Steady State Model of Security Region for Natural Gas Network Based on Unified Modeling Method of Heterogeneous Energy

Chenhui SONG; Jun XIAO; Zekai QIU; Heng JIAO; Yuqing QU

doi:10.7500/AEPS20210909003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Steady State Model of Security Region for Natural Gas Network Based on Unified Modeling Method of Heterogeneous Energy

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Steady State Model of Security Region for Natural Gas Network Based on Unified Modeling Method of Heterogeneous Energy
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 19, Pages: 13-22(2022)
- 作者机构：
  
  智能电网教育部重点实验室（天津大学），天津市 300072
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51877144)
- DOI：10.7500/AEPS20210909003
  CLC：
- Received：09 September 2021，
  
  Revised：2022-01-14，
  
  Published Online：28 March 2022，
  
  Published：10 October 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
宋晨辉,肖峻,秋泽楷等.基于异质能源统一建模方法的天然气网安全域稳态模型[J].电力系统自动化,2022,46(19):13-22.

SONG Chenhui,XIAO Jun,QIU Zekai,et al.Steady State Model of Security Region for Natural Gas Network Based on Unified Modeling Method of Heterogeneous Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(19):13-22.
宋晨辉,肖峻,秋泽楷等.基于异质能源统一建模方法的天然气网安全域稳态模型[J].电力系统自动化,2022,46(19):13-22. DOI： 10.7500/AEPS20210909003.

SONG Chenhui,XIAO Jun,QIU Zekai,et al.Steady State Model of Security Region for Natural Gas Network Based on Unified Modeling Method of Heterogeneous Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(19):13-22. DOI： 10.7500/AEPS20210909003.

摘要

针对综合能源系统中的天然气网安全分析，提出了基于异质能源统一建模方法的天然气网安全域模型。首先，给出了天然气网安全域的基础概念。其次，介绍了异质能源网络综合分析的统一建模方法，在天然气网中表现为气路模型；因此先建立稳态气路模型，在此基础上再建立基于气路的天然气网安全域稳态模型，该模型在安全域方法上实现了天然气网和电力网的数学形式统一。再次，提出了模型的全维求解与降维观测方法。最后，采用经典5节点算例和比利时管网实际算例进行验证，与传统基于管道压降方程的安全域模型对比表明：所提模型方法在保证正确性与精确性的前提下显著提高了计算效率，将为后续综合能源系统安全域的统一建模与分析奠定基础。

Abstract

Aiming at the security analysis of natural gas network in the integrated energy system (IES)

a security region model of natural gas network is proposed

which is based on the unified modeling method of heterogeneous energy. Firstly

the basic concepts about the security region of natural gas network are presented. Secondly

the unified modeling method

which is suitable for the comprehensive analysis of heterogeneous energy networks

is introduced. It is shown as the gas circuit model in the natural gas network. Therefore

the steady-state model of gas circuit is established first

and the steady-state model of security region based on the gas circuit is established further

which means the mathematical form of natural gas network and electric power network is unified in the security region. Thirdly

the methods of full-dimension calculation and reduced-dimension observation of the above model are proposed. Finally

verification is carried out on a typical 5-bus case and an actual Belgium gas network system. Compared with the traditional security region model based on the pressure drop equations

the proposed model and method can significantly improve the calculation efficiency on the premise of correctness and accuracy

which lays the foundation for the subsequent general modeling and analysis of the security region of the integrated energy system.

关键词

Keywords

references

贾宏杰，王丹，徐宪东，等 . 区域综合能源系统若干问题研究［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 7 ）： 198 - 207 .

JIA Hongjing ， WANG Dan ， XU Xiandong ， et al . Research on some key problems related to integrated energy systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 7 ）： 198 - 207 .

国家能源局：对十三届全国人大三次会议第9637号建议的答复［EB/OL］.［ 2020-09-07 ］. http：//zfxxgk.nea.gov.cn/2020-09/07/c_139419773.htm http://zfxxgk.nea.gov.cn/2020-09/07/c_139419773.htm .

National Energy Administration： reply to recommendation No. 9637 of the third session of the 13th National People’s Congress ［EB/OL］. ［ 2020-09-07 ］. http：//zfxxgk.nea.gov.cn/2020-09/07/c_139419773.htm http://zfxxgk.nea.gov.cn/2020-09/07/c_139419773.htm .

潘昭光，孙宏斌，郭庆来 . 面向能源互联网的多能流静态安全分析方法［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 6 ）： 1627 - 1634 .

PAN Zhaoguang ， SUN Hongbin ， GUO Qinglai . Energy Internet oriented static security analysis method for multi-energy flow ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 6 ）： 1627 - 1634 .

张玥，谢光龙，张全，等 . 美国得州2·15大停电事故分析及对中国电力发展的启示［J］. 中国电力， 2021 ， 54 （ 4 ）： 192 - 198 .

ZHANG Yue ， XIE Guanglong ， ZHANG Quan ， et al . Analysis of 2·15 power outage in Texas and its implications for the power sector of China ［J］. Electric Power ， 2021 ， 54 （ 4 ）： 192 - 198 .

骆柏锋，穆云飞，赵波，等 . 基于统一潮流模型的电-气耦合综合能源系统静态灵敏度分析［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 13 ）： 29 - 35 .

LUO Bofeng ， MU Yunfei ， ZHAO Bo ， et al . Static sensitivity analysis of integrated electricity and gas system based on unified power flow model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 13 ）： 29 - 35 .

马瑞，王大朔 . 考虑天然气 <math id="M222"><mi>N</mi><mo>-</mo><mn mathvariant="normal">1</mn></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=35157940&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=35157937&type= 7.36600018 2.20133328 的多能流系统静态安全耦合分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 6 ）： 1627 - 1636 .

MA Rui ， WANG Dashuo . Static security coupling analysis of multi-energy flow system considering natural gas system <math id="M223"><mi>N</mi><mo>-</mo><mn mathvariant="normal">1</mn></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=35157940&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=35157937&type= 7.36600018 2.20133328 contingency ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 6 ）： 1627 - 1636 .

陈厚合，邵俊岩，姜涛，等 . 基于多能流解耦算法的综合能源系统 <math id="M224"><mi>N</mi><mo>-</mo><mn mathvariant="normal">1</mn></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=35157940&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=35157937&type= 7.36600018 2.20133328 静态安全分析［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 17 ）： 20 - 27 .

CHEN Houhe ， SHAO Junyan ， JIANG Tao ， et al . Static <math id="M225"><mi>N</mi><mo>-</mo><mn mathvariant="normal">1</mn></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=35157940&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=35157937&type= 7.36600018 2.20133328 security analysis for integrated energy system based on decoupled multi-energy flow calculation method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 17 ）： 20 - 27 .

QIN Xin ， SUN Hongbin ， SHEN Xinwei ， et al . A generalized quasi-dynamic model for electric-heat coupling integrated energy system with distributed energy resources ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 251 ： 113270 .

董雷，王春斐，李烨，等 . 多时间断面电-气综合能源系统状态估计［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 9 ）： 3458 - 3465 .

DONG Lei ， WANG Chunfei ， LI Ye ， et al . Multi-snapshot state estimation of electric-gas integrated energy system ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 9 ）： 3458 - 3465 .

余贻鑫 . 安全域的方法学及实用性结果［J］. 天津大学学报， 2003 （ 5 ）： 525 - 528 .

YU Yixin . Methodology of security region and practical results ［J］. Journal of Xi’an Tianjin University ， 2003 （ 5 ）： 525 - 528 .

JIANG Tao ， ZHANG Rufeng ， LI Xue ， et al . Integrated energy system security region：concepts，methods，and implementations ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 283 ： 116124 .

CHEN Shen ， WEI Zhinong ， SUN Guoqiang ， et al . Convex hull based robust security region for electricity-gas integrated energy systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 1740 - 1748 .

LIU Liu ， WANG Dan ， HOU Kai ， et al . Region model and application of regional integrated energy system security analysis ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 260 ： 114268 .

SONG Chenhui ， XIAO Jun ， ZU Guoqiang ， et al . Security region of natural gas pipeline network system：concept，method and application ［J］. Energy ， 2021 ， 217 ： 119283 .

LI Xue ， TIAN Guoda ， SHI Qingxin ， et al . Security region of natural gas network in electricity-gas integrated energy system ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 117 ： 105601 .

杨经纬，张宁，康重庆 . 多能源网络的广义电路分析理论——（一）支路模型［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 9 ）： 21 - 32 .

YANG Jingwei ， ZHANG Ning ， KANG Chongqing . Analysis theory of generalized electric circuit for multi-energy networks—Part one branch model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 9 ）： 21 - 32 .

陈彬彬，孙宏斌，陈瑜玮，等 . 综合能源系统分析的统一能路理论（一）：气路［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 2 ）： 436 - 444 .

CHEN Binbin ， SUN Hongbin ， CHEN Yuwei ， et al . Energy circuit theory of integrated energy system analysis （Ⅰ）： gaseous circuit ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 2 ）： 436 - 444 .

陈皓勇，文俊中，王增煜，等 . 能量网络的传递规律与网络方程［J］. 西安交通大学学报， 2014 ， 48 （ 10 ）： 66 - 76 .

CHEN Haoyong ， WEN Junzhong ， WANG Zengyu ， et al . Transfer laws and equations of energy networks ［J］. Journal of Xi'an Jiaotong University ， 2014 ， 48 （ 10 ）： 66 - 76 .

YANG Jingwei ， ZHANG Ning ， AUDUM Botterud ， et al . Situation awareness of electricity-gas coupled systems with a multi-port equivalent gas network model ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 258 ： 114029 .

YANG Jingwei ， ZHANG Ning ， AUDUM Botterud ， et al . On an equivalent representation of the dynamics in district heating networks for combined electricity-heat operation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 1307 - 1318 .

杨经纬，张宁，康重庆 . 多能源网络的广义电路分析理论——（二）网络模型［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 10 ）： 10 - 21 .

YANG Jingwei ， ZHANG Ning ， KANG Chongqing . Analysis theory of generalized electric circuit for multi-energy networks—Part two network model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 10 - 21 .

陈彬彬，孙宏斌，吴文传，等 . 综合能源系统分析的统一能路理论（三）：稳态与动态潮流计算［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4820 - 4831 .

CHEN Binbin ， SUN Hongbin ， WU Wenchuan ， et al . Energy circuit theory of integrated energy system analysis （Ⅲ）： steady and dynamic energy flow calculation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4820 - 4831 .

尹冠雄，陈彬彬，孙宏斌，等 . 综合能源系统分析的统一能路理论（四）：天然气网动态状态估计［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 18 ）： 5827 - 5837 .

YIN Guanxiong ， CHEN Binbin ， SUN Hongbin ， et al . Energy circuit theory of integrated energy system analysis （Ⅳ）： dynamic state estimation of the natural gas network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 18 ）： 5827 - 5837 .

陈泽兴，赵振东，张勇军，等 . 计及动态管存的电-气互联系统优化调度与高比例风电消纳［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 9 ）： 31 - 40 .

CHEN Zexing ， ZHAO Zhendong ， ZHANG Yongjun ， et al . Optimal dispatch of integrated electricity and natural gas system and accommodation of high-penetration wind power considering dynamic line pack ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 31 - 40 .

江晓东，江宁强，吴浩，等 . 电力系统稳定分析直接法［M］. 北京：科学出版社， 2016 .

JIANG Xiaodong ， JIANG Ningqiang ， WU Hao ， et al . Direct method for power system stability analysis ［M］. Beijing ： Science Press ， 2016 .

孙宏斌，潘昭光，郭庆来 . 多能流能量管理研究：挑战与展望［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 15 ）： 1 - 8 .

SUN Hongbin ， PAN Shaoguang ， GUO qinglai . Energy management for multi-energy flow： challenges and prospects ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 15 ）： 1 - 8 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Stability Modeling and Solution for Security Region of Integrated Energy System Based on Energy Circuit

Modeling and Solution for Energy-Carbon Security Regions of Integrated Energy System

Review on Energy-Logistics Coupled Optimal Dispatching Models and Methods for Port

Research Review of Planning and Operation Dispatch of Integrated Energy System for Resilience Enhancement

Related Author

XIAO Jun

SONG Chenhui

JIAO Heng

LI Zongzhe

LI Jinyi

LI Chengjin

LI Jinyi

XIAO Jun

Related Institution

Key Laboratory of Ministry of Education on Smart Power Grids (Tianjin University)

School of Electrical and Information Engineering, Changsha University of Science and Technology

Beijing Electric Power Economic Technology Institute Co., Ltd.

Beijing Electric Power Economic Technology Institute Co. Ltd.

Key Laboratory of Smart Grid, Ministry of Education (Tianjin University)

⁰