天然氣—電力混合系統(tǒng)分析方法研究

【摘要】：隨著天然氣管網(wǎng)和電網(wǎng)之間聯(lián)系越來越強(qiáng)，在某種意義上來說，它們是作為一個(gè)整體在運(yùn)行。與此同時(shí)，與天然氣—電力混合系統(tǒng)相關(guān)的問題受到越來越多的關(guān)注，主要包括混合系統(tǒng)的規(guī)劃問題、優(yōu)化問題、相互影響問題和市場問題等。為了支持相關(guān)研究，本論文針對(duì)用于分析混合系統(tǒng)相關(guān)問題的基本方法進(jìn)行了研究。 首先，提出了混合負(fù)荷分析(Combined Load Flow Analysis)的概念，就像電力系統(tǒng)中的潮流分析一樣，它是用于支撐關(guān)于天然氣—電力混合系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)?？傮w來說，混合負(fù)荷由天然氣負(fù)荷流量和電力潮流兩部分組成。由于潮流問題已經(jīng)很好的解決了，本文的重點(diǎn)將放在天然氣負(fù)荷流量問題和燃?xì)廨啓C(jī)的考慮上面。天然氣負(fù)荷流量問題采用牛頓網(wǎng)孔節(jié)點(diǎn)法來解決，同時(shí)考慮了天然氣管網(wǎng)中升壓機(jī)(Compressor)消耗的部分天然氣，把與管網(wǎng)相連的燃?xì)廨啓C(jī)看作能量轉(zhuǎn)換器。算例分析證明了本文所提出的用于分析混合負(fù)荷方法的收斂性和有效性。 其次，分別從技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)角度描述了混合系統(tǒng)的優(yōu)化問題，并進(jìn)行了規(guī)范化公式表達(dá)。不管是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行人員還是市場參與者來說，存在于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的優(yōu)化問題都很重要。對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行人員而言，需要為混合系統(tǒng)制定最高能效的運(yùn)行方式；而對(duì)于市場參與者而言，則追求用于購買燃?xì)?、發(fā)電和損耗的總成本最小，各分支成本可能會(huì)因?yàn)榈乩砦恢貌煌煌?。因此，我們就可以得到兩個(gè)基本的目標(biāo)函數(shù)：一個(gè)是是基于技術(shù)角度的，一個(gè)是基于經(jīng)濟(jì)角度的。從算例研究結(jié)果可以看出，本文所提出的方法對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行人員和市場參與者都是有價(jià)值的。 除了上述的混合負(fù)荷分析和優(yōu)化問題之外，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的動(dòng)態(tài)影響問題也是一個(gè)需要研究的重要課題。本文采用了有限元近似的思想，將用于描述天然氣動(dòng)態(tài)氣流的偏微分方程轉(zhuǎn)變成常微分方程，在基于時(shí)域的Matlab／Simulink(中實(shí)現(xiàn)了天然氣管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)建模。同時(shí)，給出了考慮與管網(wǎng)相連燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)態(tài)過程的方法。然后，通過算例分析給出了基于動(dòng)態(tài)仿真的分析天然氣—電力網(wǎng)絡(luò)之間相互影響的方法，同時(shí)得出了一些有參考價(jià)值的結(jié)論。 【關(guān)鍵詞】：天然氣-電力混合系統(tǒng) 混合負(fù)荷分析 優(yōu)化 動(dòng)態(tài)模型 相互影響
【學(xué)位授予單位】：中國電力科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TM711
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 背景10-11
• 1.2 天然氣-電力混合系統(tǒng)11-13
• 1.3 文獻(xiàn)綜述13-14
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)14-16
• 第二章 混合負(fù)荷分析16-54
• 2.1 天然氣管網(wǎng)16-22
• 2.1.1 管道中天然氣流穩(wěn)態(tài)方程16-18
• 2.1.2 非管道元件18-20
• 2.1.3 節(jié)點(diǎn)方程20-21
• 2.1.4 回路方程21-22
• 2.2 天然氣流量分析方法22-48
• 2.2.1 牛頓節(jié)點(diǎn)法22-23
• 2.2.2 牛頓網(wǎng)孔法23-26
• 2.2.3 牛頓網(wǎng)孔-節(jié)點(diǎn)法26-30
• 2.2.4 非管道元件的仿真方法30-34
• 2.2.5 計(jì)算壓縮機(jī)消耗燃料的方法34-35
• 2.2.6 基于 Simulink的管網(wǎng)流量分析方法35-36
• 2.2.7 算例驗(yàn)證36-48
• 2.3 混合負(fù)荷分析48-53
• 2.3.1 燃?xì)廨啓C(jī)的考慮方法48-49
• 2.3.2 混合負(fù)荷49
• 2.3.3 算例49-53
• 2.4 小結(jié)53-54
• 第三章 天然氣-電力混合系統(tǒng)的優(yōu)化問題54-71
• 3.1 天然氣管網(wǎng)的優(yōu)化54-63
• 3.1.1 概述54-56
• 3.1.2 管網(wǎng)優(yōu)化問題56-57
• 3.1.3 算例57-63
• 3.2 混合系統(tǒng)的優(yōu)化63-70
• 3.2.1 基于技術(shù)角度的目標(biāo)函數(shù)63-64
• 3.2.2 基于經(jīng)濟(jì)角度的目標(biāo)函數(shù)64
• 3.2.3 約束條件64-66
• 3.2.4 算例66-70
• 3.3 小結(jié)70-71
• 第四章 天然氣管網(wǎng)和電網(wǎng)的相互影響71-96
• 4.1 引言71-72
• 4.2 天然氣管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)仿真72-87
• 4.2.1 管道中天然氣流的動(dòng)態(tài)模型72-81
• 4.2.2 非管道元件的考慮方法81-83
• 4.2.3 天然氣管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)仿真83-87
• 4.3 兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間相互影響的仿真87-94
• 4.3.1 燃?xì)廨啓C(jī)的考慮方法87-88
• 4.3.2 算例88-94
• 4.4 小結(jié)94-96
• 第五章 可能的研究方向96-98
• 第六章 結(jié)論98-100
• 致謝100-101
• 參考文獻(xiàn)101-105
• 博士期間的主要研究成果和公開發(fā)表的論文105

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