CN109933893A - 一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法，包括以下步骤：首先通过求解描述综合能源***中天然气、电力及供热/冷***暂态过程的微分方程，同时基于能量守恒定律求解描述能量枢纽耦合作用的数学式，得出综合能源***多时间尺度多能流平衡方程；进而基于分岔理论确定多时间尺度多能流平衡方程解集的分岔点，通过检测综合能源***参数是否达到分岔点来描述能量枢纽故障传播行为，实现能量枢纽故障传播的建模，本发明能为应对综合能源***连锁故障提供重要指导作用。
Description
技术领域
本发明是一种能量枢纽故障传播建模方法，具体涉及一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法，属于综合能源***安全稳定运行领域。
背景技术
综合能源***是由天然气、电力及供热/冷***组成能源供应***，其通过多能互补与能源梯级利用有效提高了能源的综合利用率。能量枢纽是连接综合能源***各个子***的基本单元，也是综合能源***中故障传播的关键环节，常见的能量枢纽有燃气轮机。
能量枢纽故障传播是指综合能源***中某一子***故障后经能量枢纽传播至其他子***。当前国内外研究人员对于能量枢纽故障传播方面的研究较少，且主要是通过研究***故障时，能量枢纽中某些参数随时间的变化来阐述的，但由于综合能源***的多时间尺度特性，使得从时域角度分析能量枢纽的故障传播变得十分困难。
分岔理论常用来研究分析动态***中因***参数小而连续的变化最终造成***状态突然改变的现象。分岔理论在工程实际中常用来分析微分***的稳定问题，例如文献《电力***的多重(维)鞍结分岔点及其特征分析》发现电力***失去结构稳定性时有稳定平衡点和不稳定平衡点相互重合的现象，故利用分岔理论研究鞍结分岔点研究电力***的故障传播；文献《基于分岔理论的含双馈风电机组的电力***电压稳定性分析》则利用分岔理论揭示了含双馈风电机组的电力***随参数变化而引起的故障导致电压失稳现象的非线性动力学本质。
基于上述背景，本发明创造性地提出应用分岔理论描述能量枢纽故障传播行为，为应对综合能源***连锁故障提供了重要指导。
发明内容
为了对综合能源***故障时的能量枢纽故障传播行为进行建模，本发明“一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法”首先通过分析天然气、电力及供热/冷***的暂态特性及能量枢纽的耦合关系，得出综合能源***多时间尺度多能流平衡方程；之后利用分岔理论分析综合能源***多时间尺度多能流平衡方程解集中的分岔点情况，通过比较综合能源***参数与分岔点的关系，实现对能量枢纽故障传播行为的建模。
本发明的主要步骤如下：
步骤1：得出综合能源***多时间尺度多能流平衡方程；
步骤2：运用分岔理论分析综合能源故障时多时间尺度多能流平衡方程，实现能量枢纽故障传播的建模。
附图说明
图1为综合能源***示意图
具体实施方式
本发明的具体实施方式为：
步骤1：得出综合能源***多时间尺度多能流平衡方程
综合能源***是经过能量枢纽的耦合作用，将天然气、电力及供热/冷***联系起来的，因此本发明先分别得出描述天然气、电力及供热/冷***暂态过程的微分方程，再考虑能量枢纽的耦合作用，得出综合能源***多时间尺度多能流平衡方程。
(1)得出描述天然气暂态过程的微分方程
由天然气管道内的天然气质量守恒及动量守恒定理，可得出描述天然气***暂态过程的微分方程为式(1)：
其中ΔPout为天然气管道出口压强变化值、ΔMout为天然气管道出口质量流变化值、ΔPin为天然气管道进口压强变化值、ΔMin为天然气管道进口质量流变化值、f为天然气管道水力流阻系数、B为声音在天然气中的传播速度、A为天然气管道内横截面积、D为天然气管道内直径、L为天然气管道长度、M0和P0分别是天然气***稳态质量流与压强。
(2)得出描述电力***暂态过程的微分方程
综合能源***所涉及的电力***可近似以单机无穷大***来替代，本发明以发电机转子方程来描述电力***暂态过程，具体微分方程为式(2)：
其中δ、ω、ω0、Tj、PT、E′、U、x分别是发电机功角、转速、额定转速、惯性时间常数、机械功率、感应电动势、***额定电压、***等效电抗。
(3)得出描述供热/冷***暂态过程的微分方程
由热力学的知识可知，描述供热/冷***暂态过程的微分方程为式(3)：
其中q为t时刻储热物质流量；C为热容量，C＝Ce*q；R为容器热阻；T和Ta分别为t时刻储热物质温度和环境温度；Ce为储热物质的比热容；Td为储热物质期望温度；Tin为进入供热/冷***的储热物质温度；Pth为加热功率。
(4)得出能量枢纽耦合关系
综合能源***中能量枢纽对电力、天然气及供热/冷***的耦合关系是基于能量守恒定律，天然气***的出口质量流Mout决定了电力***的机械功率PT，而供热/冷***的加热功率Pth来自于燃气轮机的烟气余热功率，具体表达式为式(4)：
其中Pgas为天然气***出口质量流对应的功率、H为天然气质量燃烧热值、η1、η2、η3分别为天然气燃烧效率、微型燃气轮机效率、余热利用效率。
(5)得出综合能源***多时间尺度多能流平衡方程
联立式(1)～(4)及可得出综合能源***多时间尺度多能流平衡方程，具体为式(5)：
步骤2：运用分岔理论分析综合能源故障时多时间尺度多能流平衡方程解集，实现能量枢纽故障传播的建模
由分岔理论可知，当微分***的某一参数μ连续变化到分岔点μc时，***的全局状态将发生突然变化，即当综合能源***某子***发生故障且经由能量枢纽传播至其他子***时，相应子***的微分方程的解将出现分岔点。基于这一理论，本发明通过分析综合能源***多时间尺度多能流平衡方程解集中分岔点的情况来分析能量枢纽对故障的传播特性，实现对能量枢纽故障传播的建模。
具体过程为：
(1)令式(5)中的每一个微分方程的值都取0，求得式(5)的平衡点(ΔPout0，ΔMin0，δ0，ω0，T0)，并采用局部参数延拓法追踪式(5)的平衡解流形，之后计算式(5)在每一个平衡点附近雅可比矩阵的特征值，根据局部分岔条件确定分岔点的位置；
(2)通过分析综合能源***各子***的监测量是否到达分岔点，来描述能量枢纽对故障的传播特性，实现对能量枢纽故障传播的建模。
Claims (3)
1.一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法，其特征在于：
步骤(1)：分别分析天然气、电力及供热/冷***的暂态过程特性，结合能量枢纽的耦合作用，得出综合能源***多时间尺度多能流平衡方程；
步骤(2)：基于分岔理论分析综合能源***多时间尺度多能流平衡方程解集中的分岔点，通过比较***参数与分岔点关系实现对能量枢纽故障传播建模。
2.根据权利要求1所述一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法，步骤(1)得出的综合能源***多时间尺度多能流平衡方程，具体方程为式(1)：
其中ΔPout为天然气管道出口压强变化值；ΔMout为天然气管道出口质量流变化值；ΔPin为天然气管道进口压强变化值；ΔMin为天然气管道进口质量流变化值、f为天然气管道水力流阻系数；B为声音在天然气中的传播速度；A为天然气管道内横截面积；D为天然气管道内直径；L为天然气管道长度；M0和P0分别是天然气***稳态质量流与压强；δ、ω、ω0、Tj、PT、E′、U、x分别是发电机功角、转速、额定转速、惯性时间常数、机械功率、感应电动势、***额定电压、***等效电抗；q为储热物质流量；C为热容量，C＝Ce*q；R为容器热阻；T和Ta分别为储热物质温度和环境温度；Ce为储热物质的比热容；Td为储热物质期望温度；Tin为进入供热/冷***的储热物质温度；Pth为加热功率。
3.根据权利要求1所述一种基于分岔理论的能量枢纽故障传播建模方法，步骤(2)运用分岔理论分析综合能源故障时多时间尺度多能流***平衡方程解集的分岔点，实现能量枢纽故障传播的建模，具体过程为：
(1)令式(1)中的每一个微分方程的值都取0，求得式(1)的平衡点(ΔPout0，ΔMin0，δ0，ω0，T0)，并采用局部参数延拓法追踪式(1)的平衡解流形，之后计算式(1)在每一个平衡点附近雅可比矩阵的特征值，根据局部分岔条件确定分岔点的位置；
(2)通过分析综合能源***各子***的监测量是否到达分岔点，描述能量枢纽对故障的传播特性，实现对能量枢纽故障传播的建模。
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|---|---|
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103413031A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-11-27 | 国家电网公司 | 一种基于线路电压稳定指标的连续潮流计算方法 |
| CN104734147A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-24 | 河海大学 | 一种综合能源***概率能量流分析方法 |
| US20160041232A1 (en) * | 2014-08-11 | 2016-02-11 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Tool employing homotopy-based approaches in finding the controlling unstable equilibrium point in the electric power grid |
| CN105576657A (zh) * | 2016-02-06 | 2016-05-11 | 马瑞 | 能源互联下主动配网与输电网集成***的随机模糊连续潮流建模及算法 |
| JP2017066874A (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | 株式会社日立製作所 | コージェネレーション運転評価装置及び運転評価方法並びにコージェネレーション装置運転制御システム |
| CN107238772A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-10-10 | 国网辽宁省电力有限公司 | 一种基于功率梯度分量的电压稳定性检测方法 |
| EP3336998A1 (de) * | 2016-12-16 | 2018-06-20 | innogy SE | Netzersatzanlage, umrichter für eine netzersatzanlage sowie verfahren zum betreiben einer netzersatzanlage |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103413031A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-11-27 | 国家电网公司 | 一种基于线路电压稳定指标的连续潮流计算方法 |
| US20160041232A1 (en) * | 2014-08-11 | 2016-02-11 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Tool employing homotopy-based approaches in finding the controlling unstable equilibrium point in the electric power grid |
| CN104734147A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-24 | 河海大学 | 一种综合能源***概率能量流分析方法 |
| JP2017066874A (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | 株式会社日立製作所 | コージェネレーション運転評価装置及び運転評価方法並びにコージェネレーション装置運転制御システム |
| CN105576657A (zh) * | 2016-02-06 | 2016-05-11 | 马瑞 | 能源互联下主动配网与输电网集成***的随机模糊连续潮流建模及算法 |
| EP3336998A1 (de) * | 2016-12-16 | 2018-06-20 | innogy SE | Netzersatzanlage, umrichter für eine netzersatzanlage sowie verfahren zum betreiben einer netzersatzanlage |
| CN107238772A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-10-10 | 国网辽宁省电力有限公司 | 一种基于功率梯度分量的电压稳定性检测方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 殷爽睿，艾芊，曾顺奇，吴琼，郝然，江迪: "能源互联网多能分布式优化研究挑战与展望" * |
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