DQZHAN技術(shù)訊：面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電—氣耦合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計技術(shù)

摘要：為保障電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)**可靠高效的運行,參考電力系統(tǒng)能量管理系統(tǒng),可以形成電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)能量管理系統(tǒng)。其中,電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計是電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)能量管理的基礎(chǔ),可以為后續(xù)電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度、**評估提供高精度的全局一致解。在考慮氣網(wǎng)中壓縮機和調(diào)壓閥特性的情況下,建立了氣網(wǎng)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)估計模型,實現(xiàn)了對復(fù)雜氣網(wǎng)的狀態(tài)估計,在此基礎(chǔ)上進一步建立了電-氣耦合狀態(tài)估計模型,并測試了其在狀態(tài)估計精度和壞數(shù)據(jù)辨識方面的性能。

關(guān)鍵詞:電-氣耦合;狀態(tài)估計;壞數(shù)據(jù)辨識;能源互聯(lián)網(wǎng);綜合能源系統(tǒng);

0引言

近些年由于能源短缺和環(huán)境惡化帶來的一系列負(fù)面影響已越來越難以忽視。在環(huán)境方面,2012年,空氣污染造成的損失成本占GDP的3.8%;在能源生產(chǎn)方面,中國人均能源資源擁有量還不到世界平均水平的一半,而與此同時,大量棄風(fēng)、棄光等行為造成了能源的極大浪費;另一方面,在能源消費上,中國單位GDP的能耗是世界平均水平的2.5倍。能源生產(chǎn)的低效和能源消費的高能耗造成了環(huán)境問題、能源短缺和經(jīng)濟壓力。因此為解決在能源和環(huán)境上的問題,必然要提高能源生產(chǎn)的效率,降低能源消費的能耗,以及提高可再生能源的利用率。而這也是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的動因之一。另一方面,國家相關(guān)政策也在大力推動能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。2016年,發(fā)改委發(fā)放了《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》[1],提出要“以‘互聯(lián)網(wǎng)+’為手段,以智能化為基礎(chǔ)”,大力推動能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,推進能源改革。能源互聯(lián)網(wǎng)是由多種形式的能量流構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),包括電、熱、冷、氣、交通等多個網(wǎng)絡(luò)在物理層面和信息層面的深度融合。與傳統(tǒng)的電、熱、冷、氣、交通等子網(wǎng)絡(luò)割裂運行不同,能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了多能類型的開放互聯(lián),通過挖掘各網(wǎng)絡(luò)不同的特性,提高綜合能源利用效率、促進可再生能源的高消納。

目前國內(nèi)外關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)的研究包括美國FREEDM、德國E-Energy、日本DigitalGrid,以及我國新奧泛能網(wǎng)等,文獻[2]對這些能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進行了較為詳細的介紹。

為合理調(diào)度能源互聯(lián)網(wǎng),與電力系統(tǒng)類似,仿照電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)能量管理系統(tǒng),形成能源互聯(lián)網(wǎng)能量管理系統(tǒng),實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度,**預(yù)警和協(xié)同控制[3]。其中狀態(tài)估計是能量管理系統(tǒng)的基礎(chǔ),是后續(xù)能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度、**評估的基礎(chǔ)。文獻[4]介紹了能量網(wǎng)絡(luò)理論,總結(jié)了能量網(wǎng)絡(luò)的共性,為建立形式統(tǒng)一的能源互聯(lián)網(wǎng)能量管理系統(tǒng)提供了依據(jù)。目前在能源互聯(lián)網(wǎng)中,發(fā)展得*為廣泛的是電、熱、氣3個網(wǎng)絡(luò),在各自的領(lǐng)域,各網(wǎng)絡(luò)的建模方法也相對比較成熟。就狀態(tài)估計而言,電力系統(tǒng)在狀態(tài)估計的研究上已經(jīng)較為成熟。本人在文獻[5]中提出了一種熱電聯(lián)合狀態(tài)估計方法。

熱電聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)由于熱網(wǎng)在傳熱過程中不可避免的熱損,供應(yīng)范圍通常較小,一般在園區(qū)級,其中熱網(wǎng)通常呈輻射狀分布,與配電網(wǎng)類似。相比之下,電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)由于在傳輸過程中產(chǎn)生的損耗很少,在建模中常常可以忽略不計,其供應(yīng)范圍通常在城市級及以上,并且為保證供氣的可靠性,氣網(wǎng)通常含有環(huán),與輸電網(wǎng)類似。此外,氣網(wǎng)中的各類控制元件與熱網(wǎng)中的控制元件在運行特性上也有所不同,因此雖然氣網(wǎng)和熱網(wǎng)在物理模型上有一定的相似性,但狀態(tài)估計方法上還是有較大不同。在電-氣耦合狀態(tài)估計方面,目前研究還較為空白。文獻[6-8]提出了幾種基于卡爾曼濾波的氣網(wǎng)動態(tài)狀態(tài)估計方法,其分析的對象通常為管道或非常簡單的網(wǎng)絡(luò),目前還沒有針對復(fù)雜管網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)估計方法。

由于熱網(wǎng)在傳熱過程中會不可避免地產(chǎn)生熱損,因此熱網(wǎng)難以進行遠距離傳輸。相比之下,天然氣管網(wǎng)在傳輸過程中很少產(chǎn)生損耗,因此天然氣可以進行遠距離傳輸,如西氣東輸。此外,還可以設(shè)置儲氣裝置對天然氣進行存儲,顯然儲氣的損耗也小于儲熱的損耗,儲氣裝置相比儲熱裝置還是較為普及。另一方面,天然氣管道通常設(shè)置為雙路,采取一用一備,這種設(shè)置使得天然氣管網(wǎng)故障的幾率較供熱管網(wǎng)低很多。從儲氣裝置和雙路管網(wǎng)2個方面,天然氣管網(wǎng)的**性遠高于熱網(wǎng),這些都得益于天然氣管網(wǎng)傳輸與儲存過程中的小損耗。因此在我國,天然氣管網(wǎng)較熱網(wǎng)要更為普及。

考慮到天然氣管網(wǎng)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點和控制元件特性上與熱網(wǎng)的不同,因此迫切需要建立氣網(wǎng)狀態(tài)估計方法,與熱網(wǎng)狀態(tài)估計方法相區(qū)分。本文將建立針對復(fù)雜氣網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)估計模型,并建立氣網(wǎng)標(biāo)么化體系,在此基礎(chǔ)上,本文將考慮電-氣耦合元件的特性,建立電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計方法。本文測試了提出的氣網(wǎng)狀態(tài)估計方法在非全量測下補全量測,進行全網(wǎng)監(jiān)控的性能,以及在非全量測下辨識多壞數(shù)據(jù)的能力。本文還測試了建立的電-氣耦合狀態(tài)估計方法的估計效果,證明電-氣耦合狀態(tài)估計相比單獨狀態(tài)估計的兩大優(yōu)勢：得到滿足耦合元件運行約束的狀態(tài)估計結(jié)果;能夠進行邊界壞數(shù)據(jù)辨識,成功定位單獨狀態(tài)估計不能辨識的壞數(shù)據(jù)。

1氣網(wǎng)狀態(tài)估計模型

1.1氣網(wǎng)基本特性

1.1.1天然氣穩(wěn)態(tài)模型

傳輸氣體的溫度會影響該項參數(shù),若氣體溫度基本保持恒定,則可以采用文獻[9]所述方法計算,此時該項系數(shù)僅與管道參數(shù)有關(guān),可以處理為恒定。若氣體溫度會發(fā)生變化,則可采用文獻[10]中所述方法,在每一次迭代過程中都重新計算并更新。

1.1.2壓縮機與調(diào)壓閥

壓縮機和調(diào)壓閥是氣網(wǎng)中常見的控制元件。不同于熱網(wǎng)受限于傳輸過程中的熱損,只能在園區(qū)范圍內(nèi)供熱,天然氣的供應(yīng)范圍變化較大,大到可以跨省傳輸,如西氣東輸;小到一個園區(qū)內(nèi)的天然氣輸送。不同的輸氣范圍,對天然氣管網(wǎng)的設(shè)備配置也有不同的要求。小范圍輸送通常只需適當(dāng)配備一些閥門進行基本的控制,而大范圍的輸氣則由于壓降損耗較大,需要合理配置壓縮機,在壓力不夠時進行升壓。

壓縮機根據(jù)特性不同可以分為4類[11]：流量恒定、出口壓力恒定、入口壓力恒定、壓縮比恒定。常用的壓縮機是出口壓力恒定和壓縮比恒定2類,本小節(jié)僅討論這2類壓縮機。

1.2氣網(wǎng)等效模型

1.1中介紹了氣網(wǎng)的基本特性,為了方便分析,需要在此基礎(chǔ)上形成氣網(wǎng)的等效網(wǎng)絡(luò)模型。如圖1所示是一個配置相對較完全的氣網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖[11],其中包括了2臺壓縮機、11條輸氣管道、6個用氣負(fù)荷和2個供氣源。壓縮機通常建在某條遠距離輸氣管道的中間,在供氣壓力不夠的時候起到升壓作用。由于壓縮機的特性通常與其入口和出口壓力有關(guān),因此將氣網(wǎng)中的壓縮機和調(diào)壓閥都等效為支路,從而形成圖1所示氣網(wǎng)等效網(wǎng)絡(luò)。

圖1氣網(wǎng)等效模型結(jié)構(gòu)

設(shè)本小節(jié)中討論的氣網(wǎng)有N個節(jié)點、B條支路,其節(jié)點-支路關(guān)聯(lián)矩陣為A0,本小節(jié)將討論等效后的氣網(wǎng)模型的表達式。

1.2.1流量連續(xù)方程

對于式(9)中AGp而言,由于在實際中通常不存在2個壓縮機串聯(lián)的情況,即使存在,也可以通過等效處理將2個壓縮機等效為一個壓縮機,因此在*后等效的網(wǎng)絡(luò)中,任何一個節(jié)點都不會同時與2個壓縮機相連。由此,可得到下述數(shù)量關(guān)系：

虛擬支路首端節(jié)點數(shù)=虛擬支路末端節(jié)點數(shù)=虛擬支路數(shù)

1.2.2壓力環(huán)路方程

1.2.3阻力特性方程

1.3氣網(wǎng)標(biāo)么化方法

在電力系統(tǒng)中,在進行潮流計算、狀態(tài)估計、優(yōu)化調(diào)度之前,需要先對電力系統(tǒng)進行標(biāo)么化處理。為了便于電-氣耦合后,2個子網(wǎng)絡(luò)的一致化,故需對氣網(wǎng)進行標(biāo)么化處理。除此之外,氣網(wǎng)各類量測的數(shù)值相差很大,有時甚至?xí)a(chǎn)生幾個數(shù)量級的差距,為了便于統(tǒng)一收斂判據(jù),也需要對氣網(wǎng)進行標(biāo)么化處理。鑒于氣網(wǎng)的基本特性,氣網(wǎng)標(biāo)么化基值選取需要滿足一些基本條件。

對于直接通過測量得到的量測量,其誤差分布遵循高斯分布,而通過計算得到的偽量測量,其誤差分布則不再遵循高斯分布,現(xiàn)對偽量測量的誤差分析如下。

1.4.2氣網(wǎng)狀態(tài)估計

式(21)中所述帶等式約束的優(yōu)化問題在電力系統(tǒng)中有兩種常見處理方法：將所有零約束處理為量測誤差極小的偽量測,形成一個無約束優(yōu)化問題,采用牛-拉法進行迭代求解;采用拉格朗日乘子法處理零約束,求解帶等式約束的優(yōu)化問題。

狀態(tài)估計除了可以減小量測誤差的影響,獲得更準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)運行情況外,還可以起到壞數(shù)據(jù)辨識的作用。在實際工程中,各項量測值在獲取過程中可能存在測量儀器故障,傳輸數(shù)據(jù)過程中斷等問題,從而造成量測中存在壞數(shù)據(jù)。在電力系統(tǒng)中,*常見的處理壞數(shù)據(jù)的方法是正則化殘差法,在此不具體闡述該方法,具體可參考文獻[12]。在之后的算例中,將采用正則化殘差法來進行壞數(shù)據(jù)辨識。

2電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)模型

天然氣屬于一次能源,它可以通過燃氣輪機進行發(fā)電,燃氣輪機是*常見的電-氣耦合元件,圖2刻畫了一個常見的電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)的能流情況。

圖2電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)能流情況

由于電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)中不會存在很多電-氣耦合元件,因此電、氣網(wǎng)絡(luò)間的耦合屬于弱耦合,電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計并不能依靠耦合約束來增加多少冗余度,從而顯著提升狀態(tài)估計的效果。

電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計的意義主要在于兩方面：獲得全局一致解,實現(xiàn)邊界壞數(shù)據(jù)辨識。本文將在第4章通過算例來說明電-氣耦合狀態(tài)估計在這兩方面的優(yōu)勢。

2.1耦合元件簡介

燃氣輪機是*常見的電-氣耦合元件,燃氣輪機通過天然氣燃燒所產(chǎn)生的燃氣推動燃氣輪機做功,以此來發(fā)電。另一方面,燃氣輪機輪機排出的煙氣中含有可利用熱量[13],可以用作熱網(wǎng)的熱源,為熱網(wǎng)供熱。當(dāng)燃氣輪機的煙氣余熱被用來為熱網(wǎng)供熱時,燃氣輪機可以看作一個電-熱-氣耦合元件。本小節(jié)僅討論當(dāng)燃氣輪機作為電-氣耦合元件時的特性,燃氣輪機的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系刻畫如下。

2.2電-氣耦合狀態(tài)估計模型

3氣網(wǎng)狀態(tài)估計算例分析

對圖1所示的氣網(wǎng)進行狀態(tài)估計,網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的情況可以參見文獻[11],該算例在高壓下輸氣,取式(3)中指數(shù)為1.854,2臺壓縮機均為出口壓力恒定,設(shè)置出口壓力為30bar。以文獻[11]中潮流計算結(jié)果作為狀態(tài)估計的真值,在此基礎(chǔ)上疊加高斯噪聲,形成狀態(tài)估計的量測值。本章將在3.1中分析氣網(wǎng)狀態(tài)估計在全量測配置下的效果,主要展現(xiàn)壞數(shù)據(jù)辨識能力,狀態(tài)估計的精度分析可以參見第4章中單獨估計和耦合估計的對比分析;將在3.2中分析氣網(wǎng)狀態(tài)估計在非全量測配置下補全量測的效果,以及壞數(shù)據(jù)辨識能力。

3.1全量測配置下狀態(tài)估計

在全量測配置下,在生成的狀態(tài)估計量測值的基礎(chǔ)上,添加壞數(shù)據(jù),測試在多壞數(shù)據(jù)下,氣網(wǎng)狀態(tài)估計的壞數(shù)據(jù)辨識能力,壞數(shù)據(jù)設(shè)置見表1,分別在氣源節(jié)點、氣負(fù)荷節(jié)點設(shè)置流量量測壞數(shù)據(jù),真實支路、虛擬支路設(shè)置流量量測壞數(shù)據(jù)。圖3是壞數(shù)據(jù)辨識結(jié)果,在全量測下,氣網(wǎng)可以同時正確辨識多個壞數(shù)據(jù),得到正確的狀態(tài)估計結(jié)果。

測試在該量測配置下,不同壞數(shù)據(jù)個數(shù)時,氣網(wǎng)狀態(tài)估計的壞數(shù)據(jù)辨識能力,其結(jié)果如表2所示。

當(dāng)壞數(shù)據(jù)個數(shù)不超過11時,氣網(wǎng)狀態(tài)估計可以正確辨識所有壞數(shù)據(jù),當(dāng)壞數(shù)據(jù)個數(shù)超過11時,氣網(wǎng)狀態(tài)估計不收斂,無法正確辨識所有壞數(shù)據(jù)。全量測配置下,共設(shè)置了33個測點,可以容忍的壞數(shù)據(jù)*多為11個,壞數(shù)據(jù)處理能力相對較好。

3.2非全量測配置下狀態(tài)估計

狀態(tài)估計的一個重要功能就是在非全量測配置下,實現(xiàn)對氣網(wǎng)全網(wǎng)運行狀況的監(jiān)控,補全氣網(wǎng)量測。在實際氣網(wǎng)運行中,對支路流量的監(jiān)控相對較少,由于結(jié)算的需求,對用戶側(cè)和供氣側(cè)的節(jié)點注出負(fù)荷必然會配置量測,因此本小節(jié)設(shè)置算例量測配置如表3所示。為了驗證在該量測配置下,氣網(wǎng)狀態(tài)估計的壞數(shù)據(jù)辨識能力,設(shè)置壞數(shù)據(jù)如表4所示。

表1氣網(wǎng)壞數(shù)據(jù)設(shè)置情況

圖3全量測下氣網(wǎng)狀態(tài)估計壞數(shù)據(jù)辨識情況

表2氣網(wǎng)狀態(tài)估計不同數(shù)量壞數(shù)據(jù)辨識結(jié)果

表3氣網(wǎng)量測配置情況

表4非全量測配置下氣網(wǎng)壞數(shù)據(jù)設(shè)置

狀態(tài)估計的結(jié)果如圖4所示。圖4(a)為支路流量狀態(tài)估計情況,可以發(fā)現(xiàn),在狀態(tài)估計前,并沒有對支路流量進行量測,無法監(jiān)控支路流量情況,并及時判斷是否滿足**運行的條件,而狀態(tài)估計后,支路流量的估計值與真值非常接近,通過狀態(tài)估計很好地了解氣網(wǎng)各支路的運行情況。圖4(b)為真實節(jié)點注出流量的狀態(tài)估計結(jié)果,狀態(tài)估計成功辨識出了6號節(jié)點和11號節(jié)點處的壞數(shù)據(jù),并剔除了壞數(shù)據(jù)對狀態(tài)估計的影響,得到了正確的狀態(tài)估計結(jié)果。

測試在該量測配置下,不同壞數(shù)據(jù)個數(shù)時,氣

圖4非全量測配置下氣網(wǎng)狀態(tài)估計結(jié)果

網(wǎng)狀態(tài)估計的壞數(shù)據(jù)辨識能力,其結(jié)果如表5所示。當(dāng)壞數(shù)據(jù)個數(shù)不超過7時,可以正確辨識所有壞數(shù)據(jù),當(dāng)壞數(shù)據(jù)個數(shù)超過7時,則狀態(tài)估計不收斂。在該量測配置下,共設(shè)有20個測點,可以容忍的壞數(shù)據(jù)*多為7個,與全量測配置時氣網(wǎng)狀態(tài)估計的比例相似,壞數(shù)據(jù)處理能力相對較好。

表5非全量測下氣網(wǎng)狀態(tài)估計不同數(shù)量壞數(shù)據(jù)辨識結(jié)果

4電-氣耦合狀態(tài)估計算例分析

電-氣耦合的情況通常發(fā)生在城市級及以上范圍的供電供氣中,對圖5所示電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)[11]進行狀態(tài)估計,該網(wǎng)絡(luò)各項參數(shù),以及潮流真值可以參見文獻[11]。

在該算例中,電網(wǎng)節(jié)點1與大電網(wǎng)相連,電網(wǎng)節(jié)點2和4配有2臺燃氣輪機,燃氣輪機僅作發(fā)電使用,不進行熱電聯(lián)供。燃氣輪機發(fā)電量為200MW,效率取55%。

4.1單獨估計與耦合估計比較

比較電-氣耦合狀態(tài)估計與單獨狀態(tài)估計的效果,通過在真值上疊加高斯噪聲,進行5000次蒙特卡洛仿真實驗。表6為電網(wǎng)單獨狀態(tài)估計和電-氣耦合狀態(tài)估計電網(wǎng)部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)的結(jié)果,表7為氣網(wǎng)單獨狀態(tài)估計和電-氣耦合狀態(tài)估計氣網(wǎng)部分

圖5電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

表6電網(wǎng)單獨狀態(tài)估計與電-氣耦合估計效果比較

表7氣網(wǎng)單獨狀態(tài)估計與電-氣耦合估計效果比較統(tǒng)計數(shù)據(jù)的結(jié)果。

采取的統(tǒng)計分析量有量測誤差統(tǒng)計值和計誤差統(tǒng)計值。

從表6可以看出電-氣耦合狀態(tài)估計對電網(wǎng)的估計效果,相比電網(wǎng)單獨估計而言,有相對明顯的提升,在本算例中,主要原因是電網(wǎng)規(guī)模較小,氣網(wǎng)的冗余度相對要多一些,電-氣耦合狀態(tài)估計可以利用氣網(wǎng)較多的冗余度,來提高電網(wǎng)狀態(tài)估計的效果。但由于計算規(guī)模的擴大,電-氣耦合狀態(tài)估計所用的時間大約是電網(wǎng)單獨狀態(tài)估計的4倍。

從表7可以看出,電-氣耦合狀態(tài)估計對氣網(wǎng)的估計效果,相比氣網(wǎng)單獨估計而言,幾乎沒有提升。而相反的,由于計算規(guī)模的增大,電-氣耦合狀態(tài)估計所用的時間大約是氣網(wǎng)單獨狀態(tài)估計的3倍。因此從提高氣網(wǎng)狀態(tài)估計精度的角度來看,電-氣耦合狀態(tài)估計并不優(yōu)于氣網(wǎng)單獨狀態(tài)估計。

綜上所述,電-氣耦合狀態(tài)估計的主要意義不在于估計精度的提升,這一點與電-熱耦合狀態(tài)估計相似。電-氣耦合狀態(tài)估計的主要意義在于得到全局一致解,并實現(xiàn)邊界壞數(shù)據(jù)辨識,這兩點將會分別在4.2、4.3小節(jié)中進行說明。

4.2全局一致解與耦合端口精度分析

4.3邊界壞數(shù)據(jù)辨識能力分析

對于電網(wǎng)而言,其節(jié)點上可能會存在多個注入,尤其對發(fā)電機節(jié)點而言,其也可能接有負(fù)荷。如對圖5所示電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)而言,節(jié)點2和4除了接燃氣輪機外,同時可能接有負(fù)荷,此時電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)如圖6所示。

圖6電網(wǎng)節(jié)點多注入的電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

對于圖6中所示的電-氣耦合網(wǎng)絡(luò),在進行電網(wǎng)狀態(tài)估計時,是將各節(jié)點注入注出求和,再進行狀態(tài)估計。若節(jié)點注入量中存在壞數(shù)據(jù),則電網(wǎng)狀態(tài)估計只能定位到相應(yīng)節(jié)點,但不能正確找出究竟是該節(jié)點的哪項注入出現(xiàn)了壞數(shù)據(jù),而電-氣耦合狀態(tài)估計則可以利用電-氣耦合元件約束,找出壞數(shù)據(jù)具體出在哪里。在圖6所示算例中,在節(jié)點2設(shè)置270MW有功負(fù)荷,節(jié)點4設(shè)置80MW有功負(fù)荷。

若節(jié)點2和4的發(fā)電機有功功率均出現(xiàn)壞數(shù)據(jù),測試電-氣耦合狀態(tài)估計能否在非全量測配置下正確辨識壞數(shù)據(jù),由于電網(wǎng)拓?fù)漭^為簡單,為了保證壞數(shù)據(jù)的正確辨識,適當(dāng)增加了量測配置,以提高冗余度。表9和表10分別為電網(wǎng)、氣網(wǎng)量測配置情況。

當(dāng)電網(wǎng)2號節(jié)點和4號節(jié)點發(fā)電機有功功率均出現(xiàn)壞數(shù)據(jù)時,由于電網(wǎng)各節(jié)點不止一個注入量,故將電網(wǎng)壞數(shù)據(jù)辨識的結(jié)果整理為表11。

表9電-氣耦合壞數(shù)據(jù)辨識電網(wǎng)量測配置

表10電-氣耦合壞數(shù)據(jù)辨識氣網(wǎng)量測配置

表11多注入電功率節(jié)點電-氣耦合狀態(tài)估計壞數(shù)據(jù)辨識結(jié)果

電-氣耦合狀態(tài)估計能夠通過電氣耦合約束,正確辨識出壞數(shù)據(jù),而電網(wǎng)單獨狀態(tài)估計則無法正確定位壞數(shù)據(jù)。

5結(jié)論

電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)由于在傳輸過程中幾乎沒有損耗,其供應(yīng)范圍通常在城市級及以上,并且為保證供氣的可靠性,氣網(wǎng)通常含有環(huán),與輸電網(wǎng)類似。相比之下,熱電聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)由于熱網(wǎng)在傳熱過程中不可避免的熱損,供應(yīng)范圍通常較小,一般在園區(qū)級,其中熱網(wǎng)通常呈輻射狀分布,與配電網(wǎng)類似。因此電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與熱電聯(lián)合狀態(tài)估計存在很多不同,需要獨立于熱電聯(lián)合狀態(tài)估計方法,建立電-氣耦合狀態(tài)估計方法。

本文**次提出了適用于復(fù)雜氣網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)估計方法。根據(jù)壓縮機和調(diào)壓閥的特性,建立了適用于復(fù)雜氣網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)估計方法。通過算例,證實了該方法可以實現(xiàn)非全量測下的多壞數(shù)據(jù)辨識,符合實際工程對狀態(tài)估計的需求。

在此基礎(chǔ)上,本文建立了電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計方法,其狀態(tài)估計結(jié)果滿足電-氣耦合元件運行約束。單就狀態(tài)估計結(jié)果的精度而言,電-氣耦合估計的結(jié)果較單獨估計并沒有明顯提升。但是由于電-氣耦合狀態(tài)估計考慮了電-氣耦合元件的約束,因此滿足電-氣耦合元件的運行約束,而單獨狀態(tài)估計的結(jié)果往往不能契合電-氣耦合元件的運行約束。此外,當(dāng)電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)邊界出現(xiàn)多注入時,電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計可以利用電-氣耦合元件約束,辨識單獨狀態(tài)估計不能辨識的壞數(shù)據(jù)。同時電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計方法也為電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)能量管理系統(tǒng)后續(xù)的研究打下了基礎(chǔ)。