Assessment of Cascading Failures for Gas-Electricity Interconnected System Considering Non-isothermal Characteristics of Natural Gas

LIU Yumeng; LI Jiasong; GU Xueping; DANG Yujie

doi:10.7500/AEPS20240604005

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Assessment of Cascading Failures for Gas-Electricity Interconnected System Considering Non-isothermal Characteristics of Natural Gas

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Assessment of Cascading Failures for Gas-Electricity Interconnected System Considering Non-isothermal Characteristics of Natural Gas
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 3, Pages: 103-113(2025)
- 作者机构：
  
  华北电力大学电气与电子工程学院，河北省保定市 071003
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52307099)
- DOI：10.7500/AEPS20240604005
  CLC：
- Received：04 June 2024，
  
  Revised：2024-08-29，
  
  Published Online：09 December 2024，
  
  Published：10 February 2025
- 稿件说明：
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刘雨濛,李佳松,顾雪平等.计及天然气非等温特性的气电互联系统连锁故障评估[J].电力系统自动化,2025,49(3):103-113.

LIU Yumeng,LI Jiasong,GU Xueping,et al.Assessment of Cascading Failures for Gas-Electricity Interconnected System Considering Non-isothermal Characteristics of Natural Gas[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(3):103-113.
刘雨濛,李佳松,顾雪平等.计及天然气非等温特性的气电互联系统连锁故障评估[J].电力系统自动化,2025,49(3):103-113. DOI： 10.7500/AEPS20240604005.

LIU Yumeng,LI Jiasong,GU Xueping,et al.Assessment of Cascading Failures for Gas-Electricity Interconnected System Considering Non-isothermal Characteristics of Natural Gas[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(3):103-113. DOI： 10.7500/AEPS20240604005.

摘要

在电网与天然气网耦合关系趋于紧密的同时，故障跨异质能源系统传播为气电互联系统连锁故障引入了新的风险。然而，现阶段已开展的相关研究中均未计及天然气输送过程中气体温度变化的特性，或将难以反映连锁故障实际的演化过程和进行准确的影响评估。文中首先推导了天然气管道稳态下的非等温传输公式并建立对应模型，通过理论分析和仿真证明管道内的气流量、气体温度及管道始末端压强差三者之间存在相互制约的关系；在此基础上，提出计及天然气非等温特性的气电互联系统连锁故障评估模型，以更为准确地评估天然气系统对电力系统连锁故障所造成的影响；最后，以IEEE 39节点和改进的比利时20节点天然气系统组成的测试算例对所提模型的有效性进行了验证，并与基于等温假设开展的相关研究进行了对比和分析。结果表明，所提模型可充分反映天然气系统非等温的特性，且兼顾其对电力系统连锁故障所造成影响评估的准确性和实用性。

Abstract

While the coupling relationship between the power grid and the natural gas network tends to be close

fault propagation across heterogeneous energy systems introduces new risks of cascading failures in the gas-electricity interconnected system. However

none of the related studies conducted at the current stage has taken into account the characteristics of gas temperature change during the transmission process of natural gas

which may make it difficult to reflect the actual evolution of cascading failures and conduct an accurate impact assessment. Firstly

this paper deduces the non-isothermal transport equation in the steady state of a natural gas pipeline and establishes the corresponding model. Through theoretical analysis and simulation

it is proven that there is a relationship among the gas flow rate

gas temperature

and pressure difference between the beginning and end of the pipeline. On this basis

a model for evaluating the cascading failures of gas-electricity interconnected system considering the non-isothermal characteristics of natural gas is proposed to more accurately assess the impact of natural gas on the cascading failures. Finally

the validity of the proposed model is verified with a test case consisting of an IEEE 39-bus system and a modified Belgian 20-bus natural gas system

and compared and analyzed with related studies based on the isothermal assumption. The results show that the proposed model can adequately reflect the non-isothermal characteristic of the natural gas system

with regard to its accuracy and practicality in assessing the impacts of cascading failures in the power system.

关键词

Keywords

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