(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111461293.X (22)申请日 2021.12.02 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园1号 (72)发明人 孙宏斌　潘昭光　王彬　郭庆来　 乔铮　吴文传　 (74)专利代理 机构 北京知联天下知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11594 代理人 张迎新 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于电-气耦合系统 区间能流交流模 型 的分析方法及系统 (57)摘要 本发明属于电力技术领域， 公开一种基于 电‑气耦合系统区间能流交流模型的分析方法， 通过建立区间能流交流模型， 以及基于建立的区 间能流交流模 型， 建立天然气系统支路及电力系 统节点状态 量求解模型， 进而对天然气系统支路 及电力系统的节点状态量进行求解分析， 同时结 合约束条件， 得到区间 能流交流模 型中天然气系 统支路参数区间及电力系统节点状态量参数区 间。 本发明考虑了不可忽略的可再生能源注入的 不确定性， 通过区间能流交流模型的建立， 实现 了对高渗透可再生能源的电 ‑气耦合系统不确定 能流的建模与计算。 本发明还公开了一种基于 电‑气耦合系统区间能流交流模型的分析系统。 权利要求书4页 说明书11页 附图1页 CN 114398752 A 2022.04.26 CN 114398752 A 1.一种基于电 ‑气耦合系统区间能流交流模型的分析方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： S1： 建立区间能流交流模型， 其中区间能流交流模型包括电力系统交流潮流模型和天 然气系统稳态水力非线性模型； S2： 基于S1建立的区间能流交流模型， 建立天然气系 统支路及电力系 统节点状态量求 解模型； S3:对S2中建立的天然气系 统支路及电力系 统的节点状态量求解模型进行分析， 结合 约束条件， 得到区间能流交流模型中天然气系统支路流量参数区间及电力系统节点状态量 参数区间。 2.根据权利要求1所述的基于电 ‑气耦合系统区间能流交流模型的分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S1具体包括： S1.1、 建立电 ‑气耦合多能流系统中电力系统 交流潮流模型， 其中模型如下： 其中， 表示节点i注入有功功率， 为节点i注入无功功率， Vi、 Vj为节点i和j的电 压幅值， Gij和Bij分别为节点i和j之间 的互电导和互电纳， θi、 θj为节点i和j的相角， θij为节 点i和j间的电压相角差， θij＝θi‑θj； S1.2、 考虑管道参数随流速的变化， 建立天然气系统稳态水力非线性模型， 其中模型如 下： 其中， p是节点压力， Pi表示i节点处的压力， Pj表示j节点处的压力， m是管道流量， mij表 示节点i与节点j之间的管道流量， 其中c是介质中的声速， l是管道长度， d是管道直径， λ是 摩阻系数， π 是参数符号， 令 π ＝P2来简化计算； S1.3、 建立燃气基组模型， 根据热率曲线可以获得燃气机组的燃气机组模型， 构 建二次 函数如下 所示： 其中PGg表示燃气机组的有功出力， HR表示天然气燃烧热率， α 、 β 、 δ 为燃 机的热率系数； S1.4、 建立天然气燃烧热率HR和燃气质量 流量mGg的关系方程， 如下 所示， 其中， ρ0为标准状况下天然气的密度， 取0.7174kg/Nm3， GHV为天然气燃烧的热值， 单位 为MJ/Nm3； S1.5、 根据S1.3与S1.4中方程， 获得燃气机组有功出力与入口质量流量之间的函数关 系， 简化分析， 将步骤S1.3中燃气机组模型方程简化为线性方程， 取α、 δ为零， β 取决于燃机 的效率系数， 得到构造 燃气机组模型转换关系方程如下： TGg·PGg＝ η·mgG                             (5)，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114398752 A 2其中PGg为节点燃气机组有功出力矢量， mgG为节点燃气机组耗气的质量流量矢量， TGg为 电力系统燃气机组节点与天然气系统燃气机组负荷节点联络矩阵， η为燃气机组效率参数 矢量； S1.6、 鉴于燃气机组的快速响应特性， 建立(7)燃气机组对可再生能源不确定性的调 节 方程， 即PGg随PRE的变化的模型 方程， 如下： 其中， PRE为节点可再生能源有功出力矢量， 为可再生能源预测值下燃气机组的初 始调度出力， G为分配比例因子， 为预测节点可 再生能源有功出力矢量； S1.7、 基于方程(1) ‑(6)建立区间交流能流交流模型， 模型如下： TGg·<PGg>＝ η·<mgG>                                    (9)， 其中， 方程(7)为燃气机组对可再生能源不确定性的调节方程， <PGg>表示节点燃气机组 有功出力矢量区间， <PRE>表示节点可 再生能源有功出力矢量区间； 方程(8)为电力系统的交流潮流模型， Fe表示电力系统函数， 表示PV节点和PQ节 点的注入有功功率矢量区间， <PGg>表示节点燃气机 组有功出力矢量区间， <PRE>表示节点可 再生能源有功出力矢量区间， 表示可再生能源预测值下节点其他火电机组有功出力矢 量， Ped为节点有功负荷矢量， 表示PQ节点注入无功功率矢量， QGg为节点燃气机组无功出 力矢量， QGo为节点其他火电机 组无功出力矢量， Qed为节点无功负荷矢量， V表示节点电压， θ 表示相角； 方程(9)为燃气机组入口质量流量与有功出力转换的耦合方程， <PGg>表示节点燃气机 组有功出力矢量区间， <mgG>为节点燃气机组耗气的质量 流量矢量区间； 方程(10)为天然气系统稳态非线性水力模型， 令Π＝P2为简化计算的假设变量， K为管 道传输参数矢量， <msp>节点注入 天然气质量流量矢量区间， <mgs>为节点气源输出质量流量 矢量区间， mgd为节点其他天然气负荷质量流量矢量， Ag天然气网络拓扑的节 点‑支路关联矩 阵， <mb>为支路天然气流 量矢量区间， ∏i＝Pi2, <Π>为节点压力平方矢量区间。 3.根据权利要求2所述的基于电 ‑气耦合系统区间能流交流模型的分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S2具体包括： 基于建立的区间能流交流模型获得天然气支路及电力系统节点状态量求解模型， 将其 刻画为非凸非线性优化模型， 具体如下：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114398752 A 3