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计及大规模新能源接入的电-气耦合综合能源系统稳定性评估/秦文萍，逯瑞鹏，高蒙楠，景祥，郑惠萍，程雪婷

《电网技术》2020年第5期：1880-1891.

微文内容

针对EPS和NGS完全耦合的情况，提出一种基于大规模新能源并网的电-气耦合综合能源系统静态电压稳定性评估方法。给出电-气耦合综合能源系统潮流的顺序求解方法，在计及EPS与NGS能量耦合关系的情况下，考虑新能源机组出力不确定性及电负荷、气负荷的随机波动，求解EGCIES潮流；提出了一种最小切负荷策略，在EPS中将三级切负荷策略与改进二分法相结合，并将其应用于NGS系统中，以快速准确求解极端状况下，系统的最小切负荷量；在电源点、气源点故障情况下，计及电-气耦合特性，通过本文提出的稳定性分析方法，从EPS稳定性、NGS稳定性及EPS与NGS耦合能力多角度定量分析电-气耦合综合能源系统的稳定性，并求解EPS与NGS能量互补的拐点。

为研究气源点故障导致NGS供能不足情况下气负荷由EPS供能情况，定量分析EPS与NGS耦合能力，提出电转气负荷供能率指标(power system for natural gas load indicators，PGI)

式中：∆D为由EPS直接供能的气负荷量；D为NGS总气负荷量。

为研究系统整体供能不足情况下EPS对电负荷的支撑能力，提出电能不足率指标(natural gas system failure, power shortage rate indicators，GPSR)

式中∆S′为NGS故障情况下，因为新能源出力不确定及燃气轮机出力不足等原因而导致的功率缺额。

为研究系统整体供能不足情况下NGS对气负荷的支撑能力，提出天然气不足率指标(natural gas system failure, natural gas shortage rate indicators，GGSR)

式中∆D′为NGS故障情况下，考虑电转气及居民能源集线器影响后，NGS依旧缺乏的气负荷量。

采用改进的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统，通过燃气轮机组、加压器、电转气设备及居民能源集线器构造EGCIES测试算例，其系统结构如图1所示。

图1  综合能源系统图

绘制EGCIES的GGSR、GPSR、PGI分布如图2所示。

图2  GGSR、GPSR、PGI-新能源机组出力图

从图2可以看出，S2故障导致全部燃气轮机组及部分气负荷切除，新能源机组出力在3000~7000MW之间时，EPS供电量不足，新能源机组出力虽然增加，但是却不能满足EPS电负荷需求，根据EGCIES供能原则，新能源机组出力优先给电负荷供能，故GPSR随着新能源机组出力的增多而减小；当前运行状态下，电转气设备及居民能源集线器没有多余电能为气负荷供能，故PGI为0，GGSR不变。

当新能源机组的出力达到11000MW时，PGI维持不变，这是由于电转气设备产生的天然气已经达到了NGS接纳的极限，NGS不再接受电转气设备产生的天然气注入。

可以看出，在当前EGCIES中，考虑N-1故障情况，新能源机组装机容量最小为7000MW，最大为11000MW。

本文建立的全面EGCIES稳定性评价体系不仅可以评估EPS及NGS稳定性，为EGCIES的稳定分析提供理论依据；而且可以反映NGS与EPS之间的能量互补关系，分析新能源机组的合理装机容量范围，为新能源机组运行规划提供参考。

后续研究方向

本文针对EPS和NGS完全耦合的情况，提出一种基于大规模新能源并网的电-气耦合综合能源系统静态电压稳定性评估方法，接下来将从关键线路角度研究大规模新能源并网的电-气耦合综合能源系统的稳定性。

参 文 格 式

秦文萍，逯瑞鹏，高蒙楠，等．计及大规模新能源接入的电-气耦合综合能源系统稳定性评估[J]．电网技术，2020，44(5)：1880-1891．

Qin Wenping，Lu Ruipeng，Gao Mengnan，et al．Stability assessment of the integrated energy system with large-scale new energy access[J]．Power System Technology，2020，44(5)：1880-1891．

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团队介绍

电力系统运行与控制山西省实验室由太原理工大学和国网山西省电力公司电力科学研究院共建，研究方向包括冲击负荷与新能源发电电气特性理论、含新能源发电复杂电力系统仿真、新能源电力变换与智能控制和电力系统可靠性理论与应用研究等。依托实验室建设，已形成以中国科学院院士、“百人计划”特聘专家、山西省高等学校“131”领军人才、中青年拔尖创新人才有突出贡献的中青年技术专家引领的“风光发电控制与智能电网”山西省科技创新重点团队。

作者介绍

秦文萍(1972)，女，教授，博士生导师。多年来致力于电力系统可靠性评估、电力系统稳定运行与控制、微电网能量管理和电力系统微机保护方面的研究工作。

逯瑞鹏(1995)，男，硕士研究生，通信作者，研究方向为电力系统稳定运行与控制。

责任编辑：王金芝

审核：李兰欣

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