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1、第39卷第21期2015年11月10日Vol.39No.21Nov.10,2015DOI:10.7500/AEPS20150611006计及相关性的电—气互联系统概率最优潮流孙国强,陈霜,卫志农,陈胜,李逸驰(河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心,江苏省南京市210098)摘要:为了缓解环境污染,“减煤增气”已成为能源结构调整的大趋势,“能源互联网”的提出加强了天然气网络与电力系统的紧密耦合。传统以电力系统为对象的最优潮流忽略了天然气网络的运行约束对电力系统造成的影响,可能导致优化结果过于乐观。因此提出了一种电—气互联系统的联合最优潮流,以互联系统的总运行成本
2、为优化目标,考虑电力网与天然气网的运行约束。并且针对新能源接入背景下的不确定性,考虑输入变量之间的相关性,采用基于Nataf变换的点估计法进行概率最优潮流计算。对修改的IEEE39节点系统与比利时20节点天然气网络进行算例分析,验证了所提模型的可行性以及有效性,并在此基础上分析了不同的波动水平及相关性对系统运行特性的影响。关键词:天然气系统;电—气互联系统;相关性;点估计;概率最优潮流0引言计算数学模型,其物理模型简明清晰;文献[9]通过燃气轮机将电力网与天然气网建立了耦合关系,并长期以来,世界能源消费总量持续增长,以化石采用智能算法求解;文献[10]考虑了多时间断面
3、能源为主的能源供应有力支撑了经济社会的快速发GEOPF。然而,上述研究均基于确定性的模型,并展。随着化石能源的大规模开发利用,世界范围正没有考虑新能源接入背景下电力系统以及天然气网面临资源枯竭、污染排放严重等问题,改善能源结构的不确定性。[1]已势在必行。天然气作为化石能源向新能源过渡新能源具有总量丰富,低碳环保、可再生,开发[2]的桥梁,其优势在于资源丰富、清洁高效、经济性[1]潜力大等优点,但新能源的大规模接入增加了电好,同时调节速度快,可用于应急调峰,与可再生能力系统的不确定性,考虑随机因素影响的概率最优源的随机性、间歇性相协调。随着世界范围内非常[11]潮流(
4、POPF)受到了学术界的重视。文献[12]以规天然气的大规模开发,可以预见未来天然气在电能源网为背景,考虑了煤炭、天然气、水电和风电的力系统中巨大的应用前景,未来能源互联网将是电联合运行,考虑了间歇式能源的不确定性,但并未计[3]力系统与天然气网络高度耦合的产物。及负荷的不确定性。针对POPF的求解方法,主要最优潮流(OPF)是电力系统运行和规划的重要分为模拟法和近似法。点估计法是近似法的一种,[4]工具,因中国现阶段燃气轮机在电力系统中比重因其操作简单、计算量小、精度高,被广泛用于概率较小,传统OPF一般不考虑天然气网络的运行情[13-15][16-17]潮流及PO
5、PF计算。另外,天然气网与电况,即假定燃气轮机天然气供应充足;而实际上,天力网还具有一定的相关性,忽略其相关性会导致优然气网络会受到储气量、管道容量、压力等约束,因化结果不准确,同时考虑输入变量随机性和相关性此天然气网络的运行状态在一定程度上将影响电力的GEOPF未见有文献提出。[5-6]系统的稳定运行。本文提出一种电—气互联系统概率最优潮流目前,国内外已有学者对电—气互联系统的最(GEPOPF)模型。首先对天然气网进行稳态建模,优潮流(GEOPF)进行研究。文献[7-8]在天然气网通过燃气轮机建立电力网与天然气网的耦合关系,潮流计算的基础上建立了电—气互联系统联合O
6、PF并且针对风电场出力、电力负荷以及气负荷具有不确定性和相关性,最终建立GEOPF数学模型。采用基于Nataf变换的三点估计法进行GEPOPF计收稿日期:2015-06-11;修回日期:2015-08-10。国家自然科学基金资助项目(51277052,51107032,算。最后通过实际算例验证了本文所提算法的有效61104045)。性和可行性。http://www.aeps-info.com112015,39(21)·信息能源系统·1GEOPFw=wg-wl-φ(PG)(6)式中:A为管道—节点关联矩阵;U为加压站—节点1.1天然气网稳态模型关联矩阵;T为表示加压站能
7、量消耗与节点的关联电—气互联系统由天然气网络和电力网组成。矩阵;f为管道以及加压站流量向量;τ为加压站消天然气网络主要包括天然气井、管道、加压站、储气耗流量向量;w为节点净天然气流量;w为天然气[18]g罐、调压阀和阀门。天然气由气井进入管道,通气源注入向量;wl为天然气负荷汲取向量;φ(PG)过管网被输送至用户。通过控制管网中不同节点的为电力网燃气轮机消耗天然气向量。压力和调压阀或者阀门阀芯位置来调节天然气的流1.2GEOPF数学模型量。加压站通常由发动机、燃气轮机和压缩机组成。燃气轮机是使电力网与天然气网产生耦合的主对于绝热输气管道p,其首末节点
