面向综合能源系统运行的气网聚合建模及辨识方法

孙勇; 高子航; 侯泽胤; 李德鑫; 王尧; 张海锋; 陆帅

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.24118

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

面向综合能源系统运行的气网聚合建模及辨识方法

基于群体智能的综合能源系统建模仿真及优化运行 | 更新时间：2026-06-29

- 面向综合能源系统运行的气网聚合建模及辨识方法
- Gas Network Aggregate Modeling and Identification Method for Integrated Energy System Operation
- 发电技术 2025年46卷第2期页码：274-283
- 作者机构：
  
  1.国网吉林省电力有限公司，吉林省长春市 130021
  2.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 211189
- 作者简介：
  
  孙勇(1980)，男，博士，正高级工程师，主要从事电网发展规划、电力调度控制等方面的研究工作，sunyong_hit@163.com；
  高子航(1999)，男，硕士研究生，主要从事综合能源系统方面的研究，g18551638378@163.com；
  侯泽胤(2000)，男，硕士研究生，主要从事综合能源系统、隐私保护技术方面的研究，hzy17301571262@173.com；
  陆帅(1993)，男，博士，讲师，主要从事电力及综合能源系统、优化理论，以及先进计算技术等领域的研究，本文通信作者，shuai.lu.seu@outlook.com。
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2022YFB2404000)
- DOI：10.12096/j.2096-4528.pgt.24118
  中图分类号： TK 01;TM 711
- 收稿：2024-06-23，
  
  修回：2024-09-12，
  
  纸质出版：2025-04-30
- 稿件说明：
移动端阅览
孙勇,高子航,侯泽胤等.面向综合能源系统运行的气网聚合建模及辨识方法[J].发电技术,2025,46(02):274-283.

SUN Yong,GAO Zihang,HOU Zeyin,et al.Gas Network Aggregate Modeling and Identification Method for Integrated Energy System Operation[J].Power Generation Technology,2025,46(02):274-283.
孙勇,高子航,侯泽胤等.面向综合能源系统运行的气网聚合建模及辨识方法[J].发电技术,2025,46(02):274-283. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.24118.

SUN Yong,GAO Zihang,HOU Zeyin,et al.Gas Network Aggregate Modeling and Identification Method for Integrated Energy System Operation[J].Power Generation Technology,2025,46(02):274-283. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.24118.

摘要

目的

天然气网络是综合能源系统的重要组成部分，可为综合能源系统的运行提供可观的灵活性。建立精确的气网模型是综合能源系统运行控制的基础，然而现有的气网机理模型复杂度较高，部分参数在实际工程中不可辨识。为此，提出一种面向综合能源系统运行的气网聚合建模及辨识方法。

方法

以气网为研究对象，提出了气网聚合模型的概念并推导了其表达式，设计了对应的离线参数估计方法。由于气网聚合模型的推导依赖于特定的工况，当工况发生变化时，模型参数亦会随之改变，离线估计模型会产生不可忽略的误差。针对该问题，提出了基于遗忘因子递推最小二乘法的模型滚动校正方法。

结果

在气体流速变化较小的情况下，离线参数估计方法具有较好准确性；但是在流速快速变化情况下，离线估计无法精准描述气网运行状态，滚动校正可以实现对模型的精确拟合。

结论

所提气网聚合模型离线估计与在线滚动校正方法可为综合能源系统的运行分析与控制提供实用、高效的流体网络建模技术。

Abstract

Objectives

Natural gas networks are important components of integrated energy systems

which can provide considerable flexibility for the operation of the integrated energy system. Developing an accurate gas network model is the foundation for the operation and control of integrated energy systems. However

existing mechanism models for gas networks show high complexity

with certain parameters being unidentifiable in practical engineering applications. Therefore

this study proposes a gas network aggregate modeling and identification method specifically for integrated energy system operation.

Methods

Taking the gas network as the research object

the concept of the gas network aggregate model is proposed

its formula is derived

and a corresponding offline parameter estimation method is designed. Since the derivation of the gas network aggregate model depends on specific operating conditions

the model parameters vary with condition changes

leading to non-negligible errors in the offline estimation model. To address this issue

a rolling calibration method based on forgetting factor recursive least squares is proposed.

Results

Under small gas flow variations

the offline parameter estimation method demonstrates satisfactory accuracy. However

under rapid flow variations

the offline estimation fails to accurately describe the operation status of the gas network

and rolling calibration can achieve accurate fitting of the model.

Conclusions

The proposed gas network aggregate model integrating offline estimation and online rolling calibration can provide a practical and efficient fluid network modeling solution for the operation analysis and control of integrated energy systems.

关键词

Keywords

references

FANG J ， ZENG Q ， AI X ， et al ． Dynamic optimal energy flow in the integrated natural gas and electrical power systems [J ] ． IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 ( 1 )： 188 - 198 ． doi: 10.1109/tste.2017.2717600 http://dx.doi.org/10.1109/tste.2017.2717600

HAFSI Z ， ELAOUD S ， MISHRA M ． A computational modelling of natural gas flow in looped network：effect of upstream hydrogen injection on the structural integrity of gas pipelines [J ] ． Journal of Natural Gas Science and Engineering ， 2019 ， 64 ： 107 - 117 ． doi: 10.1016/j.jngse.2019.01.021 http://dx.doi.org/10.1016/j.jngse.2019.01.021

QI F ， SHAHIDEHPOUR M ， WEN F ， et al ． Decentralized privacy-preserving operation of multi-area integrated electricity and natural gas systems with renewable energy resources [J ] ． IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 ( 3 )： 1785 - 1796 ． doi: 10.1109/tste.2019.2940624 http://dx.doi.org/10.1109/tste.2019.2940624

YANG J ， ZHANG N ， BOTTERUD A ， et al ． Situation awareness of electricity-gas coupled systems with a multi-port equivalent gas network model [J ] ． Applied Energy ， 2020 ， 258 ： 114029 ． doi: 10.1016/j.apenergy.2019.114029 http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114029

LIU W ， LI P ， YANG W ， et al ． Optimal energy flow for integrated energy systems considering gas transients [J ] ． IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 ( 6 )： 5076 - 5079 ． doi: 10.1109/tpwrs.2019.2929685 http://dx.doi.org/10.1109/tpwrs.2019.2929685

SUKHAREV M G ， KULALAEVA M A ． Identification of model flow parameters and model coefficients with the help of integrated measurements of pipeline system operation parameters [J ] ． Energy ， 2021 ， 232 ： 120864 ． doi: 10.1016/j.energy.2021.120864 http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2021.120864

YIN X ， WEN K ， HUANG W ， et al ． A high-accuracy online transient simulation framework of natural gas pipeline network by integrating physics-based and data-driven methods [J ] ． Applied Energy ， 2023 ， 333 ： 120615 ． doi: 10.1016/j.apenergy.2022.120615 http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.120615

FAN D ， GONG J ， ZHANG S ， et al ． A transient composition tracking method for natural gas pipe networks [J ] ． Energy ， 2021 ， 215 ： 119131 ． doi: 10.1016/j.energy.2020.119131 http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2020.119131

杨宇玄，高栋梁，陈一鸣，等．考虑碳捕集和气网混氢的气电耦合系统低碳经济调度 [J ] ．中国电力， 2023 ， 56 ( 10 )： 1 - 10 ．

YANG Y X ， GAO D L ， CHEN Y M ， et al ． Low carbon economic dispatch of gas electricity coupling system considering carbon capture and hydrogen mixing in gas grid [J ] ． Electric Power ， 2023 ， 56 ( 10 )： 1 - 10 ．

陈茂云，郑建勇，梅飞，等．考虑压缩机不同运行状态的IES气网潮流分布式计算方法 [J ] ．电力工程技术， 2023 ， 42 ( 4 )： 122 - 132 ．

CHEN M Y ， ZHENG J Y ， MEI F ， et al ． Distributed algorithm for the power flow calculation of gas network in integrated energy system considering different operation states of compressors [J ] ． Electric Power Engineering Technology ， 2023 ， 542 ( 4 )： 122 - 132 ．

GABRIELAITIENE I ， BØHM B ， SUNDEN B ． Modelling temperature dynamics of a district heating system in naestved，Denmark：a case study [J ] ． Energy Conversion and Management ， 2007 ， 48 ( 1 )： 78 - 86 ． doi: 10.1016/j.enconman.2006.05.011 http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2006.05.011

RÍOS-MERCADO R Z ， BORRAZ-SÁNCHEZ C ． Optimization problems in natural gas transportation systems：a state-of-the-art review [J ] ． Applied Energy ， 2015 ， 147 ： 536 - 555 ． doi: 10.1016/j.apenergy.2015.03.017 http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.03.017

WOLDEYOHANNES A D ， MAJID M A A ． Simulation model for natural gas transmission pipeline network system [J ] ． Simulation Modelling Practice and Theory ， 2011 ， 19 ( 1 )： 196 - 212 ． doi: 10.1016/j.simpat.2010.06.006 http://dx.doi.org/10.1016/j.simpat.2010.06.006

CHACZYKOWSKI M ． Transient flow in natural gas pipeline：the effect of pipeline thermal model [J ] ． Applied Mathematical Modelling ， 2010 ， 34 ( 4 )： 1051 - 1067 ． doi: 10.1016/j.apm.2009.07.017 http://dx.doi.org/10.1016/j.apm.2009.07.017

蒋一博．气-电区域综合能源系统协调优化运行策略研究 [D ] ．武汉：武汉大学， 2019 ．

JIANG Y B ． Study on coordinated and optimized operation strategy of comprehensive energy system in gas-electricity region [D ] ． Wuhan ： Wuhan University ， 2019 ．

GOURLAY A R ， MORRIS J L ． Finite-difference methods for nonlinear hyperbolic systems [J ] ． Mathematics of Computation ， 1968 ： 28 - 39 ． doi: 10.2307/2004760 http://dx.doi.org/10.2307/2004760

YAO S ， GU W ， LU S ， et al ． Dynamic optimal energy flow in the heat and electricity integrated energy system [J ] ． IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 ( 1 )： 179 - 190 ． doi: 10.1109/tste.2020.2988682 http://dx.doi.org/10.1109/tste.2020.2988682

BOYD S P ， VANDENBERGHE L ． Convex optimization [M ] ． Cambridge，UK ： Cambridge Press ， 2004 ． doi: 10.1017/cbo9780511804441 http://dx.doi.org/10.1017/cbo9780511804441

ZHANG S ， GU W ， ZHANG X ， et al ． Dynamic modeling and simulation of integrated electricity and gas systems [J ] ． IEEE Transactions on Smart Grid ， 2023 ， 14 ( 2 )： 1011 - 1026 ． doi: 10.1109/tsg.2022.3203485 http://dx.doi.org/10.1109/tsg.2022.3203485

KJAER A P ， HEATH W P ， WELLSTEAD P E ． Identification of cross-directional behaviour in web production：techniques and experience [J ] ． Control Engineering Practice ， 1995 ， 3 ( 1 )： 21 - 29 ． doi: 10.1016/0967-0661(94)00060-t http://dx.doi.org/10.1016/0967-0661(94)00060-t

BADONI M ， SINGH A ， SINGH B ． Variable forgetting factor recursive least square control algorithm for DSTATCOM [J ] ． IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 ( 5 )： 2353 - 2361 ． doi: 10.1109/tpwrd.2015.2422139 http://dx.doi.org/10.1109/tpwrd.2015.2422139

BROSCH A ， WALLSCHEID O ， BOCKER J ． Long-term memory recursive least squares online identification of highly utilized permanent magnet synchronous motors for finite-control-set model predictive control [J ] ． IEEE Transactions on Power Electronics ， 2023 ， 38 ( 2 )： 1451 - 1467 ． doi: 10.1109/tpel.2022.3206598 http://dx.doi.org/10.1109/tpel.2022.3206598

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

考虑电转气-碳捕集电厂联动的综合能源系统㶲经济分析

高背压抽凝热电联供系统建模及快速变负荷控制策略研究

考虑数据中心和储能接入的主动配电网经济调度研究

基于需求响应与Stackelberg博弈的小区综合能源系统优化调度

考虑云储能的多区互联综合能源系统规划