Operation optimization of energy Internet considering transmission characteristics of natural gas

With the continuous depletion of fossil fuels and their adverse impact on the environment, the development of renewable energy and energy efficiency are imminent, and concept of Energy Internet has been put forward. Due to the continuous decrease of natural gas costs, the proportion of gas turbines on the power generation side has been continuously increasing. In traditional power system scheduling, the reliability of natural gas supply is generally not considered. This assumption may not be true as the coupling between natural network and power system continues to be strengthened. Therefore, it is of great significance to consider the characteristics of natural gas in the optimization of Energy Internet. This thesis first studies the performance of gas turbine, which is the coupling medium of natural gas network and power system. The performance of the main components in the gas turbine is analyzed, including the mathematical relationships among the compressors, combustors, turbines, etc., and the variables of the each component. The overall gas turbine model is established based on the relationship between these variables and then this model is used to analyze gas turbine performance influenced by gas input. We get the curve indicating the relationship between the rotor speed or power output and the gas input. When there is lack of gas, the gas turbine will have a sudden drop in output; Simultaneously, we simulate the actual operation increasing the rotor speed to increase its output. When increasing the rotator speed , we should at the same time increase the gas input to keep the increased output. Secondly, the joint operation of natural gas network and power system is studied. The performance of key components in natural gas network and power systems is analyzed in detail. The precise mathematical models are used to model the key components and the non-critical components are simplified. Constraints of the pressure of the nodes in the natural gas network, output of gas well, pipeline transmission are taken into account in the modeling process. Based on the IEEE 24 node power system network and the Belgium 20 node natural gas network, a gas-electricity coupling combined operation simulation model is established, and an optimal economic scheme of gas-electricity combined operation is obtained considering natural gas transmission characteristics. A study of emergency overload control of the power system using gas turbines is in the third part. When a fault occurs in the power system and the transmission line is cut off, the power flow that should have been borne by the cut-off line is diverted to other lines in the system, causing these lines to go out of operation and further aggravating the severity of the overload, leading to a series of complex faults. The traditional overload control method will cause some users to lose power. Considering the fast ramp-rate characteristics of gas turbines, we can quickly adjust the gas turbine output to eliminate the line overload, and to protect the user's electricity not been affected. In this thesis, based on the previous model of gas-electricity coupling, the optimization scheme is compared in terms of speed and economy. It is concluded that insufficient fuel quantity will affect the ramp-rate of the gas turbine and we need to sacrifice ecomony someway to get the fastest solution.

Con il continuo esaurimento dei combustibili fossili e il loro impatto negativo sull'ambiente, lo sviluppo delle energie rinnovabili e l'efficienza energetica sono imminenti, e il concetto di energia Internet è stato proposto. A causa della continua diminuzione dei costi del gas naturale, la proporzione di turbine a gas sul lato della generazione di energia è in continuo aumento. Nella pianificazione del sistema di alimentazione tradizionale, l'affidabilità dell'approvvigionamento di gas naturale non è generalmente considerata. Questa ipotesi potrebbe non essere vera poiché l'accoppiamento tra rete naturale e sistema energetico continua a essere rafforzato. Pertanto, è di grande importanza considerare le caratteristiche del gas naturale nell'ottimizzazione di Internet Energy. Questa tesi studia le prestazioni della turbina a gas, che è il mezzo di accoppiamento della rete di gas naturale e del sistema di alimentazione. Vengono analizzate le prestazioni dei componenti principali nella turbina a gas, comprese le relazioni matematiche tra i compressori, i combustori, le turbine, ecc. E le variabili di ciascun componente. Il modello complessivo della turbina a gas viene stabilito in base alla relazione tra queste variabili e quindi questo modello viene utilizzato per analizzare le prestazioni della turbina a gas influenzate dall'ingresso di gas. Otteniamo la curva che indica la relazione tra la velocità del rotore o potenza e l'ingresso del gas. Quando c'è mancanza di gas, la turbina a gas avrà un calo improvviso della produzione; Simultaneamente, simuliamo l'operazione effettiva aumentando la velocità del rotore per aumentarne l'uscita. Aumentando la velocità del rotatore, dovremmo allo stesso tempo aumentare l'immissione di gas per mantenere l'aumento della potenza. In secondo luogo, viene studiata l'operazione congiunta della rete di gas naturale e del sistema di alimentazione. Le prestazioni dei componenti chiave nella rete di gas naturale e nei sistemi di alimentazione sono analizzate in dettaglio. I modelli matematici precisi vengono utilizzati per modellare i componenti chiave e i componenti non critici sono semplificati. I vincoli della pressione dei nodi nella rete del gas naturale, l'uscita del pozzo di gas, la trasmissione della condotta sono presi in considerazione nel processo di modellizzazione. Sulla base della rete del sistema di alimentazione dei nodi IEEE 24 e della rete di gas naturale a 20 nodi del Belgio, viene stabilito un modello di simulazione dell'operazione combinata di accoppiamento gas-elettricità e si ottiene uno schema economico ottimale dell'operazione combinata gas-elettricità considerando le caratteristiche di trasmissione del gas naturale. Uno studio del controllo del sovraccarico di emergenza del sistema di alimentazione mediante turbine a gas è nella terza parte. Quando si verifica un guasto nel sistema di alimentazione e la linea di trasmissione viene interrotta, il flusso di corrente che avrebbe dovuto essere sopportato dalla linea di demarcazione viene deviato verso altre linee nel sistema, causando l'interruzione di queste linee e l'ulteriore aggravamento la gravità del sovraccarico, che porta a una serie di errori complessi. Il metodo tradizionale di controllo del sovraccarico causerà la perdita di energia ad alcuni utenti. Considerando le rapide caratteristiche di rampa delle turbine a gas, possiamo regolare rapidamente l'uscita della turbina a gas per eliminare il sovraccarico della linea e per proteggere l'elettricità dell'utente non ne è stata compromessa. In questa tesi, basata sul precedente modello di accoppiamento gas-elettricità, lo schema di ottimizzazione viene confrontato in termini di velocità ed economia. Si è concluso che una quantità di carburante insufficiente inciderà sulla velocità di rampa della turbina a gas e abbiamo bisogno di sacrificare l'ecomonia in qualche modo per ottenere la soluzione più veloce.