CN111400937B - 一种综合能源系统潮流计算方法 - Google Patents
一种综合能源系统潮流计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111400937B CN111400937B CN202010354139.1A CN202010354139A CN111400937B CN 111400937 B CN111400937 B CN 111400937B CN 202010354139 A CN202010354139 A CN 202010354139A CN 111400937 B CN111400937 B CN 111400937B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- node
- power
- model
- energy
- flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 53
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 45
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 8
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 7
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- OIGNJSKKLXVSLS-VWUMJDOOSA-N prednisolone Chemical compound O=C1C=C[C@]2(C)[C@H]3[C@@H](O)C[C@](C)([C@@](CC4)(O)C(=O)CO)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 OIGNJSKKLXVSLS-VWUMJDOOSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 102100029469 WD repeat and HMG-box DNA-binding protein 1 Human genes 0.000 description 1
- 101710097421 WD repeat and HMG-box DNA-binding protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000010485 coping Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005206 flow analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Marketing (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种综合能源系统潮流计算方法，包括，处理模块获取各能源子系统的潮流模型；采集模块获取能源系统结构并通过所述处理模块建立电热气耦合设备模型；利用所述处理模块构建涵盖各个能源子系统的综合能源系统潮流模型；所述处理模块通过扩展性牛顿迭代法算法获取能源系统节点的参数结果；判断参数结果是否收敛，并根据输出结果判断综合能源系统的状态。本发明的有益效果：实现了综合能源系统潮流的统一求解，在耦合设备模型的连接下，将不同能源系统的潮流相互关联，建立联系，能够正确反映各种能源供应与需求之间的关系，为有效安排各机组出力，维持系统整体供需平衡提供支持，保证综合能源系统安全、高效运行。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源的技术领域，尤其涉及一种综合能源系统潮流计算方法。
背景技术
近年来，在能源安全与资源短缺的双重压力下，通过促进多种能源之间联合供应以及提高各系统之间的灵活性已成为能源界的共识。综合能源系统(integrated energysystem，IES)研究的需求提出和发展体现了环境、经济、社会、技术和政策等诸多驱动力的深刻的背景诉求。综合能源系统的统建模作为不同能源系统的统一描述，是多能源系统规划、调度、控制和互动的研究基础，描述了各个能源系统运行和互补转化特性。对于能源系统的潮流计算，国内外，对于单个系统的潮流计算都有深入的研究，比如，电力系统中主要采用扩展性牛顿算法进行计算，或者与结合高斯法进行结合运算，很少有涉及多个系统联合建模、统一求解的研究，或者仅仅是针对电热耦合系统，并没有考虑燃气系统，覆盖面不够广泛。现有研究一些是针对特定系统的建模，并没有提出，当系统出现新的元素加入时，无法直接接入原有的潮流计算模型，不具有普适性。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：提出一种综合能源系统潮流计算方法，能够应对计算中能源系统新增节点或者元素的加入，具有普适性和更加准确的计算结果。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种综合能源系统潮流计算方法，包括，处理模块获取各能源子系统的潮流模型；采集模块获取能源系统结构并通过所述处理模块建立电热气耦合设备模型；利用所述处理模块构建涵盖各个能源子系统的综合能源系统潮流模型；所述处理模块通过扩展性牛顿迭代法算法获取能源系统节点的参数结果；判断参数结果是否收敛，并根据输出结果判断综合能源系统的状态。
作为本发明所述的综合能源系统潮流计算方法的一种优选方案，其中：所述能源子系统的潮流模型包括电力系统潮流模型、燃气系统潮流模型和热力系统潮流模型。
作为本发明所述的综合能源系统潮流计算方法的一种优选方案，其中：所述电力系统潮流模型的获取还包括，确定电力系统中各节点位置和节点类型，包括新加入的机组或者设备；通过交流潮流模型表示电力子系统潮流模型，其节点功率如下，
其中，Real表示实部，Imag表示虚部，P、Q分别为节点的有功功率和无功功率向量，Y为节点导纳矩阵，U为节点电压相量。
作为本发明所述的综合能源系统潮流计算方法的一种优选方案，其中：所述燃气系统潮流模型的获取还包括，获取燃气系统网络拓扑结构；根据网结构计算节点-管道关联矩阵和环路-管道关联矩阵；根据关联矩阵得到燃气系统潮流模型。
作为本发明所述的综合能源系统潮流计算方法的一种优选方案，其中：所述热力系统潮流模型的获取还包括，获取热力系统管网拓扑结构；根据管网拓扑结构计算节点-管道关联矩阵和环路-管道关联矩阵；根据关联矩阵得到热力系统潮流模型。
作为本发明所述的综合能源系统潮流计算方法的一种优选方案，其中：所述电热气耦合设备为用作耦合环节的设备，包括CHP联供机组、燃气锅炉、电锅炉、热泵，建立的电热气耦合设备模型为基于能源等效平衡的设备模型。
作为本发明所述的综合能源系统潮流计算方法的一种优选方案，其中：所述综合能源系统潮流模型的目标函数为矩阵，矩阵中元素表示潮流中所需量与计算出的供给量之差，若目标函数矩阵中的元素符合设置的精确度，则输出潮流计算结果，否则利用迭代公式进行迭代，直至矩阵中的元素符合设置的精确度。
作为本发明所述的综合能源系统潮流计算方法的一种优选方案，其中：所述能源系统潮流模型的计算式如下，
其中，ΔF表示各供能参数与已知参数的差值，P为电力系统有功功率，Q为电力系统无功功率，Φ为节点压力，p为热功率，Ts为供热温度，Tr为回水温度，M为管道流量。
作为本发明所述的综合能源系统潮流计算方法的一种优选方案，其中：所述迭代公式的计算式为，
其中，ΔF为潮流计算模型得到的各供能参数与已知参数的差值结果。
本发明的有益效果：本发明提出的潮流计算方法，实现了综合能源系统潮流的统一求解，在耦合设备模型的连接下，将不同能源系统的潮流相互关联，建立联系，能够正确反映各种能源供应与需求之间的关系，为有效安排各机组出力，维持系统整体供需平衡提供支持，保证综合能源系统安全、高效运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一种实施例所述综合能源系统潮流计算方法的整体流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1的示意，示意为本实施例提出的一种综合能源系统潮流计算方法的流程图示意图，具体包括以下步骤，
S1：处理模块获取各能源子系统的潮流模型；其中，所述能源子系统的潮流模型包括电力系统潮流模型、燃气系统潮流模型和热力系统潮流模型；
具体的，所述电力系统潮流模型的获取还包括，确定电力系统中各节点位置和节点类型，包括新加入的机组或者设备；由于综合能源系统中的电力系统其设备类型更加丰富，并且系统接入的机组和设备存在不确定性或者移动性，因此潮流计算前，需要先确定各个节点的节点类型，对于电力潮流来说，主要包含3个节点类型：平衡节点、PV节点和PQ节点，在能源系统的“源-荷-储”侧分别挑选典型设备及机组，分析其在潮流计算中的节点类型。
其中，源侧为可在生能源机组，包括风电发电节点和光伏发电节点。风力发电节点的电力系统潮流计算中所属节点类型与发电机的种类有关。风力发电机主要包括定速型、转差型、同步直驱型和双馈型风力发电机四种类型，其中，定速型和转差型异步风力发电机在潮流计算中视为P-Q(V)节点，同步直驱型和双馈型风力发电机视为PQ节点。P-Q(V)节点指P确定、V不确定，Q受限于P和V。当风电场有能力提供实时的无功补偿且节点运行时无功需求超出补偿能力时，发生无功功率越限，此时，风力发电节点作为PV节点处理，此时PV节点转化成为PQ节点。
光伏发电节点通过逆变器接入电网，本实施例中根据采用的逆变器种类来划分节点类型，逆变器包括电流控制型和电压控制型的逆变器。其中电流控制型为主流，输出稳定的电流，因此可以作为已知有功功率和电流的PI节点；电压控制型逆变器则作为PV节点。其中，PI节点类型可以通过计算转化为PQ节点，计算公式如下，
其中，Qk+1为第k+1次迭代的PI节点的无功功率值，I、P分别为PI节点恒定的电流幅值和有功功率值，Vk为第k次迭代得到的节点电压幅值。
储是指储能节点，本实施例中包括储能蓄电池和电动汽车。其中，储能蓄电池接入电网的控制方式与光伏发电系统基本相同，也通过逆变器接入电网，采用电流控制逆变器时作为PI节点处理，采用电压控制逆变器时作为PV节点处理。其区别是储能蓄电池具有双向性，既可作为源侧向电网供电，又可作为荷侧储存电能。当储能蓄电池作为电源时，蓄电池向电网放电，将电能回馈给电网；当储能蓄电池作为荷侧储能时，能量从电网侧流向蓄电池。
在V1G模式下，电动汽车作为负荷处理。在V2G模式下，电动汽车和储能系统一样，既可作为电网的负荷消耗电能，又可作为备用电源向电网提供电能。作为负荷时，电动汽车作为PQ节点处理；作为备用电源时，电动汽车同储能系统处理方法相同，作为PI或PV节点处理。
荷是指可调节负荷节点，本实施例为了提高系统运行的灵活性和经济性，负荷侧需求响应以及虚拟电厂等新兴技术的应用，需要对负荷进行分类，以判断哪些负荷具有调节能力以及调节空间。本实施例中将具有可调节的负荷统分类为可调节负荷，此类负荷在潮流计算中与普通负荷相同，都作为PQ节点处理，但要对节点功率进行相应的增减。
S2：采集模块获取能源系统结构并通过所述处理模块建立电热气耦合设备模型；
具体的，建立的电热气耦合设备模型还包括电力子系统潮流模型、燃气系统潮流模型和燃气系统潮流模型。其中，所述电力系统潮流模型的获取还包括，确定电力系统中各节点位置和节点类型，包括新加入的机组或者设备；通过交流潮流模型表示电力子系统潮流模型，其节点功率如下，
其中，Real表示实部，Imag表示虚部，P、Q分别为节点的有功功率和无功功率向量，Y为节点导纳矩阵，U为节点电压相量。
所述燃气系统潮流模型的获取还包括，
获取燃气系统网络拓扑结构；网络拓扑结构包括环状管网和枝状管网。
根据网结构计算节点-管道关联矩阵A1和环路-管道关联矩阵B1；节点-管道关联矩阵A1的计算式如下，
其中，A1取+1时表示节点i是管道j的终点，取0表示节点i与管道j无关，取-1表示节点i是管道j的起点。
环路-管道关联矩阵B1的计算式如下，
其中，B1取+1时表示支路管道与环路的方向相同，取0表示支路管道不在环路中，取-1表示支路管道与环路的方向相反。
根据关联矩阵得到燃气系统潮流模型。具体的，燃气网络需满足水力模型，水力模型需满足流量连续性方程、压降方程和能量方程。其中，天然气管道L的稳态流量ML可表示为，
其中，Kr为管道常数，为管道L的压力降，Sij表示燃气的流动方向，当pi>pj时取+1，否则取-1。
具体的，各管道的流量在各节点处满足节点流量连续性方程，即节点流入的流量等于节点流出的流量，满足下式，
AgM＝mg
其中，Ag表示燃气供应网络中节点-管道的关联矩阵，M表示各燃气管道的流量，mg表示各节点流出的流量，即用户所需的流量。
在枝状管网中因满足压降方程，即计算出的总压降在允许的总压降范围内，满足下式，
其中，为用户节点i、j之间的压降，/>和/>分别表示节点i、j之间的压力。
在环状管网中因满足能量方程，即燃气在管道中流动的压力损失之和为0，满足下式，
其中，Bg为燃气供应网络中环路-管道关联矩阵，为用户节点i、j之间的压降。
所述热力系统潮流模型的获取还包括以下步骤，
获取热力系统管网拓扑结构；网拓扑结构包括环状管网和枝状管网。
根据管网拓扑结构计算节点-管道关联矩阵和环路-管道关联矩阵；根据热力系统管网结构计算节点-管道关联矩阵A2和环路-管道关联矩阵B2，计算方法同理燃气系统节点-管道关联矩阵A1和环路-管道关联矩阵B1的计算。
根据关联矩阵得到热力系统潮流模型。热力网络需满足水力模型和热力模型，水力模型与燃气网络中的水力模型相同，热力模型需要满足温度热量计算方程与沿程热损方程。其中，热力系统的温度参数包括供热温度Ts、输出温度To和回水温度Tr三个参数，供热温度Ts表示注入用户节点的热水温度，输出温度To表示热水流出用户节点时的温度，回水温度Tr表示从用户节点流出汇入其他管道前的温度。
热力子系统中各节点的热功率与温度、流量的关系如下式，
Φ＝Cpmq(Ts-T0)
其中，Φ为节点的热功率，mq为流入节点的流量，Cp为水的比热容，Ts为供热温度，To为输出温度。
管道始端和末端的温度关系如下式，
其中，Tend为管道末端的温度，Tstart为管道始端的温度，Ta为环境温度，λ为管道的热传输系数，为管道的长度。令T′end＝Tend-Ta，T′start＝Tstart-Ta，此时可以将管道始端和末端的温度关系式简化为，
T′end＝T′startψ
对于具有多条管道注入的节点，热水的输入温度和输出温度的关系如下式，
(∑mout)Tout＝∑minTin
其中，mout为流出节点的管道中水的流量，Tout为流出的水的温度，min为流入节点的各管道的流量，Tin为流入的水的温度。
所述电热气耦合设备为用作耦合环节的设备，包括CHP联供机组、燃气锅炉、电锅炉、热泵，建立的电热气耦合设备模型为基于能源等效平衡的设备模型。其中，CHP联供机组的耗气量、热功率和电功率的关系为，
其中，Fin为燃气机组的耗气量，ηe为机组的发电效率，PCHP和ΦCHP分别为机组的电功率和热功率，Cm为机组的热电比。
上式所表示的CHP机组中的余热锅炉是不带补燃的，若采用带补燃的余热锅炉，则还应加上补燃型余热锅炉的模型，如下所示，
QGB＝kfGBηGB+QCHPηy
其中，QGB为锅炉的总制热功率，ηGB为燃气热转化效率，fGB为单位时内天然气的耗气量，k表示补燃方式是否开启，补燃开启时k为1，补燃为开启时k为0，ηy表示余热的热转化效率。
S3：利用所述处理模块构建涵盖各个能源子系统的综合能源系统潮流模型；
所述综合能源系统潮流模型的目标函数为矩阵，矩阵中元素表示潮流中所需量与计算出的供给量之差，若目标函数矩阵中的元素符合设置的精确度，则输出潮流计算结果，否则利用迭代公式进行迭代，直至矩阵中的元素符合设置的精确度。
具体的，所述能源系统潮流模型的计算式如下，
其中，ΔF表示各计算所得的供能参数与已知参数的差值，上标sp代表既定，P为电力系统有功功率，Q为电力系统无功功率，Φ为节点压力，p为热功率，Ts为供热温度，Tr为回水温度，M为管道流量。
对于电力潮流分析，指定有功功率失配中的矢量。而对于集成的电-水-热计算，误差ΔF种矢量的元素由热松弛节点处产生的热功率确定，并表示为热网络的函数，为系统的状态量。
S4：所述处理模块通过扩展性牛顿迭代法算法获取能源系统节点的参数结果；本实施例种将扩展性牛顿迭代法算法扩展到求解综合能源系统能源流，所述迭代公式的计算式为，
其中，ΔF为上述潮流计算模型得到的各供能参数与已知参数的差值结果，令ΔFe＝[ΔP,ΔQ]T、和ΔFe＝Δf分别表示与电、热有关的偏差量，xe＝[θ、|V|]T、xh＝[m,(T′s,load,T′r,load)]T和/>分别表示与电、热、燃气有关的状态量，此处雅克比矩阵J可表示为，
其中，Jee、Jhh和Jgg分别表示单独的电、热、燃气系统自身潮流与自身状态量之间的关系，其表达式为子系统能量流模型相对于子系统本身的状态参数的偏导数，Jeh和Jeg分别表示热力系统、燃气系统能量流对电力系统潮流的影响，Jhe和Jhg分别表示电力系统、燃气系统能量流对热力系统状态的影响，Jge和Jgh分别表示电力系统、热力系统能量流对燃气系统状态的影响，对于基于CHP联供的综合能源系统来说，燃气系统内部节点的供需平衡发生变化时会由平衡节点即供气源进行平抑，所以Jeg和Jhg为零。对于系统的运行方式来说，则需要区分以热定电和以电定热2种情形来确定各子系统之间的相互影响。
S5：判断参数结果是否收敛，并根据输出结果判断综合能源系统的状态。具体的，根据系统对供能质量的要求，设置以上数据的差值精度，当参数结果符合精度要求的时候判断为收敛且输出结果，此处综合能源系统状态为正常；否则认为综合能源系统状态不正常，需要由技术人员对系统进行调整，并重更新进行处理计算，直至系统正常。
场景一：
本实施例提供的综合能源系统潮流计算方法，在实际应用中能够综合多个能源系统进行联合建模并统一求解，并且当能源系统中出现新的元素加入时，能够将其接入原有的潮流计算模型，在实际应用中具有更高的普适性。
而在传统方法中，对能源系统进行求解时通常只针对电热耦合系统，并没有考虑燃气系统等其它能源系统，在综合能源系统中进行潮流计算往往需要费别进行，或是仅针对特定系统进行建模，并未提出一种通用的方法，因此在实际应用中，面对能源系统中节点的改变难以适应，灵活性较差。
为了验证本实施例提供的综合能源系统潮流计算方法相比于传统能源系统潮流计算方法在实际应用中的有益效果，进行如下的实验：选取贵州某规划中的生长型智慧小镇为例，设置其初期只有小企业，电负荷较小；随着根据小镇的规划，陆续会有新的用电负荷较大的企业入住，电负荷会越来越大，空调冷热负荷需求也将增大，并采用增加分布式能源点的方式进行供能。小镇原电力供应依靠当地配电网，根据小镇的近期、中期、远期能源规划将其分为3个不同的场景，场景1安装屋顶光伏系统；场景2增加屋顶光伏发电系统的功率，同时建设分布式燃气轮机组成的冷、热、电三联供系统，进行联合供能；场景3，通过扩大能源站机组容量，应对后续的负荷需求增长。采用本实施例提供的方法进行计算，得到的结果如下表1所示，
表1：不同时期下系统的能源参数表
可以看出，通过本实施例提供的方法对综合能源系统在不同情况下进行计算，能够简单的针对能源系统自身的设备改变进行调整，减少了计算过程的复杂程度，对于现代实际应用中面临的综合能源系统情况多变复杂的现象，具有较强的普适性。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
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限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种综合能源系统潮流计算方法，其特征在于：包括，
处理模块获取各能源子系统的潮流模型包括电力系统潮流模型、燃气系统潮流模型和热力系统潮流模型；
其中，电力系统潮流模型获取的具体方式为：确定电力系统中各节点位置和节点类型，包括新加入的机组或者设备；将不同节点类型进行转换，通过交流潮流模型表示电力子系统潮流模型；
所述电力系统潮流模型的节点功率如下，
其中，Real表示实部，Imag表示虚部，P、Q分别为节点的有功功率和无功功率向量，Y为节点导纳矩阵，U为节点电压相量；
燃气系统潮流模型获取的具体方式为：获取燃气系统网络拓扑结构，燃气网络包括环状管网和枝状管网；根据网结构计算节点-管道关联矩阵和环路-管道关联矩阵；根据关联矩阵得到燃气系统潮流模型；
根据关联矩阵得到燃气系统潮流模型包括，燃气网络需满足水力模型，水力模型需满足流量连续性方程、压降方程和能量方程；
其中，天然气管道L的稳态流量ML可表示为，
其中，Kr为管道常数，ΔPL 2为管道L的压力降，Sij表示燃气的流动方向，当pi＞pj时取+1，否则取-1；
具体的，各管道的流量在各节点处满足节点流量连续性方程，即节点流入的流量等于节点流出的流量，满足下式，
AgM＝mg
其中，Ag表示燃气供应网络中节点-管道的关联矩阵，M表示各燃气管道的流量，mg表示各节点流出的流量，即用户所需的流量；
在枝状管网中因满足压降方程，即计算出的总压降在允许的总压降范围内，满足下式，
其中，为用户节点i、j之间的压降，/>和/>分别表示节点i、j之间的压力；
在环状管网中因满足能量方程，即燃气在管道中流动的压力损失之和为0，
满足下式，
其中，Bg为燃气供应网络中环路-管道关联矩阵，为用户节点i、j之间的压降；
所述热力系统潮流模型的获取还包括，
获取热力系统管网拓扑结构；
根据管网拓扑结构计算节点-管道关联矩阵和环路-管道关联矩阵；
根据关联矩阵得到热力系统潮流模型；
所述综合能源系统潮流模型的目标函数为矩阵，矩阵中元素表示潮流中所需量与计算出的供给量之差，若目标函数矩阵中的元素符合设置的精确度，则输出潮流计算结果，否则利用迭代公式进行迭代，直至矩阵中的元素符合设置的精确度；
所述迭代公式的计算式为，
其中，ΔF为潮流计算模型得到的各供能参数与已知参数的差值结果；
采集模块获取能源系统结构并通过所述处理模块建立电热气耦合设备模型；
利用所述处理模块构建涵盖各个能源子系统的综合能源系统潮流模型；
所述处理模块通过扩展性牛顿迭代法算法获取能源系统节点的参数结果；
判断参数结果是否收敛，并根据输出结果判断综合能源系统的状态；
所述电热气耦合设备为用作耦合环节的设备包括，
CHP联供机组、燃气锅炉、电锅炉、热泵，建立的电热气耦合设备模型为基于能源等效平衡的设备模型；
其中，若采用带补燃的余热锅炉，则还应加上补燃型余热锅炉的模型，
如下所示，
QGB＝kfGBηGB+QCHPηy
其中，QGB为锅炉的总制热功率，ηGB为燃气热转化效率，fGB为单位时内天然气的耗气量，k表示补燃方式是否开启，补燃开启时k为1，补燃为开启时k为0，ηy表示余热的热转化效率。
2.如权利要求1所述的综合能源系统潮流计算方法，其特征在于：所述将不同节点类型进行转换，包括：
对于电力潮流来说，主要包含3个节点类型：平衡节点、PV节点和PQ节点，在能源系统的“源-荷-储”侧分别挑选典型设备及机组，分析其在潮流计算中的节点类型；
其中，源侧为可在生能源机组，包括风电发电节点和光伏发电节点，风力发电节点的电力系统潮流计算中所属节点类型与发电机的种类有关，风力发电机主要包括定速型、转差型、同步直驱型和双馈型风力发电机四种类型，其中，定速型和转差型异步风力发电机在潮流计算中视为P-Q(V)节点，同步直驱型和双馈型风力发电机视为PQ节点，P-Q(V)节点指P确定、V不确定，Q受限于P和V，当风电场有能力提供实时的无功补偿且节点运行时无功需求超出补偿能力时，发生无功功率越限，此时，风力发电节点作为PV节点处理，此时PV节点转化成为PQ节点；
荷是指可调节负荷节点，将具有可调节的负荷统分类为可调节负荷，此类负荷在潮流计算中与普通负荷相同，都作为PQ节点处理，但要对节点功率进行相应的增减。
3.如权利要求1所述的综合能源系统潮流计算方法，其特征在于：所述能源系统潮流模型的计算式如下，
其中，ΔF表示各供能参数与已知参数的差值，P为电力系统有功功率，Q为电力系统无功功率，φ为节点压力，p为热功率，Ts为供热温度，Tr为回水温度，M为管道流量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010354139.1A CN111400937B (zh) | 2020-04-29 | 2020-04-29 | 一种综合能源系统潮流计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010354139.1A CN111400937B (zh) | 2020-04-29 | 2020-04-29 | 一种综合能源系统潮流计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111400937A CN111400937A (zh) | 2020-07-10 |
| CN111400937B true CN111400937B (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=71433778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010354139.1A Active CN111400937B (zh) | 2020-04-29 | 2020-04-29 | 一种综合能源系统潮流计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111400937B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112488535B (zh) * | 2020-12-01 | 2024-08-06 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种能源网络安全测度方法、系统及数据平台 |
| CN112994020A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-18 | 南京信息工程大学 | 一种多能源系统潮流分解计算方法 |
| CN113255105B (zh) * | 2021-04-26 | 2022-10-18 | 上海电力大学 | 双向耦合网络结构的电气热综合能源系统潮流计算方法 |
| CN115562029B (zh) * | 2022-10-17 | 2023-06-16 | 杭州天然气有限公司 | 一种天然气透平膨胀发电机组的智能控制方法及其系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108875269A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-23 | 重庆大学 | 一种考虑电力系统多平衡机与天然气系统慢动态特性的电-气互联系统多时段能流计算方法 |
| WO2019200662A1 (zh) * | 2018-04-20 | 2019-10-24 | 东北大学 | 电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法 |
| CN110543661A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-12-06 | 国网江苏省电力有限公司 | 计及相关性的电-热互联综合能源系统概率能量流计算方法 |
| CN110601185A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 武汉大学 | 一种基于统一潮流模型和随机矩阵的综合能源系统薄弱点辨识方法 |
| CN110955954A (zh) * | 2019-08-19 | 2020-04-03 | 天津大学 | 一种分层解耦的电气热综合能源系统最优负荷削减量方法 |
-
2020
- 2020-04-29 CN CN202010354139.1A patent/CN111400937B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019200662A1 (zh) * | 2018-04-20 | 2019-10-24 | 东北大学 | 电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法 |
| CN108875269A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-23 | 重庆大学 | 一种考虑电力系统多平衡机与天然气系统慢动态特性的电-气互联系统多时段能流计算方法 |
| CN110543661A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-12-06 | 国网江苏省电力有限公司 | 计及相关性的电-热互联综合能源系统概率能量流计算方法 |
| CN110955954A (zh) * | 2019-08-19 | 2020-04-03 | 天津大学 | 一种分层解耦的电气热综合能源系统最优负荷削减量方法 |
| CN110601185A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 武汉大学 | 一种基于统一潮流模型和随机矩阵的综合能源系统薄弱点辨识方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 王英瑞等.电–热–气综合能源系统多能流计算方法.《电网技术》.2016,第40卷(第40期),第2942-2950页. * |
| 罗雯清.计及风光储发电和电动汽车的配电网规划.《中国优秀硕士学位论文全文数据库》.2013,第14-19页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111400937A (zh) | 2020-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111400937B (zh) | 一种综合能源系统潮流计算方法 | |
| Liu et al. | A novel photovoltaic system control strategies for improving hill climbing algorithm efficiencies in consideration of radian and load effect | |
| CN107808216B (zh) | 电-气-热互联系统弃风弃光和电气热负荷削减综合最小优化模型构建方法 | |
| CN108241782B (zh) | 一种混合暂态分析方法及混合暂态分析系统 | |
| CN110518583B (zh) | 一种考虑动态特性的综合能源系统可靠性评估方法 | |
| CN111428351B (zh) | 基于前推回代法的电-热综合能源系统潮流计算方法 | |
| CN106844895B (zh) | 一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法 | |
| CN110188460B (zh) | 一种分布式综合能源系统离网状态能量平衡仿真方法 | |
| Guan et al. | Optimal configuration and operation of multi-energy complementary distributed energy systems | |
| CN111476394B (zh) | 一种适用于电热气等多能源系统的鲁棒运行优化方法 | |
| Li et al. | Classification and location scheme selection of coupling components in integrated electrical and heating systems with renewable energy | |
| CN108594658A (zh) | 一种电-气耦合系统概率最大负荷裕度多目标优化模型及其求解方法 | |
| Ghavami et al. | A methodology for techno-economic and operation strategy optimisation of micro gas turbine-based solar powered dish-engine systems | |
| CN113011714A (zh) | 热电联产机组组合配置方法及系统 | |
| CN110991845B (zh) | 一种电-热耦合系统分布式协同调度方法 | |
| CN112214883A (zh) | 一种微能源网综合能源系统运行优化方法和系统 | |
| CN116029097A (zh) | 考虑不确定性风电接入惯量安全的经济-能效性调度方法 | |
| CN109946977A (zh) | 含冷热电三联供系统的智慧园区能源优化调度方法 | |
| Behara et al. | Analysis of Wind Characteristics for Grid-Tied Wind Turbine Generator Using Incremental Generative Adversarial Network Model | |
| Li et al. | Integrated heat and power dispatch model for wind-CHP system with solid heat storage device based on robust stochastic theory | |
| Benlahbib et al. | PSO-PI algorithm for wind farm supervision | |
| Obara | Control of cyclic fluctuations in an independent microgrid by an SOFC triple combined cycle inertia system | |
| Li et al. | Modelling of Renewable-energy-base Heat and Power System and Regulation Method Study | |
| CN110460095A (zh) | 基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法 | |
| He et al. | Optimal Energy Flow of Integrated Energy System Based on Interior Point Method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |