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一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法

阅读:0发布:2021-03-02

专利汇可以提供一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种综合 能源 系统故障耦合传播 能量 量化分析及抑制方法,包括以下步骤:首先基于 天然气 系统故障前与经故障恢复至稳态时的天然气量守恒,得出天然气系统故障能量量化方法;之后分析综合能源系统中能量转化过程,得出综合能源系统的能量转换数学表达式;之后基于能量守恒量化分析电 力 系统、供热/冷系统的故障能量,得出综合能源系统故障耦合传播能量量化分析方法;最后得出应用智慧燃气调压器减小故障耦合传播能量以抑制故障耦合传播的方法。,下面是一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法专利的具体信息内容。

1.一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法,其特征在于:
(1)得出天然气系统故障能量量化方法;
(2)得出综合能源系统的能量转换数学表达式;
(3)基于能量守恒量化分析电系统、供热/冷系统的故障能量,得出综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法;
(4)基于故障能量量化方法,结合物联网技术,得出应用智慧燃气调压器减小故障耦合传播能量抑制故障耦合传播的方法。
2.根据权利要求1所述一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法,其特征在于,步骤(1)得出天然气系统故障能量量化方法具体过程为:
天然气系统故障前与经故障恢复至稳态时的天然气量守恒,该过程可以式(1)表示:
式中,t1、t2分别为故障开始时间、天然气系统压强恢复至稳态值得时间,ΔMin、ΔMout分别是天然气系统入口质量流变化量、出口质量流变化量;
引入天然气燃烧热值H,则可将式(1)改写为能量的形式,具体如式(2)所示:
式(2)即为天然气系统故障能量量化数学表达式。
3.根据权利要求1所述一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法,其特征在于,步骤(2)得出综合能源系统的能量转换数学表达式具体过程为:
在综合能源系统中,天然气系统为微型燃气轮机、燃气锅炉提供燃料,微型燃气轮机输出机械功率PT驱动发电机发电,燃气锅炉则以加热功率Pth加热以满足用户的热/冷负荷需求,综合能源系统中能量的转换过程可以式(3)表示:
式中,η1、η2分别为微型燃气轮机、燃气锅炉效率;
式(3)即为综合能源系统能量转换数学表达式。
4.根据权利要求1所述一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法,其特征在于,步骤(3)基于能量守恒量化分析电力系统、供热/冷系统的故障能量,得出综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法,具体过程为:
由能量守恒知,天然气系统出口质量流变化量ΔMout将转换为微型燃气轮机输出机械功率变化量ΔPT及供热/冷系统的加热功率变化量ΔPth,假设在故障时,微型燃气轮机及燃气锅炉的效率不变,则该过程以式(4)表示:
为了便于计算,将式(4)化为标幺值形式,其中基准值PB=HMin0,Min0为天然气系统入口质量流稳态值,式(4)标幺值形式为:
式中,k为流向微型燃气轮机的燃气量占天然气系统出口质量流的比例, 表示ΔMin的标幺值,其它同上所述;
式(5)即为综合系统故障耦合传播能量量化表达式。
5.根据权利要求1所述一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法,其特征在于,步骤(4)基于故障能量量化方法,结合物联网技术,得出通过应用智慧调压器减小故障耦合传播能量以抑制故障耦合传播的方法,具体为:
在综合能源系统与市政天然气系统连接处装设智慧燃气调压器,其中智慧调压器是指应用了物联网技术的燃气调压器,具体工作过程为:首先利用传感器感知调压器上、下游压强和质量流信息,并通过信号发射模将这些信息发射至控制中心,控制中心反馈相应信息至调压器,以调节调压器控制天然气质量流及下游压强,达到在故障时减小ΔMin的目的,从而实现对故障耦合传播的控制。

说明书全文

一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法

技术领域

[0001] 本发明是一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法,属于综合能源系统安全稳定运行领域。

背景技术

[0002] 综合能源系统是由电天然气及供热/冷系统共同组成的能源供应系统。为了应对日益严重的化石能源危机以及环境污染问题,提高能源的综合利用率是大势所趋,综合能源系统凭借着能源耦合紧密、互补互济,可实现能源的梯级利用和协同优化等诸多优点,逐渐成为了新一代能源系统的首要选择之一。综合能源系统在紧密结合天然气、电力及供热/冷系统的同时,也将单一系统的故障耦合传播至其它能源系统,进而可能导致连故障,例如中国台湾地区“815”大面积停电事故的起因是天然气系统故障造成6台燃气机组停机。因此,分析故障时综合能源系统中的故障耦合传播过程是十分重要且迫切的。
[0003] 当前,国内外研究人员对于这方面的研究尚处于初步阶段,且大多数是通过分析综合能源系统的动态过程,搭建合适的动态模型以分析故障耦合传播过程。天然气、电力及供热/冷系统的时间常数差异巨大,电力系统时间常数以秒计量,属于典型的快时间常数系统,而天然气、供热/冷系统则属于典型的慢时间常数系统,其时间尺度必须以分钟,甚至小时计量。因此、从时域的度量化分析系统中的故障耦合传播过程存在着很大的困难。
[0004] 基于以上背景,本发明创造性地提出从能量的角度量化分析故障耦合传播过程,通过分析故障耦合传播所造成的能量变化量来衡量因故障耦合传播所造成的危害,并基于这一量化方法,结合物联网技术,提出应用智慧燃气调压器减小故障耦合传播能量以抑制故障耦合传播的方法。

发明内容

[0005] 为了实现对综合能源系统故障耦合传播能量的量化分析及抑制,本发明“一种综合能源系统故障耦合传播能量量化分析及抑制方法”首先量化分析故障时天然气系统中的能量变化;之后分析综合能源系统中能量转换过程;进而基于能量守恒,量化分析电力系统及供热/冷系统中故障能量,得出综合能源系统故障耦合传播能量量化分析方法;最后基于上述量化方法,结合物联网技术,提出应用智慧燃气调压器减小故障耦合传播能量以抑制综合能源系统故障耦合传播的方法。
[0006] 本发明的主要步骤如下:
[0007] 步骤1:得出天然气系统中故障能量量化方法;
[0008] 步骤2:得出综合能源系统中的能量转换数学表达式;
[0009] 步骤3:基于能量守恒量化分析电力系统、供热/冷系统中的故障能量,得出综合能源系统故障耦合传播能量量化分析方法;
[0010] 步骤4:基于上述量化方法,结合物联网技术,得出应用智慧燃气调压器减小故障耦合传播能量以抑制故障耦合传播的方法。附图说明
[0011] 图1是综合能源系统示意图

具体实施方式

[0012] 本发明的具体步骤如下:
[0013] 步骤1:得出天然气系统中故障能量量化方法
[0014] 由热力学的内容可知,恒定温度下恒定容器内气体的压强取决于容器内气体的量。对于天然气系统而言,其压强维持稳定的前提是天然气管道内的天然气量保持恒定。当天然气系统正常时,流入天然气系统的质量流Min等于流出天然气系统的质量流Mout,因此,此时天然气系统内的天然气量始终处于恒定,则系统压强也处于稳定状态;当天然气发生故障或是受到其它系统的故障耦合传播所产生的影响时,Min或Mout将发生变化,由于系统惯性,Mout或Min将滞后于Min或Mout的变化,则天然气系统内的天然气量将变化,压强也将随之变化。基于以上原理,可知天然气系统故障前与故障后恢复至稳态时的天然气量守恒,该过程可以式(1)所示的数学式表示:
[0015]
[0016] 式中,t1、t2分别为故障开始时间、天然气系统压强恢复至稳态值得时间,ΔMin、ΔMout分别是天然气系统入口质量流变化量、出口质量流变化量。
[0017] 引入天然气燃烧热值H,则可将式(1)改写为能量的形式,具体如式(2)所示:
[0018]
[0019] 式(2)即为天然气系统故障能量量化数学表达式。
[0020] 步骤2:得出综合能源系统中的能量转换数学表达式
[0021] 在综合能源系统中,天然气系统为微型燃气轮机、燃气锅炉提供燃料,微型燃气轮机输出机械功率PT驱动发电机发电,燃气锅炉则以加热功率Pth加热以满足用户的热/冷负荷需求,综合能源系统中能量的转换过程可以式(3)表示:
[0022]
[0023] 式中,η1、η2分别为微型燃气轮机、燃气锅炉效率。
[0024] 步骤3:基于能量守恒量化分析电力系统、供热/冷系统中的故障能量,得出综合能源系统故障耦合传播能量量化分析方法
[0025] 由能量守恒可知,天然气系统出口质量流变化量ΔMout将转换为微型燃气轮机输出机械功率变化量ΔPT及燃气锅炉加热功率变化量ΔPth,假设在故障期间,微型燃气轮机和燃气锅炉的效率保持不变,则该过程可以式(4)表示:
[0026]
[0027] 式中,ΔMin、ΔPT、ΔPth分别是天然气系统入口质量流变化量、微型燃气轮机输出机械功率变化量、燃气锅炉加热功率变化量。
[0028] 由于式(4)中各个量的量纲差异巨大,为了便于计算,可采用标幺值进行计算,其中基准值PB为:
[0029] PB=HMout0       (5)
[0030] 式中,Mout0为天然气系统出口质量流稳态值。
[0031] 因为天然气系统的出口质量流一部分流向微型燃气轮机,另一部分则流向燃气锅炉,该过程可以式(6)表示:
[0032]
[0033] 式中,k为小于1的常数,以表示流向微型燃气轮机的天然气量所占比例。
[0034] 结合式(4)、(5)和(6)可得到式(4)的标幺值形式为:
[0035]
[0036] 式中, 表示ΔMin的标幺值。
[0037] 式(7)即为综合系统故障耦合传播能量量化表达式。
[0038] 步骤4:基于上述量化方法,结合物联网技术,得出通过减小故障耦合传播能量抑制故障耦合传播的方法
[0039] 为了有效抑制综合能源系统中的故障耦合传播,本发明提出在综合能源系统与市政天然气系统连接处装设智慧燃气调压器,其中智慧燃气调压器是指应用了物联网技术的燃气调压器。该抑制方法首先利用传感器探测调压器上下游压强、质量流信息,并通过信号发射模将这些信息通过高速网络送至控制中心,控制中心根据所接受的信息反馈相应的控制信号至调压器,以控制通过调压器的天然气质量流及稳定天然气下游压强,达到在故障时减小ΔMin的目的,从而实现对故障耦合传播的控制。
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