电-气综合能源系统中的配电网运行可靠性评估

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随着人类社会的进一步发展,日益衰竭的能源已经难以满足人类日益增长的能源需求,单一的能源格局正在改变,如何使用更清洁更环保的能源来代替传统的化石燃料、如何通过不同能源之间的互补来提高能源的利用率成为当前研究的重点。以电力为核心,融合电、风、光、燃气、地热等多种能量形态的综合能源系统便在这样的能源背景下应运而生。
  能源形式的丰富使得能源结构发生巨大的改变,以电-气综合能源系统为例,燃气轮机和P2G等设备的发展使得天然气与电力系统的耦合日益密切,能量实现双向流动。而天然气系统的加入以及多能设备的使用也为电力系统的安全可靠运行带来新的挑战。本文立足于天然气系统对电力系统的影响,围绕在电-气综合能源环境下的配电网运行可靠性展开评估研究,主要研究内容如下:
  1)分析配电网短期运行可靠性的影响因素,建立配电网元件短期停运模型,提出配电网运行可靠性评估指标体系。建立天然气稳态潮流模型,采用二阶锥松弛的方法求解天然气最优削负荷模型,并建立电-气耦合元件燃气轮机的出力模型。采用非序贯蒙特卡洛抽样对电-气综合能源系统中的配电网运行可靠性进行评估,分析外部环境、天然气故障以及不同的调度策略对配电网运行可靠性的影响。
  2)考虑天然气动态特性对配电网运行可靠性的影响,建立天然气管道流量方程,通过Lax-Wendroff差分法对复杂的偏微分方程进行线性化,将天然气动态约束加入天然气最优削负荷模型约束中,从而量化天然气动态特性对系统故障后削负荷的影响情况。通过算例对比计及天然气动态特性前后的评估指标,分析燃气轮机渗透率、天然气元件故障程度和初始管存对配电网运行可靠性的影响。
  3)在天然气-配电网互联系统中加入P2G和储气罐设备,建立P2G和储气罐模型,同时建立风电出力和负荷不确定性模型。提出 P2G 对风电消纳率的影响系数和储气罐对失负荷指标的影响系数指标,量化分析P2G和储气罐对配电网运行的影响。构建考虑P2G和储气罐控制策略的运行可靠性评估流程,通过案例仿真分析,研究P2G容量、储气罐初始气量等因素对系统运行可靠性的影响。
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