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计及天然气网故障的发输电系统充裕性评估及薄弱环节辨识

计及天然气网故障的发输电系统充裕性评估及薄弱环节辨识

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作者：聂佳焰重庆大学

学位级别：硕士

煤炭资源日益消耗,可再生能源技术发展尚未成熟,无法进行大规模煤炭替代,而天然气作为一种清洁的化石能源,已成为能源替代的首选。在电-气互联系统中,随着燃气发电比例的增加,天然气网的管道腐蚀破损、燃气泄漏和“气荒”等各种不确定... 详细信息

煤炭资源日益消耗,可再生能源技术发展尚未成熟,无法进行大规模煤炭替代,而天然气作为一种清洁的化石能源,已成为能源替代的首选。在电-气互联系统中,随着燃气发电比例的增加,天然气网的管道腐蚀破损、燃气泄漏和“气荒”等各种不确定因素对电力系统可靠性的影响已不容忽视。在该背景下,本文对天然气网故障对电力系统可靠性的影响、电-气互联系统薄弱环节辨识等进行了相关研究。为了评估天然气网故障对电力系统可靠性的影响,本文首先建立了天然气网中天然气气源、天然气管道以及天然气压缩机等元件的可靠性模型,进而建立计及天然气网故障的燃气发电机多状态可靠性模型。该模型采用Ford-Fulkerson法得到天然气网在各种故障状态下的天然气负荷点供气量;通过燃气发电机的耦合,建立计及天然气网故障的燃气发电机多状态模型,以燃气发电机的多状态出力表征天然气网的充裕性。对3气源、20节点的改进比利时天然气网进行算例分析,采用蒙特卡洛模拟法对该天然气网进行充裕性分析,并得到燃气发电机多状态容量停运概率表。通过燃气发电机耦合天然气网和发输电系统,提出计及天然气网故障的发输电系统充裕性评估方法。该方法基于前述燃气发电机多状态模型、常规电力元件可靠性模型,建立发输电系统充裕性评估模型;基于最优潮流的负荷削减模型,采用蒙特卡洛模拟方法,评估得到电力系统可靠性指标。基于仿真软件MATLAB及优化软件CPLEX编制了计算程序,对含天然气网的IEEE RTS79系统进行充裕性评估,探究了天然气网故障对发输电系统充裕性的影响,并进行了天然气网元件故障程度、燃气发电机渗透率及发输电系统负荷倍数对发输电系统充裕性影响的灵敏度分析。传统电力系统可靠性跟踪只计及电力系统内部元件,与电力系统相关联的外部系统或元件不在可靠性跟踪范畴,这使得传统电力系统可靠性跟踪方法已不适用于电-气互联系统。基于传统电力系统可靠性跟踪的准则和原理,提出电-气互联系统的可靠性跟踪及天然气网可靠性指标二次分摊方法。该方法将天然气网作为等值元件同电力系统元件一并进行可靠性跟踪,将天然气网元件分得的可靠性指标按照电力系统可靠性跟踪原理及准则在天然气网内进行第二次分摊,并对电-气互联系统进行薄弱环节辨识。对含天然气网的IEEE RTS79系统进行了算例分析,辨识了该系统发电机,输电线路、输气管道等薄弱环节;同时,基于跟踪结果进行了该系统可靠性改进措施分析,对比结果证明了改进措施的有效性。

关键词：电-气(发输电系统-天然气网)互联系统燃气发电机多状态可靠性模型可靠性评估可靠性跟踪薄弱环节辨识

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