【摘 要】
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面对能源结构清洁化与能源体系转型的背景,构建安全可靠、绿色高效的电-气互联系统(Integrated electricity and natural gas system,IEGS)成为实现能源转型和“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。随着电网与天然气网耦合程度的日益加深以及低碳电力要求的日益提升,对协同多能流、探究多能耦合特性、发挥多能互补作用实现电-气互联系统的安全运行及低碳经济调度提出了更高要
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51777077、52177085); 广州市科技计划项目(202102021208);
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面对能源结构清洁化与能源体系转型的背景,构建安全可靠、绿色高效的电-气互联系统(Integrated electricity and natural gas system,IEGS)成为实现能源转型和“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。随着电网与天然气网耦合程度的日益加深以及低碳电力要求的日益提升,对协同多能流、探究多能耦合特性、发挥多能互补作用实现电-气互联系统的安全运行及低碳经济调度提出了更高要求。为此,本文从电网和天然气网的耦合机理分析、故障传播分析以及IEGS优化调度策略三个方面开展研究,主要工作内容如下:(1)针对现有研究在潮流算法与耦合机理分析的不足,基于统一潮流模型提出了电网与天然气网相互作用机理分析方法。计及天然气网慢动态特性建立了IEGS统一潮流模型并利用变量压缩进行简化;提出采用牛顿下山法求解模型避免天然气网初值敏感问题;基于灵敏度分析方法提出了综合灵敏度指标用以分析两网间相互作用。仿真结果表明利用所提综合灵敏度指标能够量化扰动对耦合系统影响,快速定位系统薄弱环节并为系统安全运行措施提供决策依据,验证了采用牛顿下山法具有收敛快、效率高的优势。(2)针对两网耦合日益加深带来的系统安全问题,提出了考虑相依特性的电-气互联系统故障传播影响分析方法。考虑IEGS相依特性分析了不同耦合程度下故障在两网间传播影响特性;建立了基于天然气网管存模型的IEGS准稳态潮流模型;从系统供能效率与供能可靠性两个方面构建了连锁故障影响评估指标以分析故障传播对系统运行的影响。仿真结果揭示了单一子网故障对耦合系统安全运行产生影响,量化评估了不同耦合程度下连锁故障对系统运行的影响,验证了安全措施减缓故障传播影响的有效性。(3)针对现有IEGS低碳经济调度研究的不足,提出了计及阶梯式碳交易机制与碳捕集的电-气互联系统低碳经济调度策略。一方面在IEGS中引入碳捕集电厂与电转气协同运行模式实现碳循环利用,另一方面引入双向阶梯式碳交易机制进一步约束碳排放,基于此构建了IEGS低碳经济调度模型,并利用分段线性化与二阶锥松弛方法对模型的非凸非线性进行了转化处理。仿真结果表明采用所提碳捕集与电转气协同优化策略提升了系统消纳风电能力并降低了碳排放水平,所提策略结合引入的双向阶梯式碳交易机制进一步提升了IEGS的低碳经济性能。
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