[发明专利]基于电-气互联综合能源系统暂态模型的能量流仿真方法

权利要求书

1.一种基于电-气互联综合能源系统暂态模型的能量流仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)考虑天然气管网慢过程的动态特性，即天然气管道存储和天然气慢流动速率，建立天然气管网暂态模型，具体步骤如下：

1.1：暂态天然气管道流量模型由表征质量守恒、能量守恒和牛顿第二定律的偏微分方程描述，其中，假设管道天然气流量温度与环境温度相等，即不存在能量交换，因此能量守恒公式可以忽略，具体描述如下：

其中：l是管道长度量；t为时间；ρ为天然气密度；υ表示天然气轴向流速；π是天然气压力；G是重力加速度；H为高程；F是摩擦因子；D代表管道内径；

1.2：假设不同地区管道水平，即高程H相同，则为0；同时和可以忽略不计，故步骤1.1中式2可转换为：

1.3：天然气压力可以通过热力学公式π＝ρZRT表示，其中Z是天然气平均压缩因子；R是气体常数；T表示管道中天然气平均温度；公式是由压力、密度和天然气轴向速度表示的天然气管道质量流；代入步骤1.1式1和步骤1.2转换所得等式得：和其中：π_l,t和f_l,t为t时刻管道长度为l处的压力和流量；

(2)采用隐式有限差分法，考虑管道分段步长Δl和时间步长Δt，将描述天然气管道气流动态特性的时空偏微分方程差分为一系列代数方程表达式，包括以下步骤：

2.1：确定每条天然气管道分段数NP，则管道分段步长Δl＝L/NP，管道分段后的节点数为NP+1，含两端节点，确定时间步长Δt，时间周期为24小时，则有NT＝24/Δt个时间点；

2.2：差分步骤1建立的偏微分方程，差分后可由如下代数方程表达：

(3)通过耦合元件耦合电网和天然气管网，构建电气互联综合能源系统，并建立其暂态模型，具体包括如下步骤：

3.1、燃气轮机：其中：M₁，M₂，M₃是天然气供应系数；e是消耗的天然气；发电量P_G是发电量；

3.2、电转气技术：其中：f_P2G是产生的天然气流量；P_P为消耗的功率；μ_P是P2G转换效率；H_G等于天然气热值；

(4)以综合能源系统稳态模型计算所得变量值作为变量初值，利用牛顿-拉夫逊法求解电-气互联综合能系统多时段暂态能量流，具体包括如下步骤：

4.1：进行电力系统潮流计算，具体步骤如下：

4.1.1：输入节点电压幅值和相角的初值；

4.1.2：根据电力系统拓扑结构，形成导纳矩阵；

4.1.3：计算不平衡量；

4.1.4：不平衡量小于收敛判据则进行步骤4.2，否则进行步骤4.1.5；

4.1.5：计算雅克比矩阵；

4.1.6：计算修正量，得到电压相角和幅值的新的初值，同时判断是否收敛，若修正量小于收敛判据，进行步骤4.2，否则返回步骤4.1.3；

4.2：根据电力系统潮流计算结果，计算燃气轮机的天然气消耗量和电转气技术的天然气产量；

4.3：天然气系统能量流计算，具体步骤如下：

4.3.1：输入各节点压力、管道流量、加压站流量初值；

4.3.2：计算不平衡量；

4.3.3：不平衡量小于收敛判据则进行步骤4.4，否则进行步骤4.3.4；

4.3.4：计算雅克比矩阵；

4.3.5：计算修正量，得到天然气系统变量新的初值，判断是否收敛，若修正量小于收敛判据，进行步骤4.4，否则返回步骤4.3.2；

4.4：t＝t+Δt，进行下一时刻的能量流计算；

4.5：t大于24则输出结果，否则返回步骤4.1进行t时刻能量流计算；

(5)在综合能源系统中测试其性能。