【摘 要】
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在以“双碳”目标驱动的能源结构转型背景下,新型电力系统转型速度逐步加快,电力系统与其他能源系统的耦合也逐步加强。电-气综合能源系统即体现了电力系统与天然气系统的深度融合,其可提高能源生产、输送、分配、消费等各个环节的能源利用率,推动清洁能源开发利用,提高能源系统供能可靠性与经济性。相较于电网动态,气网动态时间常数较大,由偏微分方程主导的气网动态模型为电-气综合能源系统分析计算带来了极大困难。为此,
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在以“双碳”目标驱动的能源结构转型背景下,新型电力系统转型速度逐步加快,电力系统与其他能源系统的耦合也逐步加强。电-气综合能源系统即体现了电力系统与天然气系统的深度融合,其可提高能源生产、输送、分配、消费等各个环节的能源利用率,推动清洁能源开发利用,提高能源系统供能可靠性与经济性。相较于电网动态,气网动态时间常数较大,由偏微分方程主导的气网动态模型为电-气综合能源系统分析计算带来了极大困难。为此,本文提出了基于气网轻量化动态模型的电-气综合能源系统动态能流计算模型,旨在研究不同能源系统耦合背景下的系统优化运行策略问题,主要工作如下:（1）提出一种轻量化的天然气动态能流模型:将天然气在管道内流动的偏微分方程组转化为二阶双曲型偏微分方程,使用有限差分法将微分方程转化为代数方程,借助三层显示差分格式特有的性质进行条件递推,得到轻量化的时域二端口线性代数模型,提出一种基于系数矩阵分析的估计管道动态响应能力的方法。仿真验证了所提方法对计算速度的提升性能与估计管道响应速度的可行性。（2）提出一种适用于多种空间尺度电-气综合能源系统的气网动态模型参数更新方法:根据不同初始、边界条件推导出天然气系统网络模型,针对跨区域级与园区级电-气综合能源系统不同的建模需求分析网络结构对系统参数、模型精度的影响,基于时域二端口模型提出了动态更新流速基值的方法。算例中验证含联络线或环网系统模型计算的有效性和参数更新的必要性。（3）提出一种分析含气网轻量化动态模型的电-气综合能源系统最优能流计算方法:基于气网轻量化的动态电-气综合能源系统模型,以最小化系统供能成本为目标函数,估算天然气系统管道内存气量应对耦合系统负荷冲击的能力,分析不同响应速度的能源系统在耦合运行下的优化策略。仿真分析了电-气综合能源系统依靠管道内存气量应对电力系统负荷冲击的有效性。综上所述,本文建立基于气网轻量化动态模型的电-气综合能源系统能流计算模型,分析并改进了从气网动态轻量化模型的计算性能、气网拓扑对模型精度的影响及构建动态模型所需边界条件,提出一套基于气网轻量化动态模型的电-气综合能源系统运行优化方法,对中、短时间尺度的电-气综合能源系统耦合分析问题具有借鉴意义。
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