天然气—电力混合系统分析方法研究

【摘要】：随着天然气管网和电网之间联系越来越强，在某种意义上来说，它们是作为一个整体在运行。与此同时，与天然气—电力混合系统相关的问题受到越来越多的关注，主要包括混合系统的规划问题、优化问题、相互影响问题和市场问题等。为了支持相关研究，本论文针对用于分析混合系统相关问题的基本方法进行了研究。 首先，提出了混合负荷分析(Combined Load Flow Analysis)的概念，就像电力系统中的潮流分析一样，它是用于支撑关于天然气—电力混合系统研究的基础。总体来说，混合负荷由天然气负荷流量和电力潮流两部分组成。由于潮流问题已经很好的解决了，本文的重点将放在天然气负荷流量问题和燃气轮机的考虑上面。天然气负荷流量问题采用牛顿网孔节点法来解决，同时考虑了天然气管网中升压机(Compressor)消耗的部分天然气，把与管网相连的燃气轮机看作能量转换器。算例分析证明了本文所提出的用于分析混合负荷方法的收敛性和有效性。 其次，分别从技术角度和经济角度描述了混合系统的优化问题，并进行了规范化公式表达。不管是对系统运行人员还是市场参与者来说，存在于两个网络之间的优化问题都很重要。对系统运行人员而言，需要为混合系统制定最高能效的运行方式；而对于市场参与者而言，则追求用于购买燃气、发电和损耗的总成本最小，各分支成本可能会因为地理位置不同而不同。因此，我们就可以得到两个基本的目标函数：一个是是基于技术角度的，一个是基于经济角度的。从算例研究结果可以看出，本文所提出的方法对系统运行人员和市场参与者都是有价值的。 除了上述的混合负荷分析和优化问题之外，两个网络间的动态影响问题也是一个需要研究的重要课题。本文采用了有限元近似的思想，将用于描述天然气动态气流的偏微分方程转变成常微分方程，在基于时域的Matlab／Simulink(中实现了天然气管网的动态建模。同时，给出了考虑与管网相连燃气轮机动态过程的方法。然后，通过算例分析给出了基于动态仿真的分析天然气—电力网络之间相互影响的方法，同时得出了一些有参考价值的结论。 【关键词】：天然气-电力混合系统 混合负荷分析 优化 动态模型 相互影响
【学位授予单位】：中国电力科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TM711
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 背景10-11
• 1.2 天然气-电力混合系统11-13
• 1.3 文献综述13-14
• 1.4 本论文的结构14-16
• 第二章 混合负荷分析16-54
• 2.1 天然气管网16-22
• 2.1.1 管道中天然气流稳态方程16-18
• 2.1.2 非管道元件18-20
• 2.1.3 节点方程20-21
• 2.1.4 回路方程21-22
• 2.2 天然气流量分析方法22-48
• 2.2.1 牛顿节点法22-23
• 2.2.2 牛顿网孔法23-26
• 2.2.3 牛顿网孔-节点法26-30
• 2.2.4 非管道元件的仿真方法30-34
• 2.2.5 计算压缩机消耗燃料的方法34-35
• 2.2.6 基于 Simulink的管网流量分析方法35-36
• 2.2.7 算例验证36-48
• 2.3 混合负荷分析48-53
• 2.3.1 燃气轮机的考虑方法48-49
• 2.3.2 混合负荷49
• 2.3.3 算例49-53
• 2.4 小结53-54
• 第三章 天然气-电力混合系统的优化问题54-71
• 3.1 天然气管网的优化54-63
• 3.1.1 概述54-56
• 3.1.2 管网优化问题56-57
• 3.1.3 算例57-63
• 3.2 混合系统的优化63-70
• 3.2.1 基于技术角度的目标函数63-64
• 3.2.2 基于经济角度的目标函数64
• 3.2.3 约束条件64-66
• 3.2.4 算例66-70
• 3.3 小结70-71
• 第四章 天然气管网和电网的相互影响71-96
• 4.1 引言71-72
• 4.2 天然气管网的动态仿真72-87
• 4.2.1 管道中天然气流的动态模型72-81
• 4.2.2 非管道元件的考虑方法81-83
• 4.2.3 天然气管网的动态仿真83-87
• 4.3 两个网络间相互影响的仿真87-94
• 4.3.1 燃气轮机的考虑方法87-88
• 4.3.2 算例88-94
• 4.4 小结94-96
• 第五章 可能的研究方向96-98
• 第六章 结论98-100
• 致谢100-101
• 参考文献101-105
• 博士期间的主要研究成果和公开发表的论文105

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