(19)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 202211226651.3 (22)申请日 2022.10.09 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 申请人 云南电网有限责任公司电力科 学研 究院 (72)发明人 顾伟　张苏涵　陆海　罗恩博　 (74)专利代理 机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 专利代理师 王艳秋 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 17/16(2006.01)G06F 113/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种电气综合能源系统动态仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种电气综合能源系统动态 仿真方法， 属于能源系统建模与运行仿真领域, 包括： 10)建立电气综合能源系统动态模型， 包括 电力系统的非线性交流潮流模型、 天然气系统的 非线性动态模 型和耦合元件的非线性动态模型； 20)推导天然气平均流速的近似解析式和由变系 数偏微分方程组描述的天然气系统动态模型， 构 建由变系数偏微分方程组描述的天然气系统动 态模型仿真策略； 30)建立基于自适应变步长的 动态天然气系统模型的求解策略， 提出电气综合 能源系统的动态仿真方法。 权利要求书6页 说明书12页 附图2页 CN 115422778 A 2022.12.02 CN 115422778 A 1.一种电气综合能源系统动态仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤10)建立电气综合能源系统动态模型， 包括电力系统的非线性交流潮流模型、 天然 气系统的非线性动态模型和耦合元件的非线性动态模型； 步骤20)推导天然气平均流速的近似解析式和由变系数偏微分方程组描述的天然气系 统动态模型， 构建由变系数偏微分方程组描述的天然气系统动态模型仿真策略； 步骤30)建立基于自适应变步长的动态天然气系统模型的求解策略， 提出电气综合能 源系统的动态仿真方法。 2.根据权利要求1所述的 电气综合能源系统动态仿真方法， 其特征在于， 所述步骤10) 建立电气综合能源系统动态模型， 包括电力系统的非线性交流潮流模型、 天然气系统的非 线性动态模型和耦合元件的非线性动态模型， 包括以下步骤： 步骤101)建立电力系统的非线性交流潮流模型， 包含节点功率守恒和支路功率守恒方 程： 式中， i和j 分别表示节点编号， Ui表示节点i的电压幅值， Pi节点i的净注入有功功率， Qi 节点i的净注入 无功功率， Gij和Bij表示节点i和节点j之间的电导与电纳， θij表示节点i和节 点j之间的相角差， Pl,ij和Ql,ij表示节点i和节点j之间的传输的有功功率和无功功率， Ve表 示电力系统节点 集； 步骤102)建立天然气系统的非线性动态模型， 包含管道质量守恒方程、 管道动量守恒 方程、 天然气状态方程、 节点质量守恒方程、 节点压力 连续性方程， 分别如式(3)、 式(4)、 式 (5)、 式(6)和式(7)所示： p＝ρ c2      (5) 式中， x和t分别表示空间和时间变量， p和q分别表示管道压力和管道质量流量， pn和qn 分别表示节点压力和节点质量流量， c为声速， S为管道截面积， D为管道内径， λ为管道摩阻 系数， ρ 为天然气密度， Vg表示天然气系统节点集， 表示流入节点k的管道集， 表示从 节点k流出的管道集， pi,Nx表示管道i的出口压力， pn,0表示管道n的入口压力， qi,0表示管道i 的入口质量 流量； 步骤103)建立耦合元件的动态模型， 包含电转气模型和燃气轮机模型； 电转气设备消权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115422778 A 2耗有功功率产生天然气， 其数 学模型可表示为： 式中， Ppg,t、 qpg,t和ppg,t分别为t时刻电转气设备的消耗电功率、 输出天然气得质量流量 和压力， hg为天然气的单位热值， ηpg为电转气设备的转换效率； 燃气轮机模型由压缩机部分、 燃烧室部分和汽轮机部分组成； 其中， 压缩机模型可表示 为： 式(9)描述了压缩机出口温度和入口温度关系， 式(10)描述了压缩机出口压力和入口 压力关系， 式(11)描述了压缩机的消耗电功率； 上式中， 和 分别表示压缩机入口和出 口温度， 和 分别表示压缩机入口和出口压力， Kcp1表示压缩机压比， Kcp2表示压缩机的 绝热效率， Kcp3表示压缩机的等熵空气系数， Kcp4表示压缩 机的压缩系数， ηcp为压缩机的机械 效率， qa,t表示压缩机的输入空气的质量 流量； 燃烧室模型 可表示为： 式中， Ca和Cs分别为空气和混合烟气的比热容， qg,t为输入燃烧室的天然气流量， 为 燃烧室出口温度， Kcc1为燃烧室储 热系数， Kcc2为天然气的低位热值； 根据燃气轮机内各元件 的连接关系， 燃烧室出口温度即为汽轮机入口温度， 压缩机出口压力即为汽轮机入口温度， 可表示为： 式中， 表示汽轮机的入口温度， 表示汽轮机的入口压力； 汽轮机模型 可表示为： Pgt,t＝Ktb3(Ptb,t‑Pcp,t)     (16) 上式中， 表示汽轮机的出口温度， 表示汽轮机的出口压力， Ktb1表示等熵天然气 系数， Ktb2表示汽轮机内效率， Ktb3表示燃气轮机整体机械效率， Ptb,t为汽轮机产生的电功 率， Pgt,t为燃气汽轮机 输出的有效电功率； 采用隐式欧拉 法将式离 散化， 可得到：权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115422778 A 3