基于面向能源互聯網的電—氣耦合網絡狀態估計技術分析

湯王飛

摘 要：為保證電-氣耦合網絡的運行質量，結合能源互聯網的相關特征，以模型分析的方法，研究了基于能源互聯網的電-氣耦合網絡狀態評估技術的相關內容。通過構建該模型，能夠進一步了解復雜條件下的網絡狀態評估，最大程度上滿足了電-氣耦合網絡綜合管理的要求，因此具有可行性。

關鍵詞：能源互聯網；電-氣耦合網絡；網絡狀態評估

能源互聯網是由多種形式能源流構成的網絡體系，在這個體系中，電、氣、熱、冷等多個網絡都能完成物理層面與信息層面的融合，具有深遠影響。所以在當前工作中，就應該尋找有效的方法，從能源互聯網的數據分析手段，構建多種層次的開放互聯，并在充分了解不同網絡的基礎上，保證能源使用效率，推動我國社會可持續發展進程。

1 電-氣耦合網絡模型的建立

1.1 模型構建的先決條件

在建立電-氣耦合網絡過程中首先應該注意到的是，由于電-氣耦合網絡網絡中不會存在大量的電-氣耦合元件，所以本次研究中的電、氣網絡間的耦合在實際上屬于弱耦合，網絡狀態評估技術分析過程中，可以不能單方面的依靠耦合約束條件來進行分析。總體而言，電-氣耦合網絡狀態評估能夠深入了解不同狀態下的電-氣變化情況，掌握邊界壞數據辨識的要求。

燃氣輪機是一種常見的電-氣耦合元件，燃氣輪機以天然氣燃燒所產生的燃氣推動做功，并依靠相應的能量完成發電。同時，燃氣輪機在運行過程中本身就會出現煙氣，這些煙氣中存在一定的熱能，這些能源可以被看做是人力生產的重要源泉。在這個過程中，可以將燃氣輪機作為一個電-氣耦合元件進行分析。

1.2 模型建立

在構建電-氣耦合網絡狀態評估模型中，采用最小二乘法來構建電-氣耦合網絡狀態估計模型，該模型的基本結構為：

cg（x^g）=0

ΓLing.gas-Poutgas=0

在上述公式中，Ling.gas代表燃氣輪機的耗氣量向量，主要指電-氣耦合網絡中的所有燃氣機；Poutgas代表燃氣輪機的發電功率向量，主要值電-氣耦合網絡中的所有燃氣輪機。Γ代表燃氣輪機的轉換系數矩陣，在實際上以對角陣的形式存在。

1.3 模型處理

在構建模型之后，需要進一步研究電-氣耦合網絡狀態評估的技術內容。因此在模型處理中需要注意的是，考慮到狀態評估的主要功能就是在非全量側配的情況下，能夠對整個電-氣耦合網絡進行監督，并完成對電-氣耦合網絡的測量。但是在電-氣耦合網絡運行過程中，考慮到結算等多種工作的影響，對用戶側與供給側所明確的負荷必然會配置測量。所以模型處理的關鍵，就是要通過設置量測配置，保證電-氣耦合網絡狀態評估技術具有一定的壞數據辨識與處理能力。

2 電-氣耦合網絡狀態估計的應用分析

電-氣耦合常見于城市級以上范圍的供電供氣系統中，結合上文所介紹的模型，假設電網節點與大電網相連，并且在相應節點上分別配有兩臺燃氣輪機，燃氣輪機僅作為發電使用。

2.1 全局一致解與耦合端口的精度控制

在電-氣耦合網絡狀態估計過程中，處于對耦合狀態估計的考慮，本文充分考慮了各種可能出現約束條件，保證電-氣耦合網絡狀態估計結果最大程度上滿足電-氣耦合網絡狀態估計的約束條件。

一般情況下，電-氣耦合網絡體系下的元件端口精度不同時的單獨狀態估計端口契合度之間存在一定的差別，并且其狀態估計的結果未必能有效契合，這一點從電網、氣網的單獨狀態估計中表現的更加明顯。在這個過程中，假設電-氣耦合網絡契合度的統計分析量的表述為S，則S的參數水平越小，其端口的契合度越高。分別取耦合元件端口的精度為0.02p.u.與0.1p.u.開展蒙特卡洛仿真實驗后，結果可以發現，當端口的數據精度較高時，端口數據的不匹配值僅為實際值的0.06%，這一結果基本可以看出兩個結果的具有全局一致性的特征。而假設端口的數據精度水平沒有達到預期，則電-氣耦合網絡下的元件端口契合度水平不理想，證明其精度控制存在問題。

2.2 壞數據的識別

在電網正常運行的條件下，其節點上會存在多個層次的注入現象，尤其是發電機節點，這個節點上依然存在負荷的風險。在對電網進行估計過程中，需要確定各個節點的注入、注出的和，再完成狀態估計。在這個過程中，假設節點主圖的數據存在壞數據，則在電網數據評估中，只能定位到相應的節點，但是卻無法正確找到出現問題的節點。而在采用電-氣耦合網絡狀態估計，怎可以根據點-氣有何元件約束條件，進一步判斷壞數據的位置。

根據上述分析，分別在節點2與節點4設置有功負荷270MW、80MW。在這種情況下，假設兩個節點的發電機有功功率均出現壞數據，則在測試電-氣耦合網絡障礙下，判斷能夠正確辨識壞數據，此時考慮到網絡拓撲結構相對簡單，為了保證其辨識度情況，應該增加測量配置，并分別根據電-氣耦合網絡壞數據辨識電網測量配置的詳細闡述情況進行分析，并將相關數據帶入到上述模型中，判斷其關系是否成立。

按照上述方法展開辨識分析后發現，當節點2與節點4發電機均出現壞數據的石油，電-氣耦合網絡狀態估計能夠通過電氣耦合約束條件，并且模型中的關系式不成立。根據這一結果可以判斷，電-氣耦合網絡狀態估計能夠有效識別壞數據，所以具有可行性。

3 結論

基于面向能源互聯網的電-氣耦合網絡狀態評估技術能夠有效判斷電力生產中的壞數據問題，能夠為相關技術人員優化電-氣耦合網絡提供有效的數據支持。對于相關人員而言，在研究電-氣耦合網絡狀態評估技術的相關問題時，必須要重視對模型的構建與數據處理，這樣才能進一步提高數據分析質量，滿足了能源互聯網運行的要求。

參考文獻：

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