…，F(xiàn)XJ定義為：基于式(A-7)生成的2N+1線性化點(diǎn)，2N+1個(gè)線性化區(qū)間(R1，R2，R3，…，R 2n，R2N+1}定義為：3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法，其特征在 于，所述步驟4)中： 建立計(jì)及電轉(zhuǎn)氣的能源集線器模型，能量流集線器含類型能源，其輸入與輸出間的能 量轉(zhuǎn)化可表示為： Le 一 (Pe+Pwind ) ( l_Vl ) Hee+P gV2HCHP，e ( A-9 ) Lh = P7 g(V2%HP，h+( l_V2)%h) (A-IO) P7 g = Pg+(Pe+Pwind) VlHeg (A-Il) 式中：Pe、Pg分別為輸入電功率和輸入氣功率;Pwind為輸入風(fēng)電功率;^為輸入電功率中 用于電轉(zhuǎn)氣的比例巧2為輸入天然氣功率中用于熱電聯(lián)供的比例;rw為變壓器效率;％^^與 ncHP,h分別為熱電聯(lián)供的電效率與熱效率;ngh為熱鍋爐效率;為電轉(zhuǎn)氣效率； 式(Α-9)-(Α-11)可表示為如下矩陣形式：4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電轉(zhuǎn)氣的綜合能源系統(tǒng)多點(diǎn)線性概率能量流方法，其特征在 于:所述步驟7)中，對(duì)于任意運(yùn)行點(diǎn)，計(jì)算其等效氣負(fù)荷并判定所屬線性化區(qū)間，根據(jù)下述 線性方程計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)：式中:Xk，Yk與Jk分別為第k個(gè)線性點(diǎn)能量流的狀態(tài)量、已知量與雅克比矩陣，歹為當(dāng)前運(yùn) 行點(diǎn)能量流的已知量，P為狀態(tài)量的線性預(yù)測(cè)值，^為當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的等效氣負(fù)荷。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK105930980SQ201610300615
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】衛(wèi)志農(nóng), 陳 勝, 孫國(guó)強(qiáng), 孫永輝, 臧海祥, 陳霜, 張思德
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)