CN107508326A - 天然气系统与电力系统的应急联合调度方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气系统与电力系统的应急联合调度方法及装置，通过当电网发生故障时，先调整各个机组的出力计划，然后对线路潮流的传输限值校核后进行循环迭代直至校核通过，从而确定燃气机组的出力计划；气网侧根据机组出力计划进行总体供气量的核算，并将核算结果返回电网侧迭代直至核算通过，然后对所述天然气系统的管网传输进行校核后返回电网侧迭代直至校核通过；当气网发生故障时，气网根据故障情况核算所述总体供气量和管网传输系统是否满足燃机机组需求，并将核定结果返回电网侧迭代，直至所述总体供气量和管网传输系统是否满足燃机机组需求；再计算所述天然气系统的最优调度计划，从而生成应急联合调度方案。
Description
技术领域
本发明涉及电力调度自动化技术领域，尤其涉及一种天然气系统与电力系统的应急联合调度方法及装置。
背景技术
近些年来，天然气机组装机容量日益增加，天然气供应会很大程度上影响燃气机组的运行，进一步影响发电甚至是电力系统的调度运行，也体现了天然气网络和电力网络的耦合性，需要研究电-气联合系统的调度运行。电网和气网联合调度运行时，电网和气网的运行特性和各自的约束条件在影响自身运行的情况下，由于通过燃气轮机和特有的约束条件将两个网络进行耦合，一个网络的运行变动也会影响另一网络的运行，例如当电网中的一条支路或者发电机的功率发生变化时，在原本影响电力网络各条支路的潮流大小和节点电压的情况下，也会影响天然气网络中的节点气压和管道运行。因此需要分析电气联合系统的协调调度特性，增加系统的经济性和安全可靠性，有利于电力系统和天然气系统的共同发展。
因此，随着燃气机组装机容量和发电量的增加，天然气系统对电力系统安全稳定运行的影响也进一步加大。一方面，气网的故障将不仅会影响天然气系统的运行，还会通过燃气电厂影响电力系统的运行。例如气网管道故障可能会导致燃气电厂天然气供应不足，也可能导致燃气电厂入口处管道压力太小，使其在需要发电的时候无气可用，进而导致电力系统局部电压崩溃、系统失稳等故障。如果不采取及时、正确的措施消除故障的影响，这些故障很有可能发展为电网解列、保护连锁跳闸等重大故障。另一方面，电力系统的故障可能也会影响天然气系统的运行。例如电力线路接地故障可能会导致燃气电厂保护跳闸与切机，从而导致燃气电厂的气负荷由很大的数值瞬间降为零。这将使得燃气电厂入口处的天然气管道的压力骤升，进而影响到整个天然气管网的压力分布。如果天然气管道的压力超过阈值，可能导致天然气管道出现故障或沿线的加压站停运，进而造成更严重的影响。综上，随着电力系统和天然气系统的相互影响逐渐加大，有必要研究气网或电网故障条件下的应急联合调度模式。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种天然气系统与电力系统的应急联合调度方法及装置，能有效提供一种气网或电网故障条件下的应急联合调度模式，增加系统的经济性和安全可靠性。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，包括步骤：
S1、当天然气系统与电力系统的联合调度运行时，若检测到发生故障，当判断所述电力系统发生故障时，执行步骤S2；当判断所述电力系统发生故障时，执行步骤S4；
S2、调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划；
S3、根据所述各个发电机组的出力计划，对所述电力系统的线路潮流的传输限值进行校核，若校核不通过则再次执行步骤S2直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值；
S4、根据所述各个发电机组的出力计划获取所述电力系统中燃气机组各个时段的出力计划，从而获得所述电力系统中燃气机组总的出力计划，核算所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，若不满足，则返回步骤S2直至所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划；
S5、当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，对所述天然气系统的管网传输进行校核，若校核不通过则返回步骤S2直至所述天然气系统的管网传输满足所述燃气机组的出力计划；
S6、当所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划时，计算所述天然气系统的最优调配计划；
S7、根据所述电力系统中各个发电机组的出力计划和所述天然气系统中的最优调配计划生成应急联合调度方案。
作为上述方案的改进，步骤S2中所述调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划具体为：
基于预先构造的所述发电系统的第一优化目标函数，通过若干个预设的第一约束条件对所述第一优化目标函数进行优化，从而调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划。
作为上述方案的改进，所述第一优化目标函数为：
其中，I为机组的启停状态，I为1时表示机组处于运行状态，I为0时表示机组处于停运状态；ξ为燃料成本费用；Pi,t为机组i在t时刻的有功出力；Fi(Pi,t) 表示机组i在t时刻所消耗的燃料总量，SU为机组启动费用，SD为机组停运费用。
作为上述方案的改进，所述第一约束条件包括电力网络平衡约束、线路潮流约束、机组有功出力上下限约束及系统备用约束；其中，
所述电力网络平衡约束具体为：
所述线路潮流约束采用直流潮流模型，具体为：
|Pb,t|≤Pb·max
所述机组有功出力上下限约束具体为：
所述系统备用约束具体为；
t＝1,2,...,T
其中，PD,t为t时刻所述电力系统的总电力负荷，Pj,t为燃气机组j在t时刻有功发电出力，Pb,t为支路b在t时刻的有功潮流，hib、hjb为发电机输出功率的转移分布因子，Pb·max为支路b有功潮流上限；Pi·max、Pi·min为燃煤机组i有功出力上下限， Pj·max、Pj·min为燃气机组j有功出力上下限；NC为所述电力系统的燃气机组数，NG 为所述电力系统的发电机组数。
作为上述方案的改进，步骤S3具体为：
计算所述电力系统中各个线路潮流的传输限值，判断所述各个机组的出力计划是否满足所述各个线路潮流的传输限值，若不满足，则基于越限线路构造发电转移分布因子矩阵，从而生成所述越限线路的所述线路潮流约束，再次执行步骤 S2直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值。
作为上述方案的改进，步骤S5具体为：
当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，根据所述天然气系统中的压缩机压力、管道压力和流量的参数约束判断所述管网气量传输是否满足所述燃气机组各个时段的出力计划，若不满足则返回步骤 S2直至所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划。
作为上述方案的改进，步骤S6中计算所述天然气系统的最优调配计划具体为：
基于预先构造的所述天然气系统的第二优化目标函数，通过若干个预设的第二约束条件对所述第二优化目标函数进行优化，从而获得所述天然气系统的最优调配计划。
作为上述方案的改进，所述第二优化目标函数为：
其中，ρc为压缩机对应的天然气价格，CHc,t为压缩机功率，Fc(CHc,t)为压缩机在t时段所消耗的燃气总量。
作为上述方案的改进，所述第二约束条件包括管道传输约束、压缩机功率压力约束和天然气网络的拓扑约束，其中，
所述管道传输约束具体为：
P＝β·Z·Rg·T
Gf＝β·v·S
其中，管道压力为P，Gf为管道最大流量，β为天然气密度，Z表示天然气压缩因子，Rg为天然常量，T表示天然气管道内的温度，v为流速，S为管道横截面积，且在暂态条件下应满足：
其中，k1，k2为天然气管道的暂态参数；
所述压缩机功率压力约束具体为：
Cmin,t≤Cpower,t≤Cmax,t
pmin,i≤pr,i≤pmax,i
其中，Cpower,t为压缩机在t时段的功率，pr,i为压力比率。
所述天然气网络的拓扑约束通过天然气流量平衡方程表示，具体为：
g＝A·fl+B·fc+B1·τc
g＝gs+Ost-Ist-gn
其中，g为节点n处天然气注入流量，包含气源供气流量矢量gs，储气设备输气流量矢量Ist、供气流量矢量Ost，用气负荷流量矢量gn；fl、fc、τc分别为网络中输气管道、压气机内部及其消耗的天然气流量矢量。
本发明实施例还提供了一种天然气系统与电力系统的应急联合调度装置，包括故障检测模块、出力计划调整模块、线路潮流校核模块、总体供气量核算模块、管网传输校核模块、调配计划计算模块及联合调度方案生成模块，其中，
所述故障检测模块，用于当天然气系统与电力系统的联合调度运行时，若检测到发生故障，当判断所述电力系统发生故障时，触发所述出力计划调整模块；当判断所述电力系统发生故障时，触发总体供气量核算模块；
出力计划调整模块，用于调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划；
线路潮流校核模块，用于根据所述各个发电机组的出力计划，对所述电力系统的线路潮流的传输限值进行校核，若校核不通过则返回触发出力计划调整模块直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值；
总体供气量核算模块，用于根据所述各个发电机组的出力计划获取所述电力系统中燃气机组各个时段的出力计划，从而获得所述电力系统中燃气机组总的出力计划，核算所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，若不满足，则返回触发所述出力计划调整模块直至所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划；
管网传输校核模块，用于当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，对所述天然气系统的管网传输进行校核，若校核不通过则返回触发所述出力计划调整模块直至所述天然气系统的管网传输满足所述燃气机组的出力计划；
调配计划计算模块，用于当所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划时，计算所述天然气系统的最优调配计划；
联合调度方案生成模块，用于根据所述电力系统中各个发电机组的出力计划和所述天然气系统中的最优调配计划生成应急联合调度方案。
与现有技术相比，本发明实施例公开了一种天然气系统与电力系统的应急联合调度方法及装置，通过当电网发生故障时，则根据实际情况调整各个机组的出力计划，然后进行线路潮流的传输限值进行校核，若校核不通过则再次调整各个机组的出力计划直至校核通过，从而确定燃气机组的出力计划；气网侧根据机组出力计划进行总体供气量的核算，并将核算结果返回电网侧迭代直至总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，然后对所述天然气系统的管网传输进行校核，若校核不通过则返回电网侧迭代，再计算所述天然气系统的最优调度计划，从而生成应急联合调度方案；当气网发生故障时，气网根据故障情况核算所述总体供气量和管网传输系统是否满足燃机机组需求，并将核定结果返回电网侧迭代，直至所述总体供气量和管网传输系统是否满足燃机机组需求，再计算所述天然气系统的最优调度计划，从而生成应急联合调度方案，可保障气电系统的安全稳定运行，提高系统可靠性。按照本发明所提供的方法，电网公司或气网公司可在系统运行故障情况将损失降到最低，电网公司可合理控制和经济调度电网发电资源，同时满足电网安全和潮流优化的实际需求，达到资源优化配置和节能减排的目标，气网公司可对天然气供气系统进行精确把控，实现效益最大化，因此本发明能够满足电网公司和气网公司的实际需要，具有重要的现实意义和良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1中一种天然气系统与电力系统的应急联合调度方法的流程示意图。
图2是本发明实施例2中一种天然气系统与电力系统的应急联合调度装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例1提供的一种天然气系统与电力系统的应急联合调度方法的流程示意图，包括步骤：
S1、当天然气系统与电力系统的联合调度运行时，若检测到发生故障，当判断所述电力系统发生故障时，执行步骤S2；当判断所述电力系统发生故障时，执行步骤S4；
S2、调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划；
在该步骤中，基于预先构造的所述发电系统的第一优化目标函数，通过若干个预设的第一约束条件对所述第一优化目标函数进行优化，从而调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划。优选地，所述第一优化目标函数为：
其中，I为机组的启停状态，I为1时表示机组处于运行状态，I为0时表示机组处于停运状态；ξ为燃料成本费用；Pi,t为机组i在t时刻的有功出力；Fi(Pi,t) 表示机组i在t时刻所消耗的燃料总量，SU为机组启动费用，SD为机组停运费用。
另一方面，所述第一约束条件包括电力网络平衡约束、线路潮流约束、机组有功出力上下限约束及系统备用约束；其中，
所述电力网络平衡约束具体为：
所述线路潮流约束采用直流潮流模型，具体为：
|Pb,t|≤Pb·max
所述机组有功出力上下限约束具体为：
所述系统备用约束具体为；
t＝1,2,...,T
其中，各个时段的开机机组出力必须根据一定的备用比例满足系统的正负备用约束。其中NG为全系统的所有机组。PD,t为t时刻所述电力系统的总电力负荷， Pj,t为燃气机组j在t时刻有功发电出力，Pb,t为支路b在t时刻的有功潮流，hib、hjb为发电机输出功率的转移分布因子，Pb·max为支路b有功潮流上限；Pi·max、Pi·min为燃煤机组i有功出力上下限，Pj·max、Pj·min为燃气机组j有功出力上下限；NC为所述电力系统的燃气机组数，NG为所述电力系统的发电机组数。
S3、根据所述各个发电机组的出力计划，对所述电力系统的线路潮流的传输限值进行校核，若校核不通过则再次执行步骤S2直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值；
其中，潮流是电力系统中电压(各节点)、功率(有功、无功)(各支路) 的稳态分布，若校核不通过则再次执行步骤S2是一种循环迭代的过程。优选地，该步骤包括：计算所述电力系统中各个线路潮流的传输限值，判断所述各个机组的出力计划是否满足所述各个线路潮流的传输限值，若不满足，则基于越限线路构造发电转移分布因子矩阵，从而生成所述越限线路的所述线路潮流约束，返回步骤S2直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值。
S4、根据所述各个发电机组的出力计划获取所述电力系统中燃气机组各个时段的出力计划，从而获得所述电力系统中燃气机组总的出力计划，核算所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，若不满足，则返回步骤S2直至所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划；
同理，若不满足则返回步骤S2直至所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划也是一种不断迭代的过程。
S5、当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，对所述天然气系统的管网传输进行校核，若校核不通过则返回步骤S2直至所述天然气系统的管网传输满足所述燃气机组的出力计划；
优选地，该步骤具体为：当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，根据所述天然气系统中的压缩机压力、管道压力和流量的参数约束判断所述管网气量传输是否满足所述燃气机组各个时段的出力计划，若不满足则返回步骤S2直至所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划。
S6、当所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划时，计算所述天然气系统的最优调配计划；
该步骤中，所述计算所述天然气系统的最优调配计划具体为：
基于预先构造的所述天然气系统的第二优化目标函数，通过若干个预设的第二约束条件对所述第二优化目标函数进行优化，从而获得所述天然气系统的最优调配计划。
其中，所述第二优化目标函数为：
其中，ρc为压缩机对应的天然气价格，CHc,t为压缩机功率，Fc(CHc,t)为压缩机在t时段所消耗的燃气总量。
优选地，所述第二约束条件包括管道传输约束、压缩机功率压力约束和天然气网络的拓扑约束，其中，
所述管道传输约束具体为：
P＝β·Z·Rg·T
Gf＝β·v·S
其中，管道压力为P，Gf为管道最大流量，β为天然气密度，Z表示天然气压缩因子，Rg为天然常量，T表示天然气管道内的温度，v为流速，S为管道横截面积，且在暂态条件下应满足：
其中，k1，k2为天然气管道的暂态参数；
所述压缩机功率压力约束具体为：
Cmin,t≤Cpower,t≤Cmax,t
pmin,i≤pr,i≤pmax,i
其中，Cpower,t为压缩机在t时段的功率，pr,i为压力比率。
所述天然气网络的拓扑约束通过天然气流量平衡方程表示，具体为：
g＝A·fl+B·fc+B1·τc
g＝gs+Ost-Ist-gn
其中，g为节点n处天然气注入流量，包含气源供气流量矢量gs，储气设备输气流量矢量Ist、供气流量矢量Ost，用气负荷流量矢量gn；fl、fc、τc分别为网络中输气管道、压气机内部及其消耗的天然气流量矢量。上述式子标识网络中任一节点n处的天然气注入量等于与节点n相关联各支路的天然气流出量
S7、根据所述电力系统中各个发电机组的出力计划和所述天然气系统中的最优调配计划生成应急联合调度方案。
基于上述方案，通过当电网发生故障时，则根据实际情况调整各个机组的出力计划，然后进行线路潮流的传输限值进行校核，若校核不通过则再次调整各个机组的出力计划直至校核通过，从而确定燃气机组的出力计划；气网侧根据机组出力计划进行总体供气量的核算，并将核算结果返回电网侧迭代直至总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，然后对所述天然气系统的管网传输进行校核，若校核不通过则返回电网侧迭代，再计算所述天然气系统的最优调度计划，从而生成应急联合调度方案；当气网发生故障时，气网根据故障情况核算所述总体供气量和管网传输系统是否满足燃机机组需求，并将核定结果返回电网侧迭代，直至所述总体供气量和管网传输系统是否满足燃机机组需求，再计算所述天然气系统的最优调度计划，从而生成应急联合调度方案，因此本方案通过当气网或电网发生故障时，调整故障方的调度计划及校核传输系统，并将信息反馈给非故障方，非故障方按故障方的信息进行相应的调整，循环迭代直至达到最优的联合调度方案，能够有效的预防天然气系统与电力系统联合调度运行所带来的风险，使得在联合运行中气网或电网在发生故障的情况下将系统损失降到最低，具有计算高效准确、精度高的特点。本发明可为电网公司获得日前发电计划提供依据，合理控制和经济调度电网发电资源，同时满足电网安全和潮流优化的实际需求，也可为气网获得天然气生产调度计划，将运营成本降到到最低，达到资源优化配置和节能减排的目标。
参见图2，是本发明实施例2提供的一种天然气系统与电力系统的应急联合调度装置的结构示意图，如图2所示的天然气系统与电力系统的应急联合调度装置100包括故障检测模块101、出力计划调整模块102、线路潮流校核模块103、总体供气量核算模块104、管网传输校核模块105、调配计划计算模块106及联合调度方案生成模块107，其中，
所述故障检测模块101，用于当天然气系统与电力系统的联合调度运行时，若检测到发生故障，当判断所述电力系统发生故障时，触发所述出力计划调整模块102；当判断所述电力系统发生故障时，触发所述总体供气量核算模块104；
所述出力计划调整模块102，用于调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划；
所述线路潮流校核模块103，用于根据所述各个发电机组的出力计划，对所述电力系统的线路潮流的传输限值进行校核，若校核不通过则返回触发出力计划调整模块102直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值；
所述总体供气量核算模块104，用于根据所述各个发电机组的出力计划获取所述电力系统中燃气机组各个时段的出力计划，从而获得所述电力系统中燃气机组总的出力计划，核算所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，若不满足，则返回触发所述出力计划调整模块102直至所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划；
所述管网传输校核模块105，用于当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，对所述天然气系统的管网传输进行校核，若校核不通过则返回触发所述出力计划调整模块102直至所述天然气系统的管网传输满足所述燃气机组的出力计划；
所述调配计划计算模块106，用于当所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划时，计算所述天然气系统的最优调配计划；
所述联合调度方案生成模块107，用于根据所述电力系统中各个发电机组的出力计划和所述天然气系统中的最优调配计划生成应急联合调度方案。
优选地，所述调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划具体为：
基于预先构造的所述发电系统的第一优化目标函数，通过若干个预设的第一约束条件对所述第一优化目标函数进行优化，从而调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划。
优选地，所述第一优化目标函数为：
其中，I为机组的启停状态，I为1时表示机组处于运行状态，I为0时表示机组处于停运状态；ξ为燃料成本费用；Pi,t为机组i在t时刻的有功出力；Fi(Pi,t) 表示机组i在t时刻所消耗的燃料总量，SU为机组启动费用，SD为机组停运费用。
优选地，所述第一约束条件包括电力网络平衡约束、线路潮流约束、机组有功出力上下限约束及系统备用约束；其中，
所述电力网络平衡约束具体为：
所述线路潮流约束采用直流潮流模型，具体为：
|Pb,t|≤Pb·max
所述机组有功出力上下限约束具体为：
所述系统备用约束具体为；
t＝1,2,...,T
其中，PD,t为t时刻所述电力系统的总电力负荷，Pj,t为燃气机组j在t时刻有功发电出力，Pb,t为支路b在t时刻的有功潮流，hib、hjb为发电机输出功率的转移分布因子，Pb·max为支路b有功潮流上限；Pi·max、Pi·min为燃煤机组i有功出力上下限， Pj·max、Pj·min为燃气机组j有功出力上下限；NC为所述电力系统的燃气机组数，NG 为所述电力系统的发电机组数。
优选地，所述线路潮流校核模块103具体用于计算所述电力系统中各个线路潮流的传输限值，判断所述各个机组的出力计划是否满足所述各个线路潮流的传输限值，若不满足，则基于越限线路构造发电转移分布因子矩阵，从而生成所述越限线路的所述线路潮流约束，返回步骤S2直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值。
优选地，所述管网传输校核模块105具体用于当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，根据所述天然气系统中的压缩机压力、管道压力和流量的参数约束判断所述管网气量传输是否满足所述燃气机组各个时段的出力计划，若不满足则返回步骤S2直至所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划。
优选地，所述计算所述天然气系统的最优调配计划具体为：
基于预先构造的所述天然气系统的第二优化目标函数，通过若干个预设的第二约束条件对所述第二优化目标函数进行优化，从而获得所述天然气系统的最优调配计划。
优选地，所述第二优化目标函数为：
其中，ρc为压缩机对应的天然气价格，CHc,t为压缩机功率，Fc(CHc,t)为压缩机在t时段所消耗的燃气总量。
优选地，所述第二约束条件包括管道传输约束、压缩机功率压力约束和天然气网络的拓扑约束，其中，
所述管道传输约束具体为：
P＝β·Z·Rg·T
Gf＝β·v·S
其中，管道压力为P，Gf为管道最大流量，β为天然气密度，Z表示天然气压缩因子，Rg为天然常量，T表示天然气管道内的温度，v为流速，S为管道横截面积，且在暂态条件下应满足：
其中，k1，k2为天然气管道的暂态参数；
所述压缩机功率压力约束具体为：
Cmin,t≤Cpower,t≤Cmax,t
pmin,i≤pr,i≤pmax,i
其中，Cpower,t为压缩机在t时段的功率，pr,i为压力比率。
所述天然气网络的拓扑约束通过天然气流量平衡方程表示，具体为：
g＝A·fl+B·fc+B1·τc
g＝gs+Ost-Ist-gn
其中，g为节点n处天然气注入流量，包含气源供气流量矢量gs，储气设备输气流量矢量Ist、供气流量矢量Ost，用气负荷流量矢量gn；fl、fc、τc分别为网络中输气管道、压气机内部及其消耗的天然气流量矢量。
总上，本发明实施例公开了一种天然气系统与电力系统的应急联合调度方法及装置，通过当电网发生故障时，则根据实际情况调整各个机组的出力计划，然后进行线路潮流的传输限值进行校核，若校核不通过则再次调整各个机组的出力计划直至校核通过，从而确定燃气机组的出力计划；气网侧根据机组出力计划进行总体供气量的核算，并将核算结果返回电网侧迭代直至总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，然后对所述天然气系统的管网传输进行校核，若校核不通过则返回电网侧迭代，再计算所述天然气系统的最优调度计划，从而生成应急联合调度方案；当气网发生故障时，气网根据故障情况核算所述总体供气量和管网传输系统是否满足燃机机组需求，并将核定结果返回电网侧迭代，直至所述总体供气量和管网传输系统是否满足燃机机组需求，再计算所述天然气系统的最优调度计划，从而生成应急联合调度方案，可保障气电系统的安全稳定运行，提高系统可靠性，电网公司或气网公司可在系统运行故障情况将损失降到最低，电网公司可合理控制和经济调度电网发电资源，同时满足电网安全和潮流优化的实际需求，达到资源优化配置和节能减排的目标，气网公司可对天然气供气系统进行精确把控，实现效益最大化，因此本发明能够满足电网公司和气网公司的实际需要，具有重要的现实意义和良好的应用前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，其特征在于，包括步骤：
S1、当天然气系统与电力系统的联合调度运行时，若检测到发生故障，当判断所述电力系统发生故障时，执行步骤S2；当判断所述电力系统发生故障时，执行步骤S4；
S2、调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划；
S3、根据所述各个发电机组的出力计划，对所述电力系统的线路潮流的传输限值进行校核，若校核不通过则再次执行步骤S2直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值；
S4、根据所述各个发电机组的出力计划获取所述电力系统中燃气机组各个时段的出力计划，从而获得所述电力系统中燃气机组总的出力计划，核算所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，若不满足，则返回步骤S2直至所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划；
S5、当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，对所述天然气系统的管网传输进行校核，若校核不通过则返回步骤S2直至所述天然气系统的管网传输满足所述燃气机组的出力计划；
S6、当所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划时，计算所述天然气系统的最优调配计划；
S7、根据所述电力系统中各个发电机组的出力计划和所述天然气系统中的最优调配计划生成应急联合调度方案。
2.如权利要求1所述的天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，其特征在于，步骤S2中所述调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划具体为：
基于预先构造的所述发电系统的第一优化目标函数，通过若干个预设的第一约束条件对所述第一优化目标函数进行优化，从而调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划。
3.如权利要求2所述的天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，其特征在于，所述第一优化目标函数为：
其中，I为机组的启停状态，I为1时表示机组处于运行状态，I为0时表示机组处于停运状态；ξ为燃料成本费用；Pi,t为机组i在t时刻的有功出力；Fi(Pi,t)表示机组i在t时刻所消耗的燃料总量，SU为机组启动费用，SD为机组停运费用。
4.如权利要求3所述的天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，其特征在于，所述第一约束条件包括电力网络平衡约束、线路潮流约束、机组有功出力上下限约束及系统备用约束；其中，
所述电力网络平衡约束具体为：
所述线路潮流约束采用直流潮流模型，具体为：
|Pb,t|≤Pb·max
所述机组有功出力上下限约束具体为：
所述系统备用约束具体为；
其中，PD,t为t时刻所述电力系统的总电力负荷，Pj,t为燃气机组j在t时刻有功发电出力，Pb,t为支路b在t时刻的有功潮流，hib、hjb为发电机输出功率的转移分布因子，Pb·max为支路b有功潮流上限；Pi·max、Pi·min为燃煤机组i有功出力上下限，Pj·max、Pj·min为燃气机组j有功出力上下限；NC为所述电力系统的燃气机组数，NG为所述电力系统的发电机组数。
5.如权利要求4所述的天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，其特征在于，步骤S3具体为：
计算所述电力系统中各个线路潮流的传输限值，判断所述各个机组的出力计划是否满足所述各个线路潮流的传输限值，若不满足，则基于越限线路构造发电转移分布因子矩阵，从而生成所述越限线路的所述线路潮流约束，返回步骤S2直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值。
6.如权利要求1所述的天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，其特征在于，步骤S5具体为：
当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，根据所述天然气系统中的压缩机压力、管道压力和流量的参数约束判断所述管网气量传输是否满足所述燃气机组各个时段的出力计划，若不满足则返回步骤S2直至所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划。
7.如权利要求1所述的天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，其特征在于，步骤S6中计算所述天然气系统的最优调配计划具体为：
基于预先构造的所述天然气系统的第二优化目标函数，通过若干个预设的第二约束条件对所述第二优化目标函数进行优化，从而获得所述天然气系统的最优调配计划。
8.如权利要求7所述的天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，其特征在于，所述第二优化目标函数为：
其中，ρc为压缩机对应的天然气价格，CHc,t为压缩机功率，Fc(CHc,t)为压缩机在t时段所消耗的燃气总量。
9.如权利要求8所述的天然气系统与电力系统的应急联合调度方法，其特征在于，所述第二约束条件包括管道传输约束、压缩机功率压力约束和天然气网络的拓扑约束，其中，
所述管道传输约束具体为：
P＝β·Z·Rg·T
Gf＝β·v·S
其中，管道压力为P，Gf为管道最大流量，β为天然气密度，Z表示天然气压缩因子，Rg为天然常量，T表示天然气管道内的温度，v为流速，S为管道横截面积，且在暂态条件下应满足：
其中，k1，k2为天然气管道的暂态参数；
所述压缩机功率压力约束具体为：
Cmin,t≤Cpower,t≤Cmax,t
pmin,i≤pr,i≤pmax,i
其中，Cpower,t为压缩机在t时段的功率，pr,i为压力比率。
所述天然气网络的拓扑约束通过天然气流量平衡方程表示，具体为：
g＝A·fl+B·fc+B1·τc
g＝gs+Ost-Ist-gn
其中，g为节点n处天然气注入流量，包含气源供气流量矢量gs，储气设备输气流量矢量Ist、供气流量矢量Ost，用气负荷流量矢量gn；fl、fc、τc分别为网络中输气管道、压气机内部及其消耗的天然气流量矢量。
10.一种天然气系统与电力系统的应急联合调度装置，其特征在于，包括故障检测模块、出力计划调整模块、线路潮流校核模块、总体供气量核算模块、管网传输校核模块、调配计划计算模块及联合调度方案生成模块，其中，
所述故障检测模块，用于当天然气系统与电力系统的联合调度运行时，若检测到发生故障，当判断所述电力系统发生故障时，触发所述出力计划调整模块；当判断所述电力系统发生故障时，触发所述总体供气量核算模块；
所述出力计划调整模块，用于调整所述电力系统中各个发电机组的出力计划；
所述线路潮流校核模块，用于根据所述各个发电机组的出力计划，对所述电力系统的线路潮流的传输限值进行校核，若校核不通过则返回触发出力计划调整模块直至所述各个发电机组的出力计划满足所述线路潮流的传输限值；
所述总体供气量核算模块，用于根据所述各个发电机组的出力计划获取所述电力系统中燃气机组各个时段的出力计划，从而获得所述电力系统中燃气机组总的出力计划，核算所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，若不满足，则返回触发所述出力计划调整模块直至所述天然气系统的总体供气量是否满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划；
所述管网传输校核模块，用于当所述天然气系统的总体供气量满足所述电力系统中燃气机组总的出力计划，对所述天然气系统的管网传输进行校核，若校核不通过则返回触发所述出力计划调整模块直至所述天然气系统的管网传输满足所述燃气机组的出力计划；
所述调配计划计算模块，用于当所述天然气系统的管网传输系统满足所述燃气机组的出力计划时，计算所述天然气系统的最优调配计划；
所述联合调度方案生成模块，用于根据所述电力系统中各个发电机组的出力计划和所述天然气系统中的最优调配计划生成应急联合调度方案。
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