[发明专利]一种电-气耦合系统骨干网架重构方法

权利要求书

1.一种电-气耦合系统骨干网架重构方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立故障前的电-气耦合系统网络拓扑模型，电-气耦合系统发生故障后，确定发生故障后的电-气耦合系统的初始运行状态；

步骤2：基于故障前的电-气耦合系统网络拓扑模型，计算电-气耦合系统中各电节点和气节点的重要度；

步骤3：基于各电节点的重要度和气节点的重要度，建立电-气耦合系统骨干网架重构模型的目标函数；

步骤4：根据故障前的电-气耦合系统网络拓扑模型和初始运行状态，建立电-气耦合系统骨干网架重构模型的约束条件；

步骤5：利用初始运行状态、约束条件和目标函数对故障前的电-气耦合系统网络拓扑模型进行计算，得到恢复控制结果，利用恢复控制结果重构故障前的电-气耦合系统网络拓扑模型获得电-气耦合系统骨干网架重构模型，按照电-气耦合系统骨干网架重构模型对故障后的电-气耦合系统进行骨干网架重构；

所述的步骤1具体为：

故障前的电-气耦合系统网络拓扑模型包括故障前的电力系统网络拓扑模型、故障前的天然气系统网络拓扑模型和电-气耦合设备网络拓扑模型；

步骤1.1：建立故障前的电力系统网络拓扑模型，通过以下公式进行设置：

其中，表示故障前的电力系统网络拓扑集合，I表示电节点集合，L表示电力线路集合；

步骤1.2：建立故障前的天然气系统网络拓扑模型，通过以下公式进行设置：

其中，表示故障前的天然气系统网络拓扑集合，J表示气节点集合，P表示天然气管道集合；

步骤1.3：建立电-气耦合设备网络拓扑模型，通过以下公式进行设置：

Ξ＝{Ξ_gfu,Ξ_ptg} (3)

其中，Ξ表示电-气耦合设备网络拓扑集合；Ξ_gfu表示燃气机组依赖链接集合；Ξ_ptg表示电转气设备依赖链接集合；

步骤1.4：电-气耦合系统发生故障后，电力系统和天然气系统均包括故障部分和正常工作部分，将电力系统和天然气系统中正常工作部分的运行参数作为初始运行状态；

所述步骤2具体为：

步骤2.1：基于故障前的电力系统网络拓扑模型计算各电节点的重要度，通过以下公式进行设置：

其中，Λ_e,i表示电节点i的重要度；λ_e,i表示电节点i的优先恢复系数；k_e表示发电机组恢复偏重系数；表示电节点i的发电容量；表示电节点i发生故障前的电力负荷；k_i表示电节点i的拓扑度数；i表示电节点的序数；

步骤2.2：基于故障前的天然气系统网络拓扑模型计算各气节点的重要度，通过以下公式进行设置：

其中，Λ_g,j表示气节点j的重要度；λ_g,j表示气节点j的优先恢复系数；k_g表示气源设备恢复偏重系数；表示气节点j的天然气产出容量；表示气节点j发生故障前的天然气负荷；k_j表示气节点j的拓扑度数；j表示气节点的序数；

所述步骤3具体为：

以电节点的重要度和气节点的重要度之和最大为电-气耦合系统骨干网架重构的目标，建立电-气耦合系统骨干网架重构模型的目标函数，通过以下公式进行设置：

其中，r表示电-气耦合系统骨干网架重构模型的目标函数；β_e,i表示电节点i的恢复控制变量；β_g,j表示气节点j的恢复控制变量；

所述步骤4具体为：

初始运行状态包括初始正常电节点、初始正常电力线路、初始正常气节点、初始正常天然气管道组成的集合Ω_black，电力线路维修资源数量R_e和天然气管道维修资源数量R_g；

约束条件具体包括：恢复资源约束、逻辑约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束、电力-天然气相互依赖约束和拓扑连通性约束；

步骤4.1：根据电力线路维修资源数量R_e和天然气管道维修资源数量R_g，建立电-气耦合系统骨干网架重构的恢复资源约束，通过以下公式进行设置：

其中，α_e,l表示电力线路l的恢复控制变量；α_g,p表示天然气管道p的恢复控制变量；l表示电力线路的序数；p表示天然气管道的序数；

步骤4.2：建立电-气耦合系统骨干网架重构的逻辑约束，通过以下公式进行设置：

其中，E₁(i)表示所有首端节点为电节点i的电力线路的集合；E₂(i)表示所有末端节点为电节点i的电力线路的集合；E₁(j)表示所有首端节点为气节点j的天然气管道的集合；E₂(j)表示所有末端节点为气节点j的天然气管道的集合；l∈{E₁(i),E₂(i)}表示所有与电节点i相连的电力线路的集合；p∈{E₁(j),E₂(j)}表示所有与气节点j相连的天然气管道的集合；

步骤4.3：根据故障前的电力系统网络拓扑模型、初始正常电节点和初始正常电力线路，建立电-气耦合系统骨干网架重构的电力系统运行约束，通过以下公式进行设置：

P_gen,i＝P_cu,i+P_gfu,i (12)

其中，P_gen,i表示电节点i的发电功率；表示电节点i发生故障前的常规电负荷；P_ptg,i表示电节点i的电转气负荷；P_branch,l表示电力线路l流过的功率；l∈E₁(i)表示电力线路l首端节点为电节点i；l∈E₂(i)表示末端节点为电节点i的电力线路集合；P_cu,i表示电节点i上的非燃气机组发电功率；P_gfu,i电节点i上的燃气机组发电功率；θ_l+表示电力线路l首端节点的电压相角；θ_l-表示电力线路l末端节点的电压相角；x_l表示电力线路l的电抗；l+表示电力线路l的首端节点；l-表示电力线路l的末端节点；表示电节点i的非燃气机组的最小发电功率；表示电节点i的非燃气机组的最大发电功率；表示电节点i上的燃气机组的最小发电功率；表示电节点i上的燃气机组的最大发电功率；θ_i表示电节点i的电压相角；θ_i^min表示电节点i的最小电压相角；θ_i^max表示电节点i的最大电压相角；表示电力线路l的传输容量；

步骤4.4：根据故障前的天然气系统网络拓扑模型、初始正常气节点和初始正常天然气管道，建立电-气耦合系统骨干网架重构的天然气系统运行约束，通过以下公式进行设置：

F_source,j＝F_well,j+F_ptg,j (21)

其中，F_source,j表示气节点j的产出气流量；表示气节点j发生故障前的常规气负荷；F_gfu,j表示气节点j的气转电负荷；F_branch,p表示天然气管道p的流量；p∈E₁(j)表示天然气管道p的首端节点为气节点j；p∈E₂(j)表示天然气管道p的末端节点为气节点j；F_well,j表示气节点j上的常规气源产出气流量；F_ptg,j表示气节点j上的电转气设备产出气流量；pr_p+表示天然气管道p首端节点的气压；pr_p-表示天然气管道p末端节点的气压；C_p表示天然气管道p的传输系数；p+表示天然气管道p首端节点；p-表示天然气管道p末端节点；表示气节点j上的气源设备的最小产出气流量；表示气节点j上的气源设备的最大产出气流量；表示气节点j上的电转气设备的最小产出气流量；表示气节点j上的电转气设备的最大产出气流量；pr_j表示气节点j的气压；表示气节点j的气压最小值；表示气节点j的气压最大值；表示天然气管道p的传输容量；

步骤4.5：根据电-气耦合设备网络拓扑模型，建立电-气耦合系统骨干网架重构的电力-天然气相互依赖约束，通过以下公式进行设置：

其中，η_gfu表示燃气机组的工作效率；ρ表示天然气热值；Ξ_gfu(i)表示向电节点i上的燃气机组供气的气节点集合；j∈Ξ_gfu(i)表示气节点j上的气转电负荷向电节点i上的燃气机组供气；η_ptg表示电转气设备的工作效率；Ξ_ptg(j)表示向气节点j上的电转气设备供电的电节点集合；i∈Ξ_ptg(j)表示电节点i上的电转气负荷向气节点j上的电转气设备供电；

步骤4.6、建立电-气耦合系统骨干网架重构的拓扑连通性约束，通过以下公式进行设置：

I_c(G_e)＝1 (31)

I_c(G_g)＝1 (32)

其中，I_c(·)表示网络拓扑连通性判断函数，如果网络拓扑连通，则I_c(·)＝1，否则I_c(·)＝0；G_e表示重构后的电力系统网络拓扑；G_g表示重构后的天然气系统网络拓扑。