[发明专利]一种基于显式差分的电-气综合能源系统动态能流的获取方法

说明书

本发明公开了一种基于显式差分的电‑气综合能源系统动态能流的获取方法，首先根据质量流量和压力的差分方程获得天然气管道差分网格中不同区域内任意节点的质量流量和压力与边界条件、初始条件之间的线性关系；根据所得到的线性关系构建天然气管道差分网格上任意节点的质量流量和压力关于边界条件和初始条件的二端口模型；将所述二端口模型嵌入电‑气综合能源系统的动态能流计算模型之中，获得电‑气综合能源系统动态能流。该方法将天然气管道流动的偏微分方程转化为时域线性代数模型，便于嵌入时域优化模型，相较于传统有限差分方法，能大幅降低状态变量规模与模型计算代价，提高计算效率。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于显式差分的电-气综合能源系统动态能流的获取方法。

背景技术

电-气综合能源系统是一种集电能、天然气等异质能源的产生、传输、分配与消费于一体的新型能源系统，能够有效提升用户侧终端综合能效和风光发电消纳水平，是我国清洁低碳、安全高效的能源体系的重要组成部分，也是实现我国“碳达峰、碳中和”中长期目标的有益途径。电-气耦合能流计算是实现区域电-气综合能源系统高效运行的基础，电力系统有功潮流分布规律可由计算代价低且准确度较高的直流潮流模型近似刻画，而天然气系统能流分布规律由偏微分方程描述，计算分析代价高。

目前已有研究采用隐式有限差分法将偏微分方程转化为线性代数方程，实现电-气能流的高精度计算，但由于同时引入大量辅助变量及约束，导致计算代价较大；同时也有若干研究工作尝试在频域、复频域构建高精度且低复杂度的天然气动态模型，但在电-气耦合能流计算时需要额外添加时域-频域/复频域等价转化条件，由此增加了电-气耦合能流计算模型的规模，降低了计算效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于显式差分的电-气综合能源系统动态能流的获取方法，该方法将天然气管道流动的偏微分方程转化为时域线性代数模型，便于嵌入时域优化模型，相较于传统有限差分方法，能大幅降低状态变量规模与模型计算代价，提高计算效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于显式差分的电-气综合能源系统动态能流的获取方法，所述方法包括：

步骤1、根据质量流量和压力的差分方程获得天然气管道差分网格中不同区域内任意节点的质量流量和压力与边界条件、初始条件之间的线性关系；

步骤2、根据步骤1所得到的线性关系构建天然气管道差分网格上任意节点的质量流量和压力关于边界条件和初始条件的二端口模型；

步骤3、将所述二端口模型嵌入电-气综合能源系统的动态能流计算模型之中，获得电-气综合能源系统动态能流。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法将天然气管道流动的偏微分方程转化为时域线性代数模型，便于嵌入时域优化模型，相较于传统有限差分方法，能大幅降低状态变量规模与模型计算代价，提高计算效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的基于显式差分的电-气综合能源系统动态能流的获取方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述天然气管道动态三层显式差分网格的示意图；

图3为本发明实施例所述差分网格的区域划分示意图；

图4为本发明实施例所述区域1、2的差分形式示意图；

图5为本发明实施例所述区域3、4的差分形式示意图；

图6为本发明所举实例电-气综合能源系统拓扑示意图；