考虑电、气备用协同配置的故障传播影响抑制策略

包铭磊; 王可欣; 丁一; 梁梓杨; 俞瑞茂; 惠恒宇

doi:10.7500/AEPS20210427009

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑电、气备用协同配置的故障传播影响抑制策略

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑电、气备用协同配置的故障传播影响抑制策略
- Containment Strategy of Failure Propagation Impacts Considering Coordinated Allocation of Power and Natural Gas Reserve
- 电力系统自动化 2022年46卷第5期页码：40-50
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.国网山东省电力公司经济技术研究院，山东省济南市 250000
  3.济南经纬电力工程咨询有限公司，山东省济南市 250000
- 作者简介：
  
  包铭磊(1994—)，男，博士，主要研究方向：综合能源系统、可靠性和电力市场。E-mail：baominglei@zju.edu.cn
  王可欣(1995—)，女，助理工程师，主要研究方向：电力系统规划。E-mail：654674084@qq.com
  丁一(1978—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：智能电网、复杂多状态工程系统可靠性、电力系统规划与可靠性评估和电力经济。E-mail：yiding@zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(71871200)
- DOI：10.7500/AEPS20210427009
  中图分类号：
- 收稿：2021-04-27，
  
  修回：2021-09-23，
  
  网络出版：2021-12-21，
  
  纸质出版：2022-03-10
- 稿件说明：
移动端阅览
包铭磊,王可欣,丁一等.考虑电、气备用协同配置的故障传播影响抑制策略[J].电力系统自动化,2022,46(5):40-50.

BAO Minglei,WANG Kexin,DING Yi,et al.Containment Strategy of Failure Propagation Impacts Considering Coordinated Allocation of Power and Natural Gas Reserve[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(5):40-50.
包铭磊,王可欣,丁一等.考虑电、气备用协同配置的故障传播影响抑制策略[J].电力系统自动化,2022,46(5):40-50. DOI： 10.7500/AEPS20210427009.

BAO Minglei,WANG Kexin,DING Yi,et al.Containment Strategy of Failure Propagation Impacts Considering Coordinated Allocation of Power and Natural Gas Reserve[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(5):40-50. DOI： 10.7500/AEPS20210427009.

摘要

随着电网与气网间耦合程度的增强，天然气系统中的随机故障可能通过天然气机组传导至电力系统。为降低故障传播带来的不利影响，提出了面向可靠性提升的电-气耦合系统备用优化方法，实现电力与天然气备用的协同配置。首先，综合考虑产能与传输元件故障及传播过程等因素，依次构建天然气与电力系统的可靠性约束，描述可靠性指标与电、气备用间的关联性。基于此，提出了考虑可靠性约束的电、气备用的协同配置模型，确定各时刻发电机组、气源和储能装置提供的备用量。为提高求解效率，采用分段线性化技术与大

法相结合的方法将所构建模型转化为混合整数线性模型求解。算例结果表明，合理安排天然气备用可有效降低气-电故障传播给系统可靠性带来的不利影响。

Abstract

With the increasing interaction between power grid and gas networks

random faults in natural gas systems may propagate to power systems through natural gas units. To reduce the untoward effects of failure propagation

a reliability-constrained reserve optimization method of power and natural gas coupling systems is proposed to realize the collaborative configuration between power and natural gas reserves. First

the reliability constraints of natural gas systems and power systems are sequentially formulated comprehensively considering the synthetic effects of production and transmission component failures

as well as failure propagation. The relevance between reliability indices and power and natural gas reserve is described. On this basis

a coordinated allocation model of power and natural gas reserve considering reliability constraints is proposed to determine the reserve provided by power units

gas sources and energy storage devices. In order to improve the solution efficiency

the piecewise linearization technology and big-

technique are combined to transform the proposed model into a mixed-integer linear programming model. Case results show that the reasonable allocation of natural gas reserve can reduce the untoward impacts of power and natural gas failure propagation on system reliability.

关键词

Keywords

references

王磊，周建平，朱刘柱，等 . 基于分布式模型预测控制的综合能源系统多时间尺度优化调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 13 ）： 57 - 65 .

WANG Lei ， ZHOU Jianping ， ZHU Liuzhu ， et al . Multi-time-scale optimization scheduling of integrated energy system based on distributed model predictive control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 13 ）： 57 - 65 .

张亚超，易杨，胡志鹏，等 . 基于分布鲁棒优化的电-气综合能源系统弹性提升策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 13 ）： 76 - 84 .

ZHANG Yachao ， YI Yang ， HU Zhipeng ， et al . Resilience enhancement strategy of electricity-gas integrated energy system based on distributionally robust optimization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 13 ）： 76 - 84 .

International Energy Agency . World energy outlook ［R］. Paris ： IEA ， 2019 .

包铭磊，杨阳，丁一，等 . 考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障评估［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 1 ）： 32 - 40 .

BAO Minglei ， YANG Yang ， DING Yi ， et al . Assessment of cascading failures in power system considering effects of natural gas system ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 1 ）： 32 - 40 .

Clarion Energy Content Directors . Gas-fired power plants hold 43 percent stake in U.S. generation capacity ［EB/OL］. ［ 2020-10-20 ］. https：//www.power-eng.com/gas/gas-fired-power-plants-hold-43-percent-stake-in-u-s-generation-capacity-eia-survey-show s/#gref https://www.power-eng.com/gas/gas-fired-power-plants-hold-43-percent-stake-in-u-s-generation-capacity-eia-survey-shows/#gref .

中电联电力统计与数据中心 . 2021 年 1 - 2 月份电力工业运行简况［EB/OL］.［ 2021-05-01 ］. https：//www.cec.org.cn/detail/index.html？3-294515 https://www.cec.org.cn/detail/index.html?3-294515 ，2021.

Electric Statistics and Data Center of China Electricity Council . Brief introduction of electric power industry in January and February of 2021 ［EB/OL］. ［ 2021-05-01 ］. https：//www.cec.org.cn/detail/ index.html？3-294515 https://www.cec.org.cn/detail/index.html?3-294515 ， 2021 .

李更丰，别朝红，王睿豪，等 . 综合能源系统可靠性评估的研究现状及展望［J］. 高电压技术， 2017 ， 43 （ 1 ）： 114 - 121 .

LI Gengfeng ， BIE Zhaohong ， WANG Ruihao ， et al . Research status and prospects on reliability evaluation of integrated energy system ［J］. High Voltage Engineering ， 2017 ， 43 （ 1 ）： 114 - 121 .

桑茂盛，包铭磊，丁一，等 . 考虑天然气网影响的电网脆弱线路辨识［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 21 ）： 34 - 43 .

SANG Maosheng ， BAO Minglei ， DING Yi ， et al . Identification of vulnerable lines in power grid considering impacts of natural gas network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 21 ）： 34 - 43 .

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 .

加鹤萍 . 考虑运行备用的多状态电力系统可靠性分析研究［D］. 杭州：浙江大学， 2019 .

JIA Heping . Research on reliability analysis of multi-state power system considering operating reserve ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2019 .

宋晨辉，冯健，杨东升，等 . 考虑系统耦合性的综合能源协同优化［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 10 ）： 38 - 45 .

SONG Chenhui ， FENG Jian ， YANG Dongsheng ， et al . Collaborative optimization of integrated energy systems considering system coupling ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 10 ）： 38 - 45 .

LIU C ， SHAHIDEHPOUR M ， FU Y ， et al . Security-constrained unit commitment with natural gas transmission constraints ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2009 ， 24 （ 3 ）： 1523 - 1536 .

ZHANG X ， CHE L ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Electricity-natural gas operation planning with hourly demand response for deployment of flexible ramp ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2016 ， 7 （ 3 ）： 996 - 1004 .

张儒峰，姜涛，李国庆，等 . 考虑电转气消纳风电的电-气综合能源系统双层优化调度［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 19 ）： 5668 - 5678 .

ZHANG Rufeng ， JIANG Tao ， LI Guoqing ， et al . Bi-level optimization dispatch of integrated electricity-natural gas systems

considering P 2 G for wind power accommodation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018， 38 （ 19 ）： 5668 - 5678 .

HE L ， LU Z ， ZHANG J ， et al . Low-carbon economic dispatch for electricity and natural gas systems considering carbon capture systems and power-to-gas ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 224 ： 357 - 370 .

CHEN Z ， ZHU G ， ZHANG Y ， et al . Stochastic dynamic economic dispatch of wind-integrated electricity and natural gas systems considering security risk constraints ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2019 ， 5 （ 3 ）： 324 - 334 .

ZLOTNIK A ， ROALD L ， BACKHAUS S ， et al . Coordinated scheduling for interdependent electric power and natural gas infrastructures ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 32 （ 1 ）： 600 - 610 .

LIU F ， BIE Z ， WANG X . Day-ahead dispatch of integrated electricity and natural gas system considering reserve scheduling and renewable uncertainties ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 10 （ 2 ）： 646 - 658 .

YAO L ， WANG X ， QIAN T ， et al . Robust day-ahead scheduling of electricity and natural gas systems via a risk-averse adjustable uncertainty set approach ［J］. Sustainability ， 2018 ， 10 （ 11 ）： 3848 - 3864 .

WANG C ， WEI W ， WANG J ， et al . Robust defense strategy for gas-electric systems against malicious attacks ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 32 （ 4 ）： 2953 - 2965 .

包铭磊 . 计及故障传播的电-气耦合系统可靠性分析及备用优化研究［D］. 杭州：浙江大学， 2021 .

BAO Minglei . Reliability analysis and reserve optimization of integrated gas and power systems considering failure propagation ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2021 .

DING Y ， SINGH C ， GOEL L ， et al . Short-term and medium-term reliability evaluation for power systems with high penetration of wind power ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2014 ， 5 （ 3 ）： 896 - 906 .

KARKI R ， HU P ， BILLINTON R . A simplified wind power generation model for reliability evaluation ［J］. IEEE Transactions on Energy conversion ， 2006 ， 21 （ 2 ）： 533 - 540 .

李更丰，黄玉雄，别朝红，等 . 综合能源系统运行可靠性评估综述及展望［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 8 ）： 12 - 21 .

LI Gengfeng ， HUANG Yuxiong ， BIE Zhaohong ， et al . Review and prospect of operational reliability evaluation of integrated energy system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 8 ）： 12 - 21 .

包铭磊，丁一，桑茂盛，等 . 计及经济性与可靠性协调的电-气耦合系统源端容量规划研究［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 13 ［ 2021-04-16 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20210323.1619.015.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20210323.1619.015.html .

BAO Minglei ， DING Yi ， SANG Maosheng ， et al . Research on energy capacity planning of integrated gas and power systems considering coordination of economy and reliability ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 13 ［ 2021-04-16 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2 107.tm.20210323.1619.015.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20210323.1619.015.html .

张国华，张建华，杨志栋，等 . 电力系统 N <math id="M402"><mo>-</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=24651053&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=24651049&type= 2.20133328 2.11666679 K 故障的风险评估方法［J］. 电网技术， 2009 ， 33 （ 5 ）： 17 - 21 .

ZHANG Guohua ， ZHANG Jianhua ， YANG Zhidong ， et al . Risk assessment method of power system N - K contingencies ［J］. Power System Technology ， 2009 ， 33 （ 5 ）： 17 - 21 .

赵晋泉，叶君玲，邓勇 . 直流潮流与交流潮流的对比分析［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 10 ）： 147 - 152 .

ZHAO Jinquan ， YE Junling ， DENG Yong . Comparative analysis on DC power flow and AC power flow ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 10 ）： 147 - 152 .

OSTROWSKI J ， ANJOS M F ， VANNELLI A . Tight mixed integer linear programming formulations for the unit commitment problem ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2012 ， 27 （ 1 ）： 39 - 46 .

FLOUDAS C . Nonlinear and mixed integer optimization：fundamentals and applications ［M］. New York， USA ： Oxford University Press ， 1995 .

陈鸿琳 . 含0-1变量的电力与能源系统优化调度方法研究［D］. 广州：华南理工大学， 2019 .

CHEN Honglin . Research on optimal scheduling method of electric power and energy systems with 0-1 variables ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2019 .

WANG C ， NEHRIR M H . Analytical approaches for optimal placement of distributed generation sources in power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2004 ， 19 （ 4 ）： 2068 - 2076 .

CHAUDRY M ， JENKINS N ， STRBAC G . Multi-time period combined gas and electricity network optimisation ［J］. Electric Power Systems Research ， 2008 ， 78 （ 7 ）： 1265 - 1279 .

DANESHI H ， SRIVASTAVA A . Security-constrained unit commitment with wind generation and compressed air energy storage ［J］. IET Generation ， Transmission， and Distribution， 2012 ， 6 （ 2 ）： 167 - 175 .

崔杨，闫石，王铮，等 . 多主体利益制衡的综合能源系统日前-实时出清方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 24 ）： 68 - 76 .

CUI Yang ， YAN Shi ， WANG Zheng ， et al . Day-ahead and real-time clearing method of integrated energy system considering interest balance between multiple entities ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 24 ）： 68 - 76 .

SAYED A R ， WANG C ， WEI W ， et al . Robust operational equilibrium for electricity and gas markets considering bilateral energy and reserve contracts ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 4 ）： 2891 - 2905 .

CORREA-POSADA C M ， SÁNCHEZ-MARTÍN P . Integrated power and natural gas model for energy adequacy in short-term operation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2015 ， 30 （ 6 ）： 3347 - 3355 .

SUBCOMMITTEE P M . IEEE reliability test system ［J］. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems ， 1979 （ 6 ）： 2047 - 2054 .

YU W ， SONG S ， LI Y ， et al . Gas supply reliability assessment of natural gas transmission pipeline systems ［J］. Energy ， 2018 ， 162 ： 853 - 870 .

ZENG Z ， DING T ， XU Y ， et al . Reliability evaluation for integrated power-gas systems with power-to-gas and gas storages ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 35 （ 1 ）： 571 - 583 .

MOSTAFA M A ， EL-HAWARY M E ， MBAMALU G A N ， et al . A computational comparison of steady state load shedding approaches in electric power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1997 ， 12 （ 1 ）： 30 - 37 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

考虑动态分区可靠性约束的新能源电力系统备用优化模型

计及备用优化的电热灵活性资源协同鲁棒规划

考虑风电备用可靠性的电力系统备用优化

考虑故障概率和净负荷不确定性的鲁棒随机备用优化