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

XIAO Jun; SONG Chenhui; JIAO Heng; LI Zongzhe; LI Jinyi; LI Chengjin

doi:10.7500/AEPS20221105003

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

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Stability Modeling and Solution for Security Region of Integrated Energy System Based on Energy Circuit
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 19, Pages: 53-63(2023)
- 作者机构：
  
  1. 智能电网教育部重点实验室(天津大学),天津市 300072
  2. 长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南省长沙市 410114
  3. 北京电力经济技术研究院有限公司,北京市 100055
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51877144)
- DOI：10.7500/AEPS20221105003
  CLC：
- Received：05 November 2022，
  
  Revised：2023-04-22，
  
  Published Online：17 July 2023，
  
  Published：10 October 2023
- 稿件说明：
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肖峻,宋晨辉,焦衡等.基于能路的综合能源系统安全域稳态建模与求解[J].电力系统自动化,2023,47(19):53-63.

XIAO Jun,SONG Chenhui,JIAO Heng,et al.Stability Modeling and Solution for Security Region of Integrated Energy System Based on Energy Circuit[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(19):53-63.
肖峻,宋晨辉,焦衡等.基于能路的综合能源系统安全域稳态建模与求解[J].电力系统自动化,2023,47(19):53-63. DOI： 10.7500/AEPS20221105003.

XIAO Jun,SONG Chenhui,JIAO Heng,et al.Stability Modeling and Solution for Security Region of Integrated Energy System Based on Energy Circuit[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(19):53-63. DOI： 10.7500/AEPS20221105003.

摘要

安全域是综合能源系统(IES)安全分析的重要手段，但异质能源遵循不同的物理传输过程与数学表征方式，给综合能源系统安全域(IES-SR)的统一建模与求解带来了困难。为此，考虑异质能源传输特征的差异性与网络特征的相似性，提出了多能源耦合系统的基于能路的安全域模型，在稳态建模层面上实现了电-气IES-SR的数学形式统一。首先，给出了电-气IES-SR的基础概念；其次，介绍了异质能源统一建模方法的能路模型，其异质能源网络方程在数学形式上具有一致性；进而，在能路基础上建立了IES-SR模型，实现了电力系统安全域、天然气系统安全域和IES-SR模型的数学形式统一；再次，提出了高维IES-SR安全边界拟合求解方法；最后，采用8节点测试算例和23节点实际算例进行了验证。与现有研究对比表明，文中首次得到了高维安全域的完整解析式，采用线性化方法同时提高了求解效率。所提模型易于扩展至其他类型的能源系统，并为后续考虑动态特性的IES-SR建模奠定了基础。

Abstract

Security region is an important method for the security analysis of the integrated energy system (IES). However

heterogeneous energies follow different physical transmission processes and mathematical representation methods

which brings difficulties to the unified modeling and solution for the security region of the integrated energy system (IES-SR). Therefore

considering the difference in transmission characteristics and the similarity of network characteristics among heterogeneous energies

the security region model based on the energy circuit of a multi-energy coupling system is established

and the mathematical form of electricity-gas IES-SR is unified on the level of stability modeling. First

the basic conception of electricity-gas IES-SR is presented. Second

the energy circuit model to the heterogeneous energy unified modeling method is introduced and the network equations of heterogeneous energies are consistent in the mathematical form. Then

the model of IES-SR is further established on the basis of the energy circuit

which realizes the unification of mathematical forms for the models of the security region of the electric power system

the security region of the natural gas system

and IES-SR. Third

the fitting and solution method for the IES-SR security boundary in high-dimensional space is proposed. Finally

an 8-node test case and a 23-node actual case are taken to verify the proposed model and methods. Compared with the existing research

the complete analytical expression of the high-dimensional security region is obtained for the first time

and the solution efficiency is also improved through the linearization method. In addition

the proposed model can be easily extended to other energy systems and will lay a foundation for the IES-SR modeling considering dynamic characteristics in the future.

关键词

Keywords

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