CN109615248B - 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 PDF

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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

一种考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障估计方法
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：
Figure BDA0001906751360000021
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，
Figure BDA0001906751360000022
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；
Figure BDA0001906751360000023
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
Figure BDA00019067513600000212
与管道ij两端的气压有关，建立以下约束：
Figure BDA0001906751360000024
Figure BDA0001906751360000025
Figure BDA0001906751360000026
式中，
Figure BDA0001906751360000027
和
Figure BDA0001906751360000028
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
Figure BDA0001906751360000029
分别代表管道ij的气流传输参数及天然气流向；
Figure BDA00019067513600000210
和
Figure BDA00019067513600000211
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：
Figure BDA0001906751360000031
式中，
Figure BDA0001906751360000032
和
Figure BDA0001906751360000033
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：
Figure BDA0001906751360000034
式中，
Figure BDA0001906751360000035
和
Figure BDA0001906751360000036
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：
Figure BDA0001906751360000037
式中，
Figure BDA0001906751360000038
和
Figure BDA0001906751360000039
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：
Figure BDA00019067513600000310
式中，
Figure BDA00019067513600000311
为初始状态0时天然气节点i处的天然气负荷，
Figure BDA00019067513600000312
和
Figure BDA00019067513600000313
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，
Figure BDA00019067513600000314
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：
Figure BDA00019067513600000315
式中，
Figure BDA00019067513600000316
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
Figure BDA00019067513600000317
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
Figure BDA0001906751360000041
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：
Figure BDA0001906751360000042
式中，
Figure BDA0001906751360000043
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
Figure BDA0001906751360000044
和电力负荷
Figure BDA0001906751360000045
孤岛备用容量系数GCsb具体采用以下公式计算：
Figure BDA0001906751360000046
式中，
Figure BDA0001906751360000047
表示孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的发电容量；
Figure BDA0001906751360000048
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
Figure BDA0001906751360000049
和电力负荷
Figure BDA00019067513600000410
计算为：
Figure BDA0001906751360000051
Figure BDA0001906751360000052
式中，
Figure BDA0001906751360000053
和
Figure BDA0001906751360000054
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；
Figure BDA0001906751360000055
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，
Figure BDA0001906751360000056
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
Figure BDA0001906751360000057
和电力负荷
Figure BDA0001906751360000058
计算为：
Figure BDA0001906751360000059
Figure BDA00019067513600000510
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
Figure BDA00019067513600000511
且
Figure BDA00019067513600000512
Figure BDA00019067513600000513
表示净注入功率的集合，
Figure BDA00019067513600000514
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
Figure BDA00019067513600000515
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
Figure BDA00019067513600000516
Figure BDA00019067513600000517
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，
Figure BDA00019067513600000518
为电力线路功率向量，电力线路功率向量
Figure BDA00019067513600000519
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：
Figure BDA0001906751360000061
式中，
Figure BDA0001906751360000062
和
Figure BDA0001906751360000063
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：
Figure BDA0001906751360000064
式中，
Figure BDA0001906751360000065
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：
Figure BDA0001906751360000066
其中，
Figure BDA0001906751360000067
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
Figure BDA0001906751360000068
则认为电力系统中损失节点的比例超过阈值
Figure BDA0001906751360000069
则此时电力系统发生连锁故障；
当
Figure BDA00019067513600000610
则认为电力系统中损失电力负荷的比例超过阈值
Figure BDA00019067513600000611
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
Figure BDA00019067513600000612
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
Figure BDA0001906751360000071
Figure BDA0001906751360000072
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
Figure BDA0001906751360000073
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
Figure BDA0001906751360000074
Figure BDA0001906751360000075
式中，
Figure BDA0001906751360000076
和
Figure BDA0001906751360000077
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：
Figure BDA0001906751360000081
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
Figure BDA0001906751360000082
与管道ij两端的气压有关，建立以下约束：
Figure BDA0001906751360000083
Figure BDA0001906751360000084
Figure BDA0001906751360000085
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
Figure BDA0001906751360000086
和下限
Figure BDA0001906751360000087
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：
Figure BDA0001906751360000091
1.2.c.气源约束：
天然气气源的出气量在以下约束范围内：
Figure BDA0001906751360000092
如图3所示，本测试系统气源的出气量的最大值
Figure BDA0001906751360000093
为8×103m3/h，最小值
Figure BDA0001906751360000094
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：
Figure BDA0001906751360000095
如图3所示，本测试系统压缩机c的升压比例的上限
Figure BDA0001906751360000096
为2，下限
Figure BDA0001906751360000097
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：
Figure BDA0001906751360000098
1.2.f.天然气负荷去除量约束：
Figure BDA0001906751360000099
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
Figure BDA00019067513600000910
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
Figure BDA0001906751360000101
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：
Figure BDA0001906751360000102
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：
Figure BDA0001906751360000103
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
Figure BDA0001906751360000104
和电力负荷
Figure BDA0001906751360000105
计算为：
Figure BDA0001906751360000106
Figure BDA0001906751360000107
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
Figure BDA0001906751360000108
和电力负荷
Figure BDA0001906751360000109
计算为：
Figure BDA00019067513600001010
Figure BDA0001906751360000111
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
Figure BDA0001906751360000112
且
Figure BDA0001906751360000113
Figure BDA0001906751360000114
表示净注入功率的集合，
Figure BDA0001906751360000115
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
Figure BDA0001906751360000116
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
Figure BDA0001906751360000117
Figure BDA0001906751360000118
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：
Figure BDA0001906751360000119
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
Figure BDA00019067513600001110
则认为电力系统中损失节点的比例超过阈值
Figure BDA00019067513600001111
此时电力系统发生连锁故障。
当
Figure BDA00019067513600001112
则认为电力系统中损失电力负荷的比例超过阈值
Figure BDA00019067513600001113
此时电力系统发生连锁故障。
此处，实施例中
Figure BDA0001906751360000121
和
Figure BDA0001906751360000122
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 (4)

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；
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：
Figure FDA0003924499740000011
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，
Figure FDA0003924499740000012
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；
Figure FDA0003924499740000013
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
Figure FDA0003924499740000021
与管道ij两端的气压有关，建立以下约束：
Figure FDA0003924499740000022
Figure FDA0003924499740000023
Figure FDA0003924499740000024
式中，
Figure FDA0003924499740000025
和
Figure FDA0003924499740000026
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
Figure FDA0003924499740000027
分别代表管道ij的气流传输参数及天然气流向；
Figure FDA0003924499740000028
和
Figure FDA0003924499740000029
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：
Figure FDA00039244997400000210
式中，
Figure FDA00039244997400000211
和
Figure FDA00039244997400000212
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：
Figure FDA00039244997400000213
式中，
Figure FDA00039244997400000214
和
Figure FDA00039244997400000215
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：
Figure FDA00039244997400000216
式中，
Figure FDA00039244997400000217
和
Figure FDA00039244997400000218
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：
Figure FDA00039244997400000219
式中，
Figure FDA00039244997400000220
为初始状态0时天然气节点i处的天然气负荷，
Figure FDA00039244997400000221
和
Figure FDA00039244997400000222
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，
Figure FDA0003924499740000031
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：
Figure FDA0003924499740000032
式中，
Figure FDA0003924499740000033
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
Figure FDA0003924499740000034
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
Figure FDA0003924499740000035
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：
Figure FDA0003924499740000036
式中，
Figure FDA0003924499740000037
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，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
Figure FDA0003924499740000038
和电力负荷
Figure FDA0003924499740000039
孤岛备用容量系数GCsb具体采用以下公式计算：
Figure FDA00039244997400000310
式中，
Figure FDA00039244997400000311
表示孤岛sb内电力节点n处燃煤机组gf的发电容量；
Figure FDA00039244997400000312
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
Figure FDA0003924499740000041
和电力负荷
Figure FDA0003924499740000042
计算为：
Figure FDA0003924499740000043
Figure FDA0003924499740000044
式中，
Figure FDA0003924499740000045
和
Figure FDA0003924499740000046
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；
Figure FDA0003924499740000047
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，
Figure FDA0003924499740000048
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
Figure FDA0003924499740000049
和电力负荷
Figure FDA00039244997400000410
计算为：
Figure FDA00039244997400000411
Figure FDA00039244997400000412
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
Figure FDA00039244997400000413
且
Figure FDA00039244997400000414
Figure FDA00039244997400000415
表示净注入功率的集合，
Figure FDA00039244997400000416
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
Figure FDA00039244997400000417
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
Figure FDA00039244997400000418
Figure FDA00039244997400000419
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，
Figure FDA00039244997400000420
为电力线路功率向量，电力线路功率向量
Figure FDA00039244997400000421
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：
Figure FDA0003924499740000051
式中，
Figure FDA0003924499740000052
和
Figure FDA0003924499740000053
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。
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：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：
Figure FDA0003924499740000054
式中，
Figure FDA0003924499740000055
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：
Figure FDA0003924499740000056
其中，
Figure FDA0003924499740000057
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
Figure FDA0003924499740000058
则认为电力系统中损失节点的比例超过阈值
Figure FDA0003924499740000059
则此时电力系统发生连锁故障；
当
Figure FDA00039244997400000510
则认为电力系统中损失电力负荷的比例超过阈值
Figure FDA00039244997400000511
则此时电力系统发生连锁故障。
3.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：所述步骤1.2.e中，压缩机c在状态lg所消耗的天然气量
Figure FDA00039244997400000512
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
Figure FDA00039244997400000513
Figure FDA0003924499740000061
式中，Bij表示压缩机常数，zc和a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
Figure FDA0003924499740000062
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
Figure FDA0003924499740000063
Figure FDA0003924499740000064
式中，
Figure FDA0003924499740000065
和
Figure FDA0003924499740000066
代表第一、第二和第三压缩机气量消耗系数。
4.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：所述天然气系统的故障物理模型采用内点法进行求解。
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