CN110417020B - 一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法及系统 - Google Patents

一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法及系统，包括：根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；构建电力网络模型，根据电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程；根据水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿‑拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果。本发明，解决了电气热能源系统模型中非光滑特性导致潮流计算失败的问题。

Description

一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法及系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法及系统。
背景技术
随着社会的进步和经济的发展，能源匮乏与环境污染问题变得越来越显著。如何在确保人类社会能源可持续供应的同时减少用能过程中的环境污染，是当今世界各国共同关注的热点。传统能源系统相互独立，不同的能源系统不能相互协作来产生最优的运行策略，导致能源利用率降低。综合能源系统将独立的能源系统组合起来，实现多种能源间的相互作用和转换，极大提升了能源利用率。
潮流计算是电力学名词，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等，同理，有效的综合能源系统潮流计算对其安全稳定运行以及投资规划和经营决策具有重要指导意义。
在现有技术中，牛顿-拉夫逊潮流算法成为电力系统潮流计算中的优秀算法，仍是各种潮流算法的基础，然而，对于电-气-热综合能源系统模型通常包含一些非光滑特性，如水-热网络中管道摩擦系数的分段特性、发电机母线无功功率越限引起的PV-PQ节点类型转化问题，容易导致潮流计算失败。
发明内容
为解决现有技术中，电气热综合能源系统模型通常包含一些非光滑特性导致潮流算法失败的问题，提供一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法及系统。
第一方面，本发明实施例提供一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法，包括：
根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；
构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程；
根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果。
其中，所述根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程的步骤具体包括：根据水热网络中管道阻力系数和管道摩擦系数，构建水头损失与管道质量流量的非线性方程；根据所述水热网络中管道长度和管径，构建管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程。
其中，所述获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程的步骤还包括：通过分段线性函数的拟合方法，获取管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数。
其中，所述水头损失与管道质量流量的非线性方程具体为：
Figure BDA0002146967620000021
式中，hf为水头损失，K为管道阻力系数，
Figure BDA0002146967620000022
为管道质量流量；
所述管道阻力系数管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程具体为：
Figure BDA0002146967620000023
式中，L为管道长度，D为管径，ρ为水的密度，g是重力加速度，f为管道摩擦系数。
其中，所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数具体为：
Figure BDA0002146967620000031
其中，f为管道摩擦系数，Re为雷诺数，ε为管道粗糙度；
所述通过分段线性函数的拟合方法，获取管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数的步骤具体为：
设置雷诺数的取值范围为1000-100000，将所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数中的每段分成40等分，获得所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数的拟合函数，
Figure BDA0002146967620000032
其中，所述构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制构建发电机母线无功功率极限非线性方程的步骤，具体包括：
构建电力网络模型，获取所述电力网络模型中PV节点有功功率和无功功率的公式，
Figure BDA0002146967620000033
获取所述电力网络模型中PQ节点有功功率和无功功率的公式，
Figure BDA0002146967620000034
式中，Pi,set是节点i的恒有功功率Qi,set为节点i为PQ节点时节点的无功功率，Qi为节点i为PV节点时节点的无功功率，Ui和θi分别是节点i的电压幅值和相角；Gij和Bij分别是节点i与节点j之间的电导和电纳；
通过互补约束来表示所述电力网络中PV节点的无功功率限制，
Figure BDA0002146967620000041
通过max函数处理所述互补约束，获得所述发电机母线的无功功率极限非线性方程，
Figure BDA0002146967620000042
式中，
Figure BDA0002146967620000043
和
Figure BDA0002146967620000044
分别是节点i无功功率的上限和下限，
Figure BDA0002146967620000045
和
Figure BDA0002146967620000046
为电压偏差值。
其中，所述根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果的步骤，具体包括：
根据牛顿-拉夫逊潮流算法，对待求解的非线性方程进行迭代运算，直至所述带求解的非线性方程满足预设的收敛判据，获得所述带求解的非线性方程的最终解；
其中，所述带求解的非线性方程包括但不限于：水头损失与管道质量流量的非线性方程，所述管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程，管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数，电力网络模型中PV节点有功功率和无功功率的公式，电力网络模型中PQ节点有功功率和无功功率的公式和所述发电机母线的无功功率极限非线性方程。
第二方面本发明实施例提供一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算系统，包括：
管道摩擦系数获取模块，用于根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；
无功功率限制表示模块，用于构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程；
潮流计算模块，用于根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一方面所提供的处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所提供的处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法的步骤。
本发明实施例提供的处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法及系统，提出了水-热网络中管道摩擦系数的分段数学模型并通过一种拟合方法来处理这种非光滑问题。此外，通过互补约束来表示发电机母线无功功率越限引起的非光滑问题，最后通过牛顿-拉夫逊潮流算法对电-气-热综合能源系统进行统一的潮流计算。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算系统的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，图1为本发明一实施例提供的处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法的流程示意图，所提供的方法包括：
S1，根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程。
S2，构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程。
S3，根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果。
具体的，在电-气-热综合能源系统中，由于存在非光滑特性，导致潮流算法在电-气-热能源系统中会出现计算失败，其中电-气-热能源系统中的非光滑特性主要表现在水-热网络中管道摩擦系数以及发电机母线无功功率越限引起的非光滑问题。
在本实施例中，对于水-热网络中管道摩擦系数，通过建立水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，通过获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程。其中，管道摩擦系数通过插值点进行线性插值从而获得管道摩擦系数的拟合函数。
在电力网络中，通过构建电力网络模型，获取电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，其中，节点可以是PV节点，也可以是PQ节点，其后，通过互补约束来表示发电机母线无功功率越限引起的非光滑问题。
电力网络中的PV节点的无功功率限制为：
Figure BDA0002146967620000071
其中，
Figure BDA0002146967620000072
和
Figure BDA0002146967620000073
分别是节点i无功功率的上限和下限；Ui,set是节点i的控制电压目标值。如果PV节点的无功功率超过其限制，其会转化为PQ节点。
电力网络中PV节点的无功功率与电压呈正相关，其无功功率限制可通过互补约束来严格表示为：
Figure BDA0002146967620000074
其中，
Figure BDA0002146967620000075
和
Figure BDA0002146967620000076
为电压偏差值，
Figure BDA0002146967620000077
和
Figure BDA0002146967620000078
分别是节点i无功功率的上限和下限。其后，根据互补约束，构建发动机母线的无功功率极限的非线性方程。
最后，本实施例提出牛顿-拉夫逊潮流算法，首先输入已知参数，设置外部迭代指标为k，内部迭代指标为kin，收敛判据为ε，令k＝1。
f表示待求的非线性方程，其中，待求的非线性方程包括：水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程，管道摩擦系数的拟合函数方程，电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率方程，发电机母线无功功率极限非线性方程。若||f(xk)||不满足收敛判据，则计算搜索方向dk＝-J-1f(x)，其中J是f的Jacobian矩阵。修正xk+1＝xk+dk，令kin＝1，修正第kin次迭代，
Figure BDA0002146967620000079
如果||f(xk+1)||≤||f(xk)||，则修正
Figure BDA00021469676200000710
设置k＝k+1并重新判断非线性方程是否满足收敛判据。若如果||f(xk)||≤ε则求得到最终解xk，并输出潮流计算的最终解。
通过此方法，提出了水-热网络中管道摩擦系数的分段数学模型并通过一种拟合方法来处理这种非光滑问题。此外，通过互补约束来表示发电机母线无功功率越限引起的非光滑问题，最后通过牛顿-拉夫逊潮流算法对电-气-热综合能源系统进行统一的潮流计算。
在上述实施例的基础上，所述根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程的步骤具体包括：根据水热网络中管道阻力系数和管道摩擦系数，构建水头损失与管道质量流量的非线性方程；根据所述水热网络中管道长度和管径，构建管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程。
所述获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程的步骤还包括：通过分段线性函数的拟合方法，获取管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数。
其中，所述水头损失与管道质量流量的非线性方程具体为：
Figure BDA0002146967620000081
式中，hf为水头损失，K为管道阻力系数，
Figure BDA0002146967620000082
为管道质量流量；
所述管道阻力系数管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程具体为：
Figure BDA0002146967620000083
式中，L为管道长度，D为管径，ρ为水的密度，g是重力加速度，f为管道摩擦系数。
所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数具体为：
Figure BDA0002146967620000084
其中，f为管道摩擦系数，Re为雷诺数，ε为管道粗糙度；
所述通过分段线性函数的拟合方法，获取管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数的步骤具体为：
f＝0.00001195Re-0.00014157
设置雷诺数的取值范围为1000-100000，将所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数中的每段分成40等分，获得所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数的拟合函数，
Figure BDA0002146967620000085
在具体实现中，在水-热网络中，水头损失与管道质量流量的关系为：
Figure BDA0002146967620000091
式中，hf为水头损失，K为管道阻力系数，
Figure BDA0002146967620000092
为管道质量流量，其与管道摩擦系数的关系表示为：
Figure BDA0002146967620000093
L为管道长度，D为管径，ρ为水的密度，g是重力加速度，f为管道摩擦系数，管道摩擦系数f与雷诺数Re的分段函数表示为：
Figure BDA0002146967620000094
其中，ε为管道粗糙度。当2320≤Re≤4000时，管道摩擦系数f的函数不能确定，可通过线性插值的方法来拟合函数。由管道摩擦系数f与雷诺数Re的分段函数可知分段函数过(2320,0.0276)和(4000,0.0477)两点，将其作为插值点进行线性插值得到的拟合函数为：
f＝0.00001195Re-0.00014157 (4)
由于管道摩擦系数f的分段数学模型不适合潮流计算，本发明实施例提出了一种基于分段线性函数的拟合方法来处理这种非光滑问题，分段线性函数L(x)表示为：
Figure BDA0002146967620000095
其中，xh(h＝1,2,…,m)表示被拟合的目标函数f(x)的断点，kh(h＝1,2,…,m-1)表示xh与xh+1之间线段的斜率。
为方便后续潮流计算，根据运行工况设置雷诺数的上限值和下限值分别为1000和100000，随后将摩擦系数f与雷诺数Re的分段函数的每段分成40等份，得出分段函数的线性拟合函数为：
Figure BDA0002146967620000096
式中，Ren表示拟合目标函数(3)中的未知变量，即未知的雷诺数，Reh表示拟合目标函数(3)的断点，为已知的雷诺数。
通过此方法，提出了水-热网络中管道摩擦系数的分段数学模型并通过一种基于分段线性函数的拟合方法来处理这种非光滑问题。
在上述实施例的基础上，所述构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制构建发电机母线无功功率极限非线性方程的步骤，具体包括：
构建电力网络模型，获取所述电力网络模型中PV节点有功功率和无功功率的公式，
Figure BDA0002146967620000101
获取所述电力网络模型中PQ节点有功功率和无功功率的公式，
Figure BDA0002146967620000102
式中，Pi,set是节点i的恒有功功率Qi,set为节点i为PQ节点时节点的无功功率，Qi为节点i为PV节点时节点的无功功率，Ui和θi分别是节点i的电压幅值和相角；Gij和Bij分别是节点i与节点j之间的电导和电纳；
通过互补约束来表示所述电力网络中PV节点的无功功率限制，
Figure BDA0002146967620000103
通过max函数处理所述互补约束，获得所述发电机母线的无功功率极限非线性方程，
Figure BDA0002146967620000104
式中，
Figure BDA0002146967620000105
和
Figure BDA0002146967620000106
分别是节点i无功功率的上限和下限，
Figure BDA0002146967620000107
和
Figure BDA0002146967620000108
为电压偏差值。
具体的，建立电力网络模型本发明实施例中使用的基本方程如下：
Figure BDA0002146967620000111
Figure BDA0002146967620000112
其中，公式(7)为PV节点有功功率和无功功率的公式，公式(8)为PQ节点有功功率和无功功率的公式，式中，Pi,set是节点i的恒有功功率Qi,set为节点i为PQ节点时节点的无功功率，Qi为节点i为PV节点时节点的无功功率，Ui和θi分别是节点i的电压幅值和相角；Gij和Bij分别是节点i与节点j之间的电导和电纳。
电力网络中的PV节点的无功功率限制为：
Figure BDA0002146967620000113
其中，
Figure BDA0002146967620000114
和
Figure BDA0002146967620000115
分别是节点无功功率的上限和下限；Ui,set是节点i的控制电压目标值。如果PV节点的无功功率超过其限制，其会转化为PQ节点。
电力网络中PV节点的无功功率与电压呈正相关，其无功功率限制可通过互补约束来严格表示为：
Figure BDA0002146967620000116
其中，
Figure BDA0002146967620000117
和
Figure BDA0002146967620000118
为电压偏差值。
在本实施例中，为了处理互补约束-x⊥f(x)，需要引入max函数：
max(-x,f(x))＝0,x≥0 (11)
max函数的平方范数有一个Lipschitz连续梯度。发电机母线的无功功率极限可表示为:
Figure BDA0002146967620000119
式(12)的Jacobian矩阵表示为：
Figure BDA0002146967620000121
max函数
Figure BDA0002146967620000122
被描绘为实线。当
Figure BDA0002146967620000123
时，max函数表示为
Figure BDA0002146967620000124
当
Figure BDA0002146967620000125
时，max函数表示为
Figure BDA0002146967620000126
Ii表示单位矩阵。
通过此方法，通过互补约束来表示发电机母线无功功率越限引起的非光滑问题并利用max函数来处理互补约束。
在上述实施例的基础上，所述根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果的步骤，具体包括：根据牛顿-拉夫逊潮流算法，对待求解的非线性方程进行迭代运算，直至所述带求解的非线性方程满足预设的收敛判据，获得所述带求解的非线性方程的最终解。
其中，所述带求解的非线性方程包括但不限于：水头损失与管道质量流量的非线性方程，所述管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程，管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数，电力网络模型中PV节点有功功率和无功功率的公式，电力网络模型中PQ节点有功功率和无功功率的公式和所述发电机母线的无功功率极限非线性方程。
具体的，本实施例中，提出基于max函数的牛顿-拉夫逊潮流计算方法的计算流程，具体计算流程包括：
1、初始化：设置外部迭代指标为k，内部迭代指标为kin，收敛判据为ε，令k＝1。
2、f表示待求的非线性方程(1)(2)(6)(7)(8)(12)，如果||f(xk)||≤ε得到最终解xk并进行第8步，否则进行第3步。
3、计算搜索方向dk＝-J-1f(x)，其中J是f的Jacobian矩阵。修正xk+1＝xk+dk。
4、令kin＝1，修正第kin次迭代，
Figure BDA0002146967620000127
5、如果||f(xk+1)||≤||f(xk)||，进行第7步，否则进行第6步。
6、令
Figure BDA0002146967620000131
设置kin＝kin+1并返回第5步。
7、修正
Figure BDA0002146967620000132
设置k＝k+1并返回第2步。
8、输出最终解。
通过此方法，通过基于max函数的改进Newton-Raphson潮流计算方法对电-气-热综合能源系统进行统一的潮流计算。
参考图2，图2为本发明一实施例提供的处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算系统，所提供的系统包括：管道摩擦系数获取模块21、无功功率限制表示模块22和潮流计算模块23。
其中，管道摩擦系数获取模块21用于根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；
无功功率限制表示模块22用于构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程；
潮流计算模块23用于根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果。
需要说明的是，管道摩擦系数获取模块21、无功功率限制表示模块22和潮流计算模块23配合以执行上述实施例中的处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法，该系统的具体功能参见上述的处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法的实施例，此处不再赘述
图3示例了一种电子设备的结构示意图，如图3所示，该服务器可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过总线340完成相互间的通信。通信接口340可以用于服务器与智能电视之间的信息传输。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行如下方法：根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程；根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果。
本实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程；根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果。
本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程；根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法，其特征在于，包括：
根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；
构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程；
根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果；
所述根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程的步骤具体包括：
根据水热网络中管道阻力系数和管道摩擦系数，构建水头损失与管道质量流量的非线性方程；
根据所述水热网络中管道长度和管径，构建管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；
所述获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程的步骤还包括：
通过分段线性函数的拟合方法，获取管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数；
所述水头损失与管道质量流量的非线性方程具体为：
Figure FDA0002809271180000011
式中，hf为水头损失，K为管道阻力系数，
Figure FDA0002809271180000012
为管道质量流量；
所述管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程具体为：
Figure FDA0002809271180000021
式中，L为管道长度，D为管径，ρ为水的密度，g是重力加速度，f为管道摩擦系数；
所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数具体为：
Figure FDA0002809271180000022
其中，f为管道摩擦系数，Re为雷诺数，ε为管道粗糙度；
所述通过分段线性函数的拟合方法，获取管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数的步骤具体为：
设置雷诺数的取值范围为103-105，将所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数中的每段分成40等分，获得所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数的拟合函数，
Figure FDA0002809271180000023
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制构建发电机母线无功功率极限非线性方程的步骤，具体包括：
构建电力网络模型，获取所述电力网络模型中PV节点有功功率和无功功率的公式，
Figure FDA0002809271180000024
获取所述电力网络模型中PQ节点有功功率和无功功率的公式，
Figure FDA0002809271180000031
式中，Pi,set是节点i的恒有功功率，Qi,set为节点i为PQ节点时节点的无功功率，Qi为节点i为PV节点时节点的无功功率，Ui是节点i的电压幅值；Gij和Bij分别是节点i与节点j之间的电导和电纳；
通过互补约束来表示所述电力网络中PV节点的无功功率限制，
Figure FDA0002809271180000032
通过max函数处理所述互补约束，获得所述发电机母线的无功功率极限非线性方程，
Figure FDA0002809271180000033
式中，
Figure FDA0002809271180000034
和
Figure FDA0002809271180000035
分别是节点i无功功率的上限和下限，
Figure FDA0002809271180000036
和
Figure FDA0002809271180000037
为电压偏差值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果的步骤，具体包括：
根据牛顿-拉夫逊潮流算法，对待求解的非线性方程进行迭代运算，直至所述待求解的非线性方程满足预设的收敛判据，获得所述待求解的非线性方程的最终解；
其中，所述待求解的非线性方程包括但不限于：水头损失与管道质量流量的非线性方程，所述管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程，管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数，电力网络模型中PV节点有功功率和无功功率的公式，电力网络模型中PQ节点有功功率和无功功率的公式和所述发电机母线的无功功率极限非线性方程。
4.一种处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算系统，其特征在于，包括：
管道摩擦系数获取模块，用于根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；
无功功率限制表示模块，用于构建电力网络模型，根据所述电力网络模型中每个节点的有功功率和无功功率的公式，通过互补约束来表示发电机母线的无功功率限制，构建发电机母线无功功率极限非线性方程；
潮流计算模块，用于根据所述水头损失与管道质量流量的非线性方程、管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程以及发电机母线无功功率极限非线性方程，结合牛顿-拉夫逊潮流算法，计算获得综合能源系统潮流计算结果；
所述根据水热网络中管道摩擦系数的分段数学模型，获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程的步骤具体包括：
根据水热网络中管道阻力系数和管道摩擦系数，构建水头损失与管道质量流量的非线性方程；
根据所述水热网络中管道长度和管径，构建管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程；
所述获取水头损失与管道质量流量的非线性方程以及管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程的步骤还包括：
通过分段线性函数的拟合方法，获取管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数；
所述水头损失与管道质量流量的非线性方程具体为：
Figure FDA0002809271180000051
式中，hf为水头损失，K为管道阻力系数，
Figure FDA0002809271180000052
为管道质量流量；
所述管道阻力系数与管道摩擦系数的非线性方程具体为：
Figure FDA0002809271180000053
式中，L为管道长度，D为管径，ρ为水的密度，g是重力加速度，f为管道摩擦系数；
所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数具体为：
Figure FDA0002809271180000054
其中，f为管道摩擦系数，Re为雷诺数，ε为管道粗糙度；
所述通过分段线性函数的拟合方法，获取管道摩擦系数与雷诺数分段函数的线性拟合函数的步骤具体为：
设置雷诺数的取值范围为103-105，将所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数中的每段分成40等分，获得所述管道摩擦系数与雷诺数分段函数的拟合函数，
Figure FDA0002809271180000055
5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一项所述处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法的步骤。
6.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述处理非光滑约束的综合能源系统潮流计算方法的步骤。
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