CN109615248A - 一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法 - Google Patents
一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109615248A CN109615248A CN201811535499.0A CN201811535499A CN109615248A CN 109615248 A CN109615248 A CN 109615248A CN 201811535499 A CN201811535499 A CN 201811535499A CN 109615248 A CN109615248 A CN 109615248A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- natural gas
- power
- node
- electric
- isolated island
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 456
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 217
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 56
- 239000003245 coal Chemical group 0.000 claims description 35
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 claims description 3
- 230000004941 influx Effects 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 claims description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 claims 2
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 claims 2
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 claims 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
- G06Q10/06393—Score-carding, benchmarking or key performance indicator [KPI] analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Economics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Marketing (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明公开了一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法。建立了天然气系统的故障物理模型，将天然气系统的故障物理模型耦合到电力系统连锁故障估计处理中，形成了天然气系统发生事故影响的电力系统连锁故障模型，并利用电力系统连锁故障模型计算获得故障估计参数，利用故障估计参数进行连锁故障估计判断。本发明将天然气系统的故障物理模型耦合到电力系统连锁故障的评估中，提出了考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障模型，为电力系统应对天然气系统带来的影响提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及含多种能源形式的电力系统可靠性评估领域的一种电力系统故障估计方法，尤其是涉及了一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法。
背景技术
天然气作为清洁高效的能源，在能源消费中的占比不断提高，世界各国也在不断建设天然气机组，为此电力系统与天然气系统的耦合越来越紧密。在日常运行中，天然气系统中发生气源供应中断、气压损失和管道泄露等情况都可能导致天然气机组的天然气供应中断，天然气机组不得不降低出力，势必给电力系统的运行带来巨大挑战。传统的电力系统连锁故障的研究主要集中于电力系统，忽略了其他能源系统对它的影响，为此现阶段缺少电力系统连锁故障估计判断的方法，电力系统连锁故障估计方法难以满足未来的需求。
发明内容
针对上述背景技术中的问题，本发明提出了一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法，填补了背景技术的空白。本发明将天然气系统的故障物理模型耦合到电力系统连锁故障的评估中，提出了考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障模型，为电力系统应对天然气系统带来的影响提供基础。
如图1所示，本发明的技术方案是：
本发明方法建立了天然气系统的故障物理模型，将天然气系统的故障物理模型耦合到电力系统连锁故障估计处理中，形成了天然气系统发生事故影响的电力系统连锁故障模型，并利用电力系统连锁故障模型计算获得故障估计参数，利用故障估计参数进行连锁故障估计判断。
本发明方法实施主要包括以下几部分：
天然气系统是由多个天然气节点构成，天然气系统运行依靠多个天然气气源对各个天然气节点的天然气负荷供应，天然气节点之间通过管道连通；天然气节点为用以传输天然气、起着汇集分配传送天然气作用的设备。
电力系统是由多个电力节点构成，电力节点为用以传输电力、起着汇集分配传送电力作用的设备。每个电力节点包含天然气机组和燃煤机组，天然气机组gg是在电力系统中的需要消耗天然气的发电机组，并由天然气气源供应天然气，燃煤机组是在电力系统中的需要消耗煤的发电机组；天然气气源一方面向天然气系统中的各个天然气节点供应，另一方面向电力系统的电力节点中的各个天然气机组供应，天然气气源向电力系统中的天然气机组输出的天然气供应量作为气转电负荷；
电力系统中的电力节点与天然气系统中的天然气节点之间存在已知固定的连接关系拓扑，一个电力系统与至少一个天然气系统连接，一个天然气系统与至少一个电力系统连接，电力系统与天然气系统之间连接关系拓扑是已知的。天然气系统向电力系统传输天然气所对应的天然气节点和电力节点构成了耦合关系，组成耦合节点，耦合节点由一个天然气节点和对应的一个电力节点构成；
1)根据天然气系统故障建立天然气系统的故障物理模型
当天然气系统从初始状态0转变为事故后状态lg，采用以下方式计算获得对于状态lg下的天然气气源供应量和气转电负荷的去除量；
1.1)建立以下天然气系统发生事故后的目标函数：
式中，lg表示天然气系统从初始状态0转变为事故后的状态，和Ci,G分别为状态lg下天然气节点i处气源的供应量和天然气的供应计量值；和Ci,LC分别为状态lg下天然气节点i处天然气负荷的去除量及去除计量值；Ng表示天然气系统中的节点个数，i表示天然气节点的序数；
1.2)并且建立以下天然气供应约束条件：
1.2.a.天然气管道流量约束：
在天然气系统运行过程中，天然气节点之间的管道ij上状态lg下的流量与管道ij两端的气压有关，建立以下约束：
式中，和分别代表状态lg时管道ij上流过的天然气流量和管道两端天然气节点i及天然气节点j时的气压；Mij和分别代表管道ij的气流传输参数及天然气流向；和分别代表管道ij传输流量容量的上限和下限；Eg表示天然气系统中的管道的集合，Ng表示天然气系统中的天然气节点的集合；
1.2.b.天然气节点气压约束：
在天然气系统运行过程中，天然气系统的气压在以下约束范围：
式中，和分别表示天然气节点i处气压的最大值和最小值；
1.2.c.气源约束：
受天然气气源处气压和设备容量的限制，天然气气源的出气量在以下约束范围内：
式中，和分别表示天然气节点i处气源出气量的最大值和最小值；
1.2.d.压缩机约束：
天然气系统节点之间的管道上设有压缩机，压缩机调节管道上的气压，压缩机消耗天然气驱动；在天然气系统运行过程中，压缩机的升压比例在以下约束范围内：
式中，和分别代表管道上ij的压缩机c的升压比例的上下限；
1.2.e.节点气流平衡约束：
在天然气系统运动过程中，在状态lg时，任一天然气节点i处天然气流入量和流出量满足以下约束：
式中，为初始状态0时天然气节点i处的天然气负荷，和分别为事故后状态lg下天然气节点i处气源的供应量和天然气负荷的去除量，表示管道ij上的压缩机c在状态lg下所消耗的天然气量；
1.2.f.天然气负荷去除量约束：
式中，为事故后状态lg下天然气节点i处负荷去除量的最大值；
1.3)基于上述模型，求解获得事故后状态lg下各个耦合节点中天然气节点i处的天然气负荷的去除量
2)将天然气系统的故障物理模型耦合到电力系统连锁故障估计处理中，构建天然气系统影响的电力系统连锁故障模型：
2.1)在天然气系统发生事故后，获得电力系统中的天然气机组输出功率
考虑到电力系统与天然气系统的耦合特性和关系，电力系统的电力节点i中的天然气机组的输出功率由电力节点对应耦合的天然气节点m的供气量采用以下公式计算获得：
式中，为状态lg时与天然气节点i耦合的电力节点m处天然气机组gg的输出功率，GHV表示天然气的热值，Ngp表示耦合节点的集合，m表示电力节点的序数；
2.2)建立天然气系统发生事故影响的电力系统连锁故障模型
当电力系统本身发生随机故障，电力系统由初始状态0转变为事故后状态lp，只能通过调节电力节点中燃煤机组的输出功率或切除电力负荷保证系统功率平衡，这一过程可能导致电力系统中线路过载进而引起连锁故障。为估计在天然气系统影响下电力系统面临的连锁故障风险，建立以下直流潮流模型，直流潮流模型包括孤岛内发电与负荷调整、直流潮流计算和过载线路切除的依次三步骤：
2.2.a.孤岛内发电与负荷调整
在电力系统的随机故障lp的影响下，电力系统出现孤岛sb，此时需要调整每一孤岛的发电和负荷，保证孤岛内的功率平衡；本发明的孤岛sb指的是由上述的电力系统解列形成的多个局部性系统，和上述电力系统的性质和特性一致。对于孤岛sb，考虑到电力节点中天然气机组的输出功率已确定，内部发电与负荷的平衡主要包括增加燃煤机组的输出功率和减少电力负荷两类，根据孤岛备用容量系数GCsb来确定具体采取何种调整方式计算获得在电力系统的随机故障lp下孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷孤岛备用容量系数GCsb具体采用以下公式计算：
式中，表示孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的发电容量；表示孤岛sb内电力节点n处负荷；Np,sb表示孤岛sb内电力节点的集合，共有Np,sb个节点；
若孤岛备用容量系数GCsb≥0，则说明备用容量足够，根据孤岛sb内不同电力节点的燃煤机组的剩余发电容量按比例增加输出功率；在电力系统的随机故障lp下，孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷计算为：
式中，和分别表示初始状态0下孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷；表示由上述步骤2.1中确定的天然气系统故障状态lg时与天然气节点i耦合的孤岛sb内电力节点n处天然气机组gg的输出功率，表示孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率的最大值。
反之，若孤岛备用容量系数GCsb<0，则说明备用容量不足，将孤岛sb内所有电力节点的所有燃煤机组输出功率均设增加为最大值，然后按照功率缺额等比例削减负荷；在电力系统的随机故障lp下，孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷计算为：
2.2.b.直流潮流计算
根据上述步骤2.2.a计算获得的孤岛sb内不同电力节点n的输出功率和电力负荷得到各个节点的净注入功率为且 表示净注入功率的集合，表示随机故障lp下的节点n的净注入功率；接着利用注入功率的集合采用以下公式的直流潮流模型计算孤岛sb内的潮流，即电力线路功率向量
其中，A为功率传输分配系数矩阵，由电网的导纳矩阵计算而得，为电力线路功率向量，电力线路功率向量包含了孤岛sb内各个电力节点之间的线路上流过的功率；
2.2.c.过载线路切除判据
在上述步骤2.2.b结束后，对每条电力节点之间的线路进行以下判断：
若线路上流过的功率超过线路的容量上限，即满足以下公式，则认为电力节点之间的该条线路过载，进行去除，然后重复上述步骤2.2.a和步骤2.2.b迭代处理，直至保留下来的每条线路均没有过载：
式中，和分别表示节点n'和节点n之间的线路流过的功率和线路的容量上限；
若线路上流过的功率未超过线路的容量上限，即不满足公式，则认为各个电力节点之间线路没有过载，则将该条线路保留；若所有线路均没有过载，则认为计算收敛；
3)利用电力系统连锁故障模型计算获得故障估计参数，根据故障估计参数进行连锁故障估计判断。
所述步骤3)具体为：
3.1)本发明连锁故障的故障估计参数主要包括拓扑完整参数和物理运行参数两个方面：拓扑完整参数用电力系统连锁故障结束后，电力系统中损失节点个数占故障前系统总节点数的比例来表示；物理运行参数主要指的是负荷切除比例，用故障导致的负荷切除量占故障前总负荷的比例来表示。
拓扑完整参数Rtop采用以下公式的损失节点比例计算示：
式中，为步骤2)之后最大孤岛的节点个数，Np为初始电力系统的节点个数；
物理运行参数包括电力系统的负荷切除比例Rpls，分别计算为：
其中，表示在电力系统的随机故障lp下孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的电力负荷；
3.2)根据拓扑完整参数Rtop和电力系统的负荷切除比例Rpls，采用以下方式进行比较判断获得电力系统连锁故障情况结果：
当则认为电力系统中损失节点的比例超过阈值则此时电力系统发生连锁故障；
当则认为电力系统中损失电力负荷的比例超过阈值则此时电力系统发生连锁故障。
其中任一出现均电力系统发生连锁故障。
所述步骤1.2.e中，压缩机c在状态lg所消耗的天然气量采用以下公式计算获得：
1.2.e.1.首先采用以下公式计算管道ij上的压缩机c在状态lg所消耗的功率
式中，Bij表示压缩机常数，由压缩机c的热力系数、天然气温度和效率决定；zc和α分别表示压缩机系数和热力系数；
1.2.e.2.根据上式计算出的功率再采用以下公式计算获得压缩机c在状态lg所消耗的天然气量
式中，和代表第一、第二和第三压缩机气量消耗系数。
所述天然气系统的故障物理模型采用内点法进行求解，该方法为领域内的公知知识，在此不阐述。
本发明采用上述模型处理通过计算机手段实现了受天然气系统影响的电力系统的电网故障估计问题。
本发明的有益效果是：
本发明的针对连锁故障估计存在的不足，提出的考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法，将有效估计天然气系统故障后电力系统是否会发生连锁故障，相较于之前的方法更为精确、有效。
此外，本发明可直接应用到当前的电力调度系统(EMS)系统中去，根据天然气系统的运行状况来判断电力系统是否会发生连锁故障，以为下一个时刻的电力系统调度做好准备，其对于提高电力系统的安全运行具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明方法的逻辑框图；
图2为电-气耦合系统的示意图；
图3为电-气耦合系统的测试系统图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
按照本发明完整方法实施的本发明的实施例及其实施过程如下：
首先，如图2所示，电-气耦合系统主要由天然气系统和电力系统两个系统耦合而成。天然气系统是由多个天然气节点构成，天然气系统运行依靠多个天然气气源对各个天然气节点的天然气负荷供应，天然气节点之间通过管道连通；
电力系统是由多个电力节点构成，每个电力节点包含天然气机组和燃煤机组，天然气机组是在电力系统中的需要消耗天然气的发电机组，并由天然气气源供应天然气，燃煤机组是在电力系统中的需要消耗煤的发电机组；天然气气源一方面向天然气系统中的各个天然气节点供应，另一方面向电力系统的电力节点中的各个天然气机组供应，天然气气源向电力系统中的天然气机组输出的天然气供应量称为气转电负荷。
电力系统中的电力节点与天然气系统中的天然气节点之间存在连接关系拓扑，一个电力系统与至少一个天然气系统连接，一个天然气系统与至少一个电力系统连接，天然气系统向电力系统传输天然气所对应的天然气节点和电力节点构成了耦合关系，组成耦合节点。
参考图1，本发明的实施方案主要包括如下几个过程：
1)根据天然气系统故障建立天然气系统的故障物理模型
在天然气系统运行过程中，若某个气源供应中断后，即发生任一事故lg，则增加其余气源的供应量；若增加其余气源的供应量后，天然气系统仍存在天然气供应缺额或者管道出现阻塞，则减小气转电负荷，以保证系统能可靠运行。
当天然气系统从初始状态0转变为事故后状态lg，根据图3中给定的测试系统的数据采用以下方式计算获得对于状态lg下的天然气气源供应量和气转电负荷的去除量；
1.1)建立以下天然气系统发生事故后的目标函数：
1.2)并且建立以下天然气供应约束条件：
1.2.a.天然气管道流量约束：
在天然气系统运行过程中，天然气节点之间的管道ij上状态lg下的流量与管道ij两端的气压有关，建立以下约束：
如图3所示，本实施例的测试系统中的管道气流传输参数Mij为6，管道传输容量上限和下限分别为10×103m3/h和0.
1.2.b.天然气节点气压约束：
在天然气系统运行过程中，天然气系统的气压在以下约束范围：
1.2.c.气源约束：
天然气气源的出气量在以下约束范围内：
如图3所示，本测试系统气源的出气量的最大值为8×103m3/h，最小值为0.
1.2.d.压缩机约束：
天然气系统节点之间的管道上设有压缩机，压缩机调节管道上的气压，压缩机需要消耗天然气驱动；在天然气系统运行过程中，压缩机的升压比例在以下约束范围内：
如图3所示，本测试系统压缩机c的升压比例的上限为2，下限为1。
1.2.e.节点气流平衡约束：
在天然气系统运动过程中，在状态lg时，任一天然气节点i处天然气流入量和流出量满足以下约束：
1.2.f.天然气负荷去除量约束：
1.3)基于上述模型，求解获得事故后状态lg下各个耦合节点中天然气节点i处的天然气负荷的去除量
根据图3的测试系统，按照上述方法计算不同故障下天然气负荷的去除量，可得当气源W1故障下，气转电负荷的去除量为2.5×103m3/h；当气源W2故障下，气转电负荷的去除量为3.2×103m3/h；当气源W1和W2同时故障下，气转电负荷的去除量为5.7×103m3/h。
2)将天然气系统的故障物理模型耦合到电力系统连锁故障估计处理中，构建天然气系统影响的电力系统连锁故障模型：
2.1)在天然气系统发生事故后，获得电力系统中的天然气机组输出功率
电力系统的电力节点i中的天然气机组的输出功率由电力节点对应耦合的天然气节点m的供气量采用以下公式计算获得：
如图3所示，本测试系统采用的天然气热值GHV为8.9，气转电负荷的初始状态0时为5.7×103m3/h。为此，当气源W1故障下，与天然气系统相连的天然气机组G1的输出功率为28.48MWh；当气源W2故障下，天然气机组G1的输出功率为22.25MWh；当气源W1和W2同时故障下，天然气机组的输出功率为0。
2.2)建立天然气系统发生事故影响的电力系统连锁故障模型
当电力系统本身发生随机故障电力系统由初始状态0转变为事故后状态lp，只能通过调节电力节点中燃煤机组的输出功率或切除电力负荷保证系统功率平衡，这一过程可能导致电力系统中线路过载进而引起连锁故障，建立以下直流潮流模型，直流潮流模型包括孤岛内发电与负荷调整、直流潮流计算和过载线路切除的依次三步骤：
2.2.a.孤岛内发电与负荷调整
在电力系统的随机故障lp的影响下，电力系统出现孤岛sb，对于孤岛sb，内部发电与负荷的平衡主要包括增加燃煤机组的输出功率和减少电力负荷两类，先进行孤岛备用容量系数GCsb计算为：
若孤岛备用容量系数GCsb≥0，则说明备用容量足够，根据孤岛sb内不同电力节点的燃煤机组的剩余发电容量按比例增加输出功率；在电力系统的随机故障lp下，孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷计算为：
若孤岛备用容量系数GCsb<0，则说明备用容量不足，将孤岛sb内所有电力节点的所有燃煤机组输出功率均设增加为最大值，然后按照功率缺额等比例削减负荷；在电力系统的随机故障lp下，孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷计算为：
2.2.b.直流潮流计算
根据上述步骤2.2.a计算获得的孤岛sb内不同电力节点n的输出功率和电力负荷得到各个节点的净注入功率为且 表示净注入功率的集合，表示随机故障lp下的节点n的净注入功率；接着利用注入功率的集合采用以下公式的直流潮流模型计算孤岛sb内的潮流，即电力线路功率向量
2.2.c.过载线路切除判据
在上述步骤2.2.b结束后，对每条电力节点之间的线路进行以下判断：若线路上流过的功率超过线路的容量上限，即满足以下公式，则认为电力节点之间的该条线路过载，进行去除，然后重复上述步骤2.2.a和步骤2.2.b迭代处理，直至保留下来的每条线路均没有过载：
若线路上流过的功率未超过线路的容量上限，即不满足公式，则认为各个电力节点之间线路没有过载，则将该条线路保留；若所有线路均没有过载，则认为计算收敛。
3)利用电力系统连锁故障模型计算获得故障估计参数，根据故障估计参数进行连锁故障估计判断。
3.1)故障估计参数主要包括拓扑完整参数和物理运行参数两个方面：
最后次迭代处理后，计算拓扑完整参数Rtop和电力系统的负荷切除比例Rpls。
通过上述的迭代处理，计算得到当考虑天然气系统影响后电力系统的连锁故障估计参数分别为：当气源W1故障下，Rtop和Rpls分别为0.33和0.25；当气源W2故障下，Rtop和Rpls分别为0.33和0.30；当气源W1和W2同时故障下，Rtop和Rpls分别为0.66和0.75。
3.2)根据拓扑完整参数Rtop和电力系统的负荷切除比例Rpls，采用以下方式进行比较判断获得电力系统连锁故障情况结果：
当则认为电力系统中损失节点的比例超过阈值此时电力系统发生连锁故障。
当则认为电力系统中损失电力负荷的比例超过阈值此时电力系统发生连锁故障。
此处，实施例中和分别为0.5和0.5，即造成一半以上的节点或者负荷损失，即可认为发生连锁故障。根据上述天然气系统不同故障下电力系统的故障参数可知，当气源W1和W2同时故障下，电力系统将发生连锁故障。
Claims (5)
1.一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法，其特征在于：建立了天然气系统的故障物理模型，将天然气系统的故障物理模型耦合到电力系统连锁故障估计处理中，形成了天然气系统发生事故影响的电力系统连锁故障模型，并利用电力系统连锁故障模型计算获得故障估计参数，利用故障估计参数进行连锁故障估计判断。
2.根据权利要求1所述的一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法，其特征在于：方法主要包括以下几部分：
天然气系统是由多个天然气节点构成，天然气系统运行依靠多个天然气气源对各个天然气节点的天然气负荷供应，天然气节点之间通过管道连通；
电力系统是由多个电力节点构成，每个电力节点包含天然气机组和燃煤机组，天然气机组gg是在电力系统中的需要消耗天然气的发电机组，并由天然气气源供应天然气，燃煤机组是在电力系统中的需要消耗煤的发电机组；天然气气源一方面向天然气系统中的各个天然气节点供应，另一方面向电力系统的电力节点中的各个天然气机组供应，天然气气源向电力系统中的天然气机组输出的天然气供应量作为气转电负荷；
电力系统中的电力节点与天然气系统中的天然气节点之间存在连接关系拓扑，一个电力系统与至少一个天然气系统连接，一个天然气系统与至少一个电力系统连接，天然气系统向电力系统传输天然气所对应的天然气节点和电力节点构成了耦合关系，组成耦合节点；
1)根据天然气系统故障建立天然气系统的故障物理模型
当天然气系统从初始状态0转变为事故后状态lg，采用以下方式计算获得对于状态lg下的天然气气源供应量和气转电负荷的去除量；
1.1)建立以下天然气系统发生事故后的目标函数：
式中，lg表示天然气系统从初始状态0转变为事故后的状态，和Ci,G分别为状态lg下天然气节点i处气源的供应量和天然气的供应计量值；和Ci,LC分别为状态lg下天然气节点i处天然气负荷的去除量及去除计量值；Ng表示天然气系统中的节点个数，i表示天然气节点的序数；
1.2)并且建立以下天然气供应约束条件：
1.2.a.天然气管道流量约束：
在天然气系统运行过程中，天然气节点之间的管道ij上状态lg下的流量与管道ij两端的气压有关，建立以下约束：
式中，和分别代表状态lg时管道ij上流过的天然气流量和管道两端天然气节点i及天然气节点j时的气压；Mij和分别代表管道ij的气流传输参数及天然气流向；和分别代表管道ij传输流量容量的上限和下限；Eg表示天然气系统中的管道的集合，Ng表示天然气系统中的天然气节点的集合；
1.2.b.天然气节点气压约束：
在天然气系统运行过程中，天然气系统的气压在以下约束范围：
式中，和分别表示天然气节点i处气压的最大值和最小值；
1.2.c.气源约束：
天然气气源的出气量在以下约束范围内：
式中，和分别表示天然气节点i处气源出气量的最大值和最小值；
1.2.d.压缩机约束：
天然气系统节点之间的管道上设有压缩机，压缩机调节管道上的气压，压缩机消耗天然气驱动；在天然气系统运行过程中，压缩机的升压比例在以下约束范围内：
式中，和分别代表管道上ij的压缩机c的升压比例的上下限；
1.2.e.节点气流平衡约束：
在天然气系统运动过程中，在状态lg时，任一天然气节点i处天然气流入量和流出量满足以下约束：
式中，为初始状态0时天然气节点i处的天然气负荷，和分别为事故后状态lg下天然气节点i处气源的供应量和天然气负荷的去除量，表示管道ij上的压缩机c在状态lg下所消耗的天然气量；
1.2.f.天然气负荷去除量约束：
式中，为事故后状态lg下天然气节点i处负荷去除量的最大值；
1.3)基于上述模型，求解获得事故后状态lg下各个耦合节点中天然气节点i处的天然气负荷的去除量
2)将天然气系统的故障物理模型耦合到电力系统连锁故障估计处理中，构建天然气系统影响的电力系统连锁故障模型：
2.1)在天然气系统发生事故后，获得电力系统中的天然气机组输出功率
电力系统的电力节点i中的天然气机组的输出功率由电力节点对应耦合的天然气节点m的供气量采用以下公式计算获得：
式中，为状态lg时与天然气节点i耦合的电力节点m处天然气机组gg的输出功率，GHV表示天然气的热值，Ngp表示耦合节点的集合，m表示电力节点的序数；
2.2)建立天然气系统发生事故影响的电力系统连锁故障模型
当电力系统本身发生随机故障，电力系统由初始状态0转变为事故后状态lp，只能通过调节电力节点中燃煤机组的输出功率或切除电力负荷保证系统功率平衡，这一过程可能导致电力系统中线路过载进而引起连锁故障，建立以下直流潮流模型，直流潮流模型包括孤岛内发电与负荷调整、直流潮流计算和过载线路切除的依次三步骤：
2.2.a.孤岛内发电与负荷调整
在电力系统的随机故障lp的影响下，电力系统出现孤岛sb；对于孤岛sb，内部发电与负荷的平衡主要包括增加燃煤机组的输出功率和减少电力负荷两类，根据孤岛备用容量系数GCsb来确定具体采取何种调整方式计算获得在电力系统的随机故障lp下孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷孤岛备用容量系数GCsb具体采用以下公式计算：
式中，表示孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的发电容量；表示孤岛sb内电力节点n处负荷；Np,sb表示孤岛sb内电力节点的集合，共有Np,sb个节点；
若孤岛备用容量系数GCsb≥0，则说明备用容量足够，根据孤岛sb内不同电力节点的燃煤机组的剩余发电容量按比例增加输出功率；在电力系统的随机故障lp下，孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷计算为：
式中，和分别表示初始状态0下孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷；表示由上述步骤2.1中确定的天然气系统故障状态lg时与天然气节点i耦合的孤岛sb内电力节点n处天然气机组gg的输出功率，表示孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率的最大值。
反之，若孤岛备用容量系数GCsb<0，则说明备用容量不足，将孤岛sb内所有电力节点的所有燃煤机组输出功率均设增加为最大值，然后按照功率缺额等比例削减负荷；在电力系统的随机故障lp下，孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的输出功率和电力负荷计算为：
2.2.b.直流潮流计算
根据上述步骤2.2.a计算获得的孤岛sb内不同电力节点n的输出功率和电力负荷得到各个节点的净注入功率为且 表示净注入功率的集合，表示随机故障lp下的节点n的净注入功率；接着利用注入功率的集合采用以下公式的直流潮流模型计算孤岛sb内的潮流，即电力线路功率向量
其中，A为功率传输分配系数矩阵，由电网的导纳矩阵计算而得，为电力线路功率向量，电力线路功率向量包含了孤岛sb内各个电力节点之间的线路上流过的功率；
2.2.c.过载线路切除判据
在上述步骤2.2.b结束后，对每条电力节点之间的线路进行以下判断：
若线路上流过的功率超过线路的容量上限，即满足以下公式，则认为电力节点之间的该条线路过载，进行去除，然后重复上述步骤2.2.a和步骤2.2.b迭代处理，直至保留下来的每条线路均没有过载：
式中，和分别表示节点n'和节点n之间的线路流过的功率和线路的容量上限；
若线路上流过的功率未超过线路的容量上限，即不满足公式，则认为各个电力节点之间线路没有过载，则将该条线路保留；
3)利用电力系统连锁故障模型计算获得故障估计参数，根据故障估计参数进行连锁故障估计判断。
3.根据权利要求2所述的一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：
3.1)故障估计参数主要包括拓扑完整参数和物理运行参数两个方面：
拓扑完整参数Rtop采用以下公式的损失节点比例计算示：
式中，为步骤2)之后最大孤岛的节点个数，Np为初始电力系统的节点个数；
物理运行参数包括电力系统的负荷切除比例Rpls，分别计算为：
其中，表示在电力系统的随机故障lp下孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的电力负荷；
3.2)根据拓扑完整参数Rtop和电力系统的负荷切除比例Rpls，采用以下方式进行比较判断获得电力系统连锁故障情况结果：
当则认为电力系统中损失节点的比例超过阈值则此时电力系统发生连锁故障；
当则认为电力系统中损失电力负荷的比例超过阈值则此时电力系统发生连锁故障。
4.根据权利要求2所述的一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法，其特征在于：所述步骤1.2.e中，压缩机c在状态lg所消耗的天然气量采用以下公式计算获得：
1.2.e.1.首先采用以下公式计算管道ij上的压缩机c在状态lg所消耗的功率
式中，Bij表示压缩机常数，zc和α分别表示压缩机系数和热力系数；
1.2.e.2.根据上式计算出的功率再采用以下公式计算获得压缩机c在状态lg所消耗的天然气量
式中，和代表第一、第二和第三压缩机气量消耗系数。
5.根据权利要求2所述的一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法，其特征在于：所述天然气系统的故障物理模型采用内点法进行求解。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811535499.0A CN109615248B (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811535499.0A CN109615248B (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109615248A true CN109615248A (zh) | 2019-04-12 |
| CN109615248B CN109615248B (zh) | 2023-02-10 |
Family
ID=66009985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811535499.0A Active CN109615248B (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109615248B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110163490A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-08-23 | 长沙理工大学 | 一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法 |
| CN110263435A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-20 | 燕山大学 | 基于电-气耦合综合能源系统的双层优化故障恢复方法 |
| CN110504714A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-11-26 | 中国南方电网有限责任公司 | 配电系统的控制方法、装置、系统、设备及存储介质 |
| CN112736923A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-30 | 华南理工大学 | 一种考虑电网故障影响的天然气网连锁故障评估控制方法 |
| CN112861295A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-05-28 | 清华大学 | 一种基于电气耦合系统安全预警的紧急控制方法及系统 |
| CN112987688A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-06-18 | 清华大学 | 一种电气耦合系统故障预警方法及预警装置 |
| CN113221358A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-06 | 浙江大学 | 基于可靠性参数的电-气耦合系统的备用出力优化方法 |
| CN116362478A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-06-30 | 浙江大学 | 考虑综合能源枢纽灵活性的电-气耦合系统风险调度方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103311926A (zh) * | 2013-07-05 | 2013-09-18 | 重庆大学 | 基于统一潮流控制器的电力系统连锁故障模拟方法 |
| WO2018049737A1 (zh) * | 2016-09-18 | 2018-03-22 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种基于分区负荷控制的安全校正计算方法 |
| CN108767852A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-06 | 浙江大学 | 一种电-气耦合系统节点可靠性评估方法 |
-
2018
- 2018-12-14 CN CN201811535499.0A patent/CN109615248B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103311926A (zh) * | 2013-07-05 | 2013-09-18 | 重庆大学 | 基于统一潮流控制器的电力系统连锁故障模拟方法 |
| WO2018049737A1 (zh) * | 2016-09-18 | 2018-03-22 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种基于分区负荷控制的安全校正计算方法 |
| CN108767852A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-06 | 浙江大学 | 一种电-气耦合系统节点可靠性评估方法 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110163490A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-08-23 | 长沙理工大学 | 一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法 |
| CN110263435A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-20 | 燕山大学 | 基于电-气耦合综合能源系统的双层优化故障恢复方法 |
| CN110504714A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-11-26 | 中国南方电网有限责任公司 | 配电系统的控制方法、装置、系统、设备及存储介质 |
| CN110504714B (zh) * | 2019-09-11 | 2021-01-26 | 中国南方电网有限责任公司 | 配电系统的控制方法、装置、系统、设备及存储介质 |
| CN112736923A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-30 | 华南理工大学 | 一种考虑电网故障影响的天然气网连锁故障评估控制方法 |
| CN112736923B (zh) * | 2020-12-08 | 2023-06-20 | 华南理工大学 | 一种考虑电网故障影响的天然气网连锁故障评估控制方法 |
| CN112861295A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-05-28 | 清华大学 | 一种基于电气耦合系统安全预警的紧急控制方法及系统 |
| CN112987688A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-06-18 | 清华大学 | 一种电气耦合系统故障预警方法及预警装置 |
| CN112987688B (zh) * | 2021-02-10 | 2022-07-08 | 清华大学 | 一种电气耦合系统故障预警方法及预警装置 |
| CN113221358A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-06 | 浙江大学 | 基于可靠性参数的电-气耦合系统的备用出力优化方法 |
| CN116362478A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-06-30 | 浙江大学 | 考虑综合能源枢纽灵活性的电-气耦合系统风险调度方法 |
| CN116362478B (zh) * | 2023-02-15 | 2024-03-22 | 浙江大学 | 考虑综合能源枢纽灵活性的电-气耦合系统风险调度方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109615248B (zh) | 2023-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109615248A (zh) | 一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法 | |
| JP4944578B2 (ja) | 低圧系統の自立運転方法及び低圧系統の自立運転システム | |
| CN102496937B (zh) | 一种适用于智能配电网的基于负荷均衡故障恢复方法 | |
| CN103914788B (zh) | 电网多环节系统的可靠性评估方法 | |
| CN108134393A (zh) | 一种基于电能路由技术的区域能源互联配电网系统 | |
| CN105117970A (zh) | 一种并列供电系统连环故障概率计算方法 | |
| CN104967126A (zh) | 一种面向区域电网的跨流域水电站群多电网联合调峰方法 | |
| CN110210095A (zh) | 一种基于混合整数线性规划的配电网可靠性指标计算方法 | |
| WO2021203481A1 (zh) | 一种基于馈线走廊的可靠性约束配电网规划方法 | |
| CN102594688B (zh) | 一种网络的路由选取方法和系统 | |
| CN112398122B (zh) | 一种极寒灾害下热电耦合系统应急恢复方法 | |
| CN103746388A (zh) | 配电网无功电压三级协调控制方法 | |
| CN107332236A (zh) | 一种基于全局搜索的电网负荷转供方法 | |
| CN110929212A (zh) | 大电网薄弱热稳定断面搜索及限额制定的在线计算方法 | |
| CN112928753A (zh) | 一种多能协同的配电网主动解列控制方法 | |
| CN106253345B (zh) | 一种电力网络及其控制方法、装置和系统 | |
| CN110378570A (zh) | 一种电-气互依赖系统连锁效应处理方法 | |
| CN106208048B (zh) | 一种基于图论形式的阻塞管理方法 | |
| CN107248754A (zh) | 一种分布式电源的选址定容方法 | |
| CN105048449B (zh) | 基于潮流转移分布因子的统一潮流控制器控制整定方法 | |
| CN103368176A (zh) | 一种危险输电断面的搜索方法 | |
| CN106786504A (zh) | 融合分布式电源与柔性负荷的配电网检修负荷转供方法 | |
| CN103887793B (zh) | 电力网络软分区的条件聚类方法 | |
| CN116128110A (zh) | 一种电热综合能源系统的多阶段韧性提升方法及终端 | |
| CN206452113U (zh) | 一种双链多闭环互联配电网接线结构及其供电系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |