CN108347052A - 一种电-热耦合多能流系统的故障预防和控制方法 - Google Patents

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孙宏斌
刘育权
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沈欣炜
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Abstract

本发明涉及一种电‑热耦合多能流系统的故障预防和控制方法，属于综合能源系统的安全控制技术领域。本发明方法实现对电‑热耦合多能流系统安全控制分析，以保障多能流系统的安全稳定运行。本方法弥补了预防控制方法在电‑热耦合系统方面空白，形成了一种考虑电网和热网间耦合关系的电‑热耦合多能流安全控制。与单独电网的预防控制相比，本方法在考虑了热网的时滞性后，有利于增大电网的调节裕度，具有明显的优越性。在电‑热耦合多能流网络应用本方法后，可以为多能流系统的安全控制守好第一道防线。

Description

一种电-热耦合多能流系统的故障预防和控制方法
技术领域
本发明涉及一种电-热耦合多能流系统的故障预防和控制方法，属于综合能源系统的安全控制技术领域。
背景技术
风电、光伏等可再生清洁能源的使用成了一种必然趋势,而这些可再生能源不确定性高，发电量不易控制，接入电网容易引起电网波动。因此，仅以电网作为能量传输的载体已渐渐不能满足需求。在这种情况下，以电、热、冷、气多种形式传输能量的能源互联网就有其优越性，目前能源互联网的示范也越来越多。在上述多能网络中，热电联供网络目前发展最为迅速，自20世纪开始，在全球范围内就开始逐步建立热网，目前，热网在丹麦、瑞典、德国、芬兰等欧洲国家都有了一定程度的普及。目前，对于电-热耦合多能流网络的建模和潮流计算已经有了一系列的研究成果。然而，目前对于电—热耦合多能流网络的安全控制问题的研究还比较缺乏，其中预防控制这一块内容还非常空白。为了实现像电网一样的自动化运行与控制，这一块的研究必不可少。
预防控制是在日前给出系统的运行状态，使得系统在正常状况下以及遇到故障时，能够保持稳定的一种安全控制手段，是系统安全控制的第一道防线。在电力系统中，很早就已经引入了预防控制的理论，目前有关电力系统预防控制的研究已趋于成熟，但是对电-热耦合多能流网络的预防控制，还处于各个起步阶段。
发明内容
本发明的目的是提出一种电-热耦合多能流系统的故障预防和控制方法，实现对电-热耦合多能流系统安全控制分析，以保障多能流系统的安全稳定运行。
本发明方法提出的电-热耦合多能流系统的故障预防和控制方法，包括以下步骤：
(1)建立一个基于抽汽式供热机组的热电联产机组电-热耦合多能流系统的故障预防和控制的目标函数如下：
其中：ax,bx,cx分别是热电机组运行成本系数，Cv为热电机组运行参数，PGx为第x台热电机组的发电功率，PHx为第x台热电机组的供热功率，其中，ax的取值范围为0.0025-0.0064元·(MW·h)-1，bx的取值范围为9.45-16.84元·(MW·h)-1，cx的取值范围为30-48元·(MW·h)-1，Cv的取值范围为0.08-0.25；
(2)建立电-热耦合多能流系统正常运行状态下的电网运行约束条件如下：
其中，PGi,θi,θj分别为电-热耦合多能流系统中第i个节点的有功功率和相角以及第j个节点的相角，Bij为电网节点导纳矩阵Y的第i行、第j列元素的虚部，节点导纳矩阵Y中的第i行和第j列元素的虚部与电-热耦合多能流系统中的节点一一对应，电网节点导纳矩阵Y从电网调度中心获取，Sij为电网第i个节点和第j个节点之间的支路i、j的功率流量；
(3)建立电-热耦合多能流系统故障运行状态下的电网运行约束条件如下：
其中，k表示电-热耦合多能流系统的故障集，PGm,θm,θn分别为电-热耦合多能流系统中第m个节点的有功功率和相角以及第n个节点的相角，Bmn为电网节点导纳矩阵M中第m行、第n列元素的虚部，与节点一一对应，电网节点导纳矩阵M从电网调度中心获取，Smn为电网第m个节点和第j个节点之间的支路mn的功率流量；
(4)建立基于抽汽式供热机组的热电联产机组运行约束条件如下：
上述公式(1)中，PGx为第x台热电机组的发电功率，PHx为第x台热电机组的供热功率，PHxmax为第x台热电联产机组的供热上限，公式(2)表示给定供热功率时热电机组的发电功率上限，公式(3)和公式(4)为两段直线，分别表示给定供热功率时热电机组发电功率的下限，PHm为热电机组发电功率最小时所对应的供热功率，由公式(1)-公式(4)组成的区域即为热电机组发电功率和供热功率的可行域，公式(5)中，PH,load为热负荷大小，其中k1,k2,k3为热电联产机组热-电耦合关系斜率，k1,k2,k3根据设定的发电功率P1,P2,P3,P4和设定的供热功率PHm,PHmax计算得到，P1的取值范围为180-250MW，P2的取值范围为80-150MW，P3的取值范围为60-130MW，P4的取值范围为140-210MW，PHm的取值范围为80-150MW，PHmax的取值范围为200-260MW；
(5)利用Matlab方法，求解由上述步骤(1)的目标函数与上述步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)的约束条件构成的优化方程，得到电-热耦合多能流系统的故障预防和控制的调度参数，包括第x台热电机组的发电功率PGx和第x台热电机组的供热功率PHx。
本发明提出的电-热耦合多能流系统预防控制方法，其特点和有益效果是：本方法弥补了预防控制方法在电-热耦合系统方面空白，形成了一种考虑电网和热网间耦合关系的电-热耦合多能流安全控制。与单独电网的预防控制相比，本方法在考虑了热网的时滞性，有利于增大电网的调节裕度，具有明显的优越性。
附图说明
图1是电-热耦合多能流系统中抽气式供热机组电热关系示意图。
图2是本发明方法涉及的电-热耦合多能流系统拓扑图。
图2中，Bi为母线，Ti为变压器，PGi为发电功率，PHi为供热功率，PDi电负荷，PH,load为热负荷。
具体实施方式
本发明提出的电-热耦合多能流系统的故障预防和控制方法，其涉及的系统拓扑图如图1所示，该方法包括以下步骤：
(1)建立一个基于抽汽式供热机组的热电联产机组电-热耦合多能流系统的故障预防和控制的目标函数如下：
其中：ax,bx,cx分别是热电机组运行成本系数，Cv为热电机组运行参数，PGx为第x台热电机组的发电功率，PHx为第x台热电机组的供热功率，其中，ax的取值范围为0.0025-0.0064元·(MW·h)-1，bx的取值范围为9.45-16.84元·(MW·h)-1，cx的取值范围为30-48元·(MW·h)-1，Cv的取值范围为0.08-0.25；
(2)建立电-热耦合多能流系统正常运行状态下的电网运行约束条件如下：
其中，PGi,θi,θj分别为电-热耦合多能流系统中第i个节点的有功功率和相角以及第j个节点的相角，Bij为电网节点导纳矩阵Y的第i行、第j列元素的虚部，节点导纳矩阵Y中的第i行和第j列元素的虚部与电-热耦合多能流系统中的节点一一对应，电网节点导纳矩阵Y从电网调度中心获取，Sij为电网第i个节点和第j个节点之间的支路i、j的功率流量；
(3)建立电-热耦合多能流系统故障运行状态下的电网运行约束条件如下：
其中，k表示电-热耦合多能流系统的故障集，以上约束中的变量均为在故障下的调度，是故障发生之后应满足的约束条件，PGm,θm,θn分别为电-热耦合多能流系统中第m个节点的有功功率和相角以及第n个节点的相角，Bmn为电网节点导纳矩阵M中第m行、第n列元素的虚部，与节点一一对应，电网节点导纳矩阵M从电网调度中心获取，Smn为电网第m个节点和第j个节点之间的支路mn的功率流量；
(4)由于抽气式供热机组电热关系如1所示，发电功率PG和供热功率PH相互耦合，满足图1所示关系：
建立基于抽汽式供热机组的热电联产机组运行约束条件如下：
上述公式(1)中，PGx为第x台热电机组的发电功率，PHx为第x台热电机组的供热功率，PHxmax为第x台热电联产机组的供热上限，公式(2)表示给定供热功率时热电机组的发电功率上限，公式(3)和公式(4)表示两段直线，如图2中所示，分别表示给定供热功率时热电机组发电功率的下限，PHm为热电机组发电功率最小时所对应的供热功率，由公式(1)-公式(4)组成的区域即为热电机组发电功率和供热功率的可行域，公式(5)中，PH,load为热负荷大小，其中k1,k2,k3为热电联产机组热-电耦合关系斜率，k1,k2,k3根据设定的发电功率P1,P2,P3,P4和设定的供热功率PHm,PHmax计算得到，P1的取值范围为180-250MW，P2的取值范围为80-150MW，P3的取值范围为60-130MW，P4的取值范围为140-210MW，PHm的取值范围为80-150MW，PHmax的取值范围为200-260MW；
(5)利用Matlab方法，求解由上述步骤(1)的目标函数与上述步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)的约束条件构成的优化方程，得到电-热耦合多能流系统的故障预防和控制的调度参数，包括第x台热电机组的发电功率PGx和第x台热电机组的供热功率PHx。

Claims (1)

1.一种电-热耦合多能流系统的故障预防和控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)建立一个基于抽汽式供热机组的热电联产机组电-热耦合多能流系统的故障预防和控制的目标函数如下：
其中：ax,bx,cx分别是热电机组运行成本系数，Cv为热电机组运行参数，PGx为第x台热电机组的发电功率，PHx为第x台热电机组的供热功率，其中，ax的取值范围为0.0025-0.0064元·(MW·h)-1，bx的取值范围为9.45-16.84元·(MW·h)-1，cx的取值范围为30-48元·(MW·h)-1，Cv的取值范围为0.08-0.25；
(2)建立电-热耦合多能流系统正常运行状态下的电网运行约束条件如下：
其中，PGi,θi,θj分别为电-热耦合多能流系统中第i个节点的有功功率和相角以及第j个节点的相角，Bij为电网节点导纳矩阵Y的第i行、第j列元素的虚部，节点导纳矩阵Y中的第i行和第j列元素的虚部与电-热耦合多能流系统中的节点一一对应，电网节点导纳矩阵Y从电网调度中心获取，Sij为电网第i个节点和第j个节点之间的支路i、j的功率流量；
(3)建立电-热耦合多能流系统故障运行状态下的电网运行约束条件如下：
其中，k表示电-热耦合多能流系统的故障集，PGm,θm,θn分别为电-热耦合多能流系统中第m个节点的有功功率和相角以及第n个节点的相角，Bmn为电网节点导纳矩阵M中第m行、第n列元素的虚部，与节点一一对应，电网节点导纳矩阵M从电网调度中心获取，Smn为电网第m个节点和第j个节点之间的支路mn的功率流量；
(4)建立基于抽汽式供热机组的热电联产机组运行约束条件如下：
上述公式(1)中，PGx为第x台热电机组的发电功率，PHx为第x台热电机组的供热功率，PHxmax为第x台热电联产机组的供热上限，公式(2)表示给定供热功率时热电机组的发电功率上限，公式(3)和公式(4)为两段直线，分别表示给定供热功率时热电机组发电功率的下限，PHm为热电机组发电功率最小时所对应的供热功率，由公式(1)-公式(4)组成的区域即为热电机组发电功率和供热功率的可行域，公式(5)中，PH,load为热负荷大小，其中k1,k2,k3为热电联产机组热-电耦合关系斜率，k1,k2,k3根据设定的发电功率P1,P2,P3,P4和设定的供热功率PHm,PHmax计算得到，P1的取值范围为180-250MW，P2的取值范围为80-150MW，P3的取值范围为60-130MW，P4的取值范围为140-210MW，PHm的取值范围为80-150MW，PHmax的取值范围为200-260MW；
(5)利用Matlab方法，求解由上述步骤(1)的目标函数与上述步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)的约束条件构成的优化方程，得到电-热耦合多能流系统的故障预防和控制的调度参数，包括第x台热电机组的发电功率PGx和第x台热电机组的供热功率PHx。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109447842A (zh) * 2018-10-18 2019-03-08 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 一种安全预防控制方法、装置、控制设备及存储介质
CN109991494A (zh) * 2019-03-28 2019-07-09 国网山东省电力公司经济技术研究院 一种电-热耦合系统故障预警方法及预警装置

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