CN110909468B - 一种用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法 - Google Patents

一种用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法，属于综合能源网数字仿真技术领域。本方法，充分考虑了综合能源网不同子网宽时间尺度的特征，利用预测后矫正的方法，解决了不同解算步长的综合能源网混合仿真接口交互的准确性、有效性和收敛性。本发明方法可以有效处理具有不同解算步长的混合仿真机电暂态、热力动态两侧热电接口交互，保证混合仿真中热电的有效交互，体现出在系统故障、扰动下的宽时间尺度特点。本发明方法易于实现，是实际多能系统热电耦合设备的热电接口交互实用有效的方法，计算量小，适合于综合能源网系统实时、超实时动态仿真。

Description

一种用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法
技术领域
本发明涉及一种用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法，属于综合能源网数字仿真技术领域。
背景技术
综合能源网覆盖了热力侧子网、机电侧子网等不同类型能量网络及其具有不同响应时间的设备部件等，具有宽时间尺度的特征，综合能源网动态混合仿真技术将热力侧子网动态、机电侧子网暂态过程综合起来统一考虑，在一次仿真中将两者同时模拟。
目前的混合仿真技术仅运用于电网中的电磁/机电暂态混合仿真，而对于具有宽时间尺度的综合能源网动态仿真，都是简单地将机电侧子网、热力侧子网同步长拼接解算。当综合能源网局部发生故障、大扰动时，严重影响了具有不同时间尺度的综合能源网动态仿真中热电耦合的准确性和有效性。如电厂系统仿真中，机电侧子网系统、热力侧子网系统采用同步长解算，热力侧子网和机电侧子网的热电耦合接口变量同步长交互，当机电侧子网局部发生故障或线路快速切换时，将导致热力设备不正常跳闸，无法真实有效反应机电侧子网和热力侧子网不同时间尺度的动态特征。
发明内容
本发明的目的提出一种用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法，利用多能系统中的电网机电暂态、热力系统动态仿真软件/仿真器自身功能和模块，有效处理具有不同解算步长的混合仿真机电暂态、热力动态两侧热电接口交互，保证混合仿真中热电的有效交互。
本发明提出的用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法，包括以下步骤：
(1)设定在综合能源网的热电耦合接口处，将综合能源网分为热力侧子网和机电侧子网，所述的热力侧子网包括热力管网、热力设备、热电耦合装置和调控系统，所述的机电测子网包括线路、发电机、电动机、变压器、电力元件；
(2)在交互时刻t，热力侧子网接收热电耦合接口的变量值Yt'；
(3)在交互时刻t，热电耦合接口从热力侧子网接收接口变量Xt，并记录在交互时刻t-ΔT的热力侧子网从热电耦合接口接收的接口变量值Y't-ΔT，将记录的交互时刻t、t-ΔT、t-2ΔT的热力侧子网向热电耦合接口传递的接口变量值Xt-2ΔT,Xt-ΔT,Xt存储为Z1,Z2,Z3，其中，ΔT为热力侧子网动态仿真计算步长；
(4)利用下式，对步骤(3)记录的Z1,Z2,Z3进行三点二次多项式拟合，得到二次多项式系数a,b,c：
Figure BDA0002283913870000021
(5)根据步骤(4)的二次多项式系数a,b,c，利用下式，计算得到热电耦合接口向机电侧子网传递的t+n×Δt交互时刻的n个接口变量值
Figure BDA0002283913870000022
其中，Δt为机电侧子网动态仿真计算步长：
Figure BDA0002283913870000023
(6)对热力侧子网进行以ΔT为计算步长的动态仿真计算，得到热力侧子网向热电耦合接口传递的接口变量Xt+ΔT；
(7)在交互时刻t+n×Δt，热电耦合接口向机电侧子网传递步骤(5)的接口变量
Figure BDA0002283913870000024
机电侧子网根据该接口变量
Figure BDA0002283913870000025
依次在t+n×Δt-t+(n+1)×Δt时段内，进行第n次的机电暂态仿真计算，重复n次后得到t+ΔT交互时刻机电侧子网向热电耦合接口传递的接口变量Yt+ΔT；
(8)利用下式，计算得到热电耦合接口在交互时刻t+ΔT向热力侧子网传递的接口变量值的偏差et及热电耦合接口在交互时刻t+ΔT向热力侧子网传递的接口变量的相对偏差变化率
Figure BDA0002283913870000026
et＝Yt+ΔT-Yt′
Figure BDA0002283913870000031
(9)利用下式，在交互时刻t+ΔT，对机电侧子网向热电耦合接口传递的接口变量值Yt+ΔT进行矫正，得到交互时刻t+ΔT热电耦合接口向热力侧子网传递的接口变量值Y′t+ΔT，
Figure BDA0002283913870000032
其中，k为矫正系数，取值范围为-0.5-0；
(10)在交互时刻t+ΔT，热电耦合接口向热力侧子网传递步骤(9)的接口变量值Y't+ΔT，完成一个交互周期内的综合能源网中热力侧子网与机电侧子网的热电接口交互。
本发明提出的用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法，其特点和优点是：
本发明的用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法，充分考虑了综合能源网不同子网宽时间尺度的特征，利用预测后矫正的方法，解决了不同解算步长的综合能源网混合仿真接口交互的准确性、有效性和收敛性。本发明方法可以有效处理具有不同解算步长的混合仿真机电暂态、热力动态两侧热电接口交互，保证混合仿真中热电的有效交互，体现出在系统故障、扰动下的宽时间尺度特点。本发明方法易于实现，是实际综合能源系统的热电接口交互实用有效的方法。
附图说明
图1是本发明方法涉及的综合能源网热电耦合接口变量交互示意图。
具体实施方式
本发明提出的用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法，其中涉及的综合能源网热电耦合接口变量交互示意图如图1所示，该方法包括以下步骤：
(1)设定在综合能源网的热电耦合接口处，将综合能源网分为热力侧子网和机电侧子网，所述的热力侧子网包括热力管网、热力设备、热电耦合装置和调控系统，所述的机电测子网包括线路、发电机、电动机、变压器、电力元件；
(2)在交互时刻t，热力侧子网接收热电耦合接口的变量值Yt'；
(3)在交互时刻t，热电耦合接口从热力侧子网接收接口变量Xt，并记录在交互时刻t-ΔT的热力侧子网从热电耦合接口接收的接口变量值Y't-ΔT，将记录的交互时刻t、t-ΔT、t-2ΔT的热力侧子网向热电耦合接口传递的接口变量值Xt-2ΔT,Xt-ΔT,Xt存储为Z1,Z2,Z3，其中，ΔT为热力侧子网动态仿真计算步长；
(4)利用下式，对步骤(3)记录的Z1,Z2,Z3进行三点二次多项式拟合，得到二次多项式系数a,b,c：
Figure BDA0002283913870000041
(5)根据步骤(4)的二次多项式系数a,b,c，利用下式，计算得到热电耦合接口向机电侧子网传递的t+n×Δt交互时刻的n个接口变量值
Figure BDA0002283913870000042
其中，Δt为机电侧子网动态仿真计算步长：
Figure BDA0002283913870000043
(6)对热力侧子网进行以ΔT为计算步长的动态仿真计算，得到热力侧子网向热电耦合接口传递的接口变量Xt+ΔT；
(7)在交互时刻t+n×Δt，热电耦合接口向机电侧子网传递步骤(5)的接口变量
Figure BDA0002283913870000044
机电侧子网根据该接口变量
Figure BDA0002283913870000045
依次在t+n×Δt-t+(n+1)×Δt时段内，进行第n次的机电暂态仿真计算，重复n次后得到t+ΔT交互时刻机电侧子网向热电耦合接口传递的接口变量Yt+ΔT；
(8)利用下式，计算得到热电耦合接口在交互时刻t+ΔT向热力侧子网传递的接口变量值的偏差et及热电耦合接口在交互时刻t+ΔT向热力侧子网传递的接口变量的相对偏差变化率
Figure BDA0002283913870000046
et＝Yt+ΔT-Yt′
Figure BDA0002283913870000051
(9)利用下式，在交互时刻t+ΔT，对机电侧子网向热电耦合接口传递的接口变量值Yt+ΔT进行矫正，得到交互时刻t+ΔT热电耦合接口向热力侧子网传递的接口变量值Y′t+ΔT，
Figure BDA0002283913870000052
其中，k为矫正系数，取值范围为-0.5-0；
(10)在交互时刻t+ΔT，热电耦合接口向热力侧子网传递步骤(9)的接口变量值Y't+ΔT，完成一个交互周期内的综合能源网中热力侧子网与机电侧子网的热电接口交互。
本发明方法中的热力侧子网的动态仿真计算，可以采用如德国STEAG公司开发的通用热力学计算和仿真软件EBSILON，机电侧子网的暂态仿真计算可采用华大学柔性交流输电系统研究所开发的超实时机电暂态仿真软件(TH-STBLT)。综合能源网中的热电耦合装置多样，从机理上可分为机械耦合设备和非机械耦合设备。机械耦合设备特点是热能和电能间通过机械转化完成，如热力侧的风机、泵等耗电设备，通过机电测电动机将电能转换为机械能传递至热力网侧，而透平、膨胀机等热力发电设备将热力侧的热能转换为机械能传递给机电测的发电机，它们对应热能—机械能—电能的转化过程，交互变量为转速和功率；非机械式耦合设备，通过电力元件直接将机电侧的电能转换为热力侧热能，如电阻式电锅炉，对应电能—热能的直接转化过程，交互变量为控制温度/压力和电功率。本发明方法针对不同类型的热电耦合设备建立的热电接口等效模型及其计算的热力侧子网接口变量和机电侧子网接口变量进行交互。

Claims (1)

1.一种用于综合能源网动态混合仿真的热电接口交互方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设定在综合能源网的热电耦合接口处，将综合能源网分为热力侧子网和机电侧子网，所述的热力侧子网包括热力管网、热力设备、热电耦合装置和调控系统，所述的机电测子网包括线路、发电机、电动机、变压器、电力元件；
(2)在交互时刻t，热力侧子网接收热电耦合接口的变量值Y′t；
(3)在交互时刻t，热电耦合接口从热力侧子网接收接口变量Xt，并记录在交互时刻t-ΔT的热力侧子网从热电耦合接口接收的接口变量值Y′t-ΔT，将记录的交互时刻t、t-ΔT、t-2ΔT的热力侧子网向热电耦合接口传递的接口变量值Xt-2ΔT,Xt-ΔT,Xt存储为Z1,Z2,Z3，其中，ΔT为热力侧子网动态仿真计算步长；
(4)利用下式，对步骤(3)记录的Z1,Z2,Z3进行三点二次多项式拟合，得到二次多项式系数a,b,c：
Figure FDA0002283913860000011
(5)根据步骤(4)的二次多项式系数a,b,c，利用下式，计算得到热电耦合接口向机电侧子网传递的t+n×Δt交互时刻的n个接口变量值
Figure FDA0002283913860000012
其中，Δt为机电侧子网动态仿真计算步长：
Figure FDA0002283913860000013
(6)对热力侧子网进行以ΔT为计算步长的动态仿真计算，得到热力侧子网向热电耦合接口传递的接口变量Xt+ΔT；
(7)在交互时刻t+n×Δt，热电耦合接口向机电侧子网传递步骤(5)的接口变量
Figure FDA0002283913860000014
机电侧子网根据该接口变量
Figure FDA0002283913860000021
依次在t+n×Δt-t+(n+1)×Δt时段内，进行第n次的机电暂态仿真计算，重复n次后得到t+ΔT交互时刻机电侧子网向热电耦合接口传递的接口变量Yt+ΔT；
(8)利用下式，计算得到热电耦合接口在交互时刻t+ΔT向热力侧子网传递的接口变量值的偏差et及热电耦合接口在交互时刻t+ΔT向热力侧子网传递的接口变量的相对偏差变化率
Figure FDA0002283913860000022
et＝Yt+ΔT-Yt′
Figure FDA0002283913860000023
(9)利用下式，在交互时刻t+ΔT，对机电侧子网向热电耦合接口传递的接口变量值Yt+ΔT进行矫正，得到交互时刻t+ΔT热电耦合接口向热力侧子网传递的接口变量值Y′t+ΔT，
Figure FDA0002283913860000024
其中，k为矫正系数，取值范围为-0.5-0；
(10)在交互时刻t+ΔT，热电耦合接口向热力侧子网传递步骤(9)的接口变量值Y′t+ΔT，完成一个交互周期内的综合能源网中热力侧子网与机电侧子网的热电接口交互。
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