CN112362096B - 多能流运行状态监测方法、装置、终端设备及存储介质 - Google Patents

多能流运行状态监测方法、装置、终端设备及存储介质 Download PDF

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CN112362096B CN202011158933.5A CN202011158933A CN112362096B CN 112362096 B CN112362096 B CN 112362096B CN 202011158933 A CN202011158933 A CN 202011158933A CN 112362096 B CN112362096 B CN 112362096B
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Abstract

本发明实施例公开了一种多能流运行状态监测方法、装置、终端设备及存储介质，通过采集多能流系统的量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立目标函数，对目标函数求解，得到状态量的最优解，根据所述状态量的最优解，监测多能流系统的运行状态，本发明考虑了热电联产机组、循环泵等电热耦合部分，在热网模型方面采用差分法刻画管道热动态过程，大大提升了热网状态估计的准确性，从而能够更准确地监测到多能流系统的运行状态，使得能够在此基础上实现对各类能源的优化调度、事故风险评估等工作，提升系统的可靠性、灵活性和经济性。

Description

多能流运行状态监测方法、装置、终端设备及存储介质
技术领域
本发明涉及含多种能源的电网运行和控制技术领域，尤其涉及一种多能流运行状态监测方法及装置。
背景技术
近年来，随着人们对环境的日益重视和对提升能源利用率要求的提高，多能流系统的概念被提出并大力发展。多能流系统中通常存在多种能源的耦合关系，例如，一个热电联产系统(CHPS)包含热电联产机组(CHP)，可以收集因发电产生的废热并用以供给区域的热负荷。采用热电联产技术可以有效减少环境污染物和温室气体的排放，提高了能源使用的可靠性和灵活性。因此，多能流系统的未来发展前景广阔，实现对多能流系统的运行状态的监测，是一种重要的发展方向。
状态估计对于电热综合能源系统的运行监视、优化调度等起着至关重要的作用。作为能量管理系统的基本功能，只有在对多能流系统的当前状态进行评估，才能实现下一步的安全评估、优化调度等工作。在进行状态估计前，需根据现有的量测配置对系统进行可观测性分析，以保证状态估计的正常运行。因此，准确监测多能流系统的运行状态，能够为优化调度打下基础。
目前国内外对于状态估计的研究主要集中在电网，很少有相关文献涉及到热网等其他能流网络，同时，现有对于热力网络的建模多基于稳态模型，然而，由于热能的传输相比电能较为缓慢，到达稳态需要较长的时间，若采用稳态模型会产生较大的误差，从而导致电网与热网联合状态的估计结果不精准。因此，需要在所提出的状态估计模型中考虑管道内部的动态过程，以准确监测热网发生变动时电热耦合多能流系统的运行状态。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种多能流运行状态监测方法，解决现有技术中无法准确监测电热耦合多能流系统的运行状态的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种多能流运行状态监测方法，包括以下步骤：
采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率、以及节点电压的幅值；采集热系统的热负荷功率、管道内部的流量、网络各节点压力和管道的首末端温度，并将上述采集数据作为热电耦合多能流系统的量测量；
根据所述量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立基于多能流系统状态评估的目标函数；
建立多能流系统安全运行的约束条件，所述约束条件包括电力系统的潮流方程约束、水力系统的节点压力与流量平衡约束、热力系统的节点温度、热功率约束和管道温度约束以及电热耦合约束，其中，所述热力系统采用热网动态模型建立，具体为：
(1)热力系统通过以下模型构建：
Figure GDA0003480465080000021
Figure GDA0003480465080000022
上式(1)-(2)中，
Figure GDA0003480465080000023
和
Figure GDA0003480465080000024
分别代表供网和回网i中距离管道起始点j分段的位置在t时刻的温度，N代表时间节点数，Si代表管道i的分段数，可以写成Si＝[xi/Δxi]，PS和PR分别代表供网和回网管道集合，ai、bi、ci与di为与管道参数有关的系数；
(2)建立供网、回网中的管道温度约束：
Figure GDA0003480465080000025
Figure GDA0003480465080000026
Figure GDA0003480465080000027
Figure GDA0003480465080000031
上式(3)-(6)，
Figure GDA0003480465080000032
和
Figure GDA0003480465080000033
分别是供网和回网管道的始端温度，
Figure GDA0003480465080000034
和
Figure GDA0003480465080000035
分别是回网和供网管道的末端温度；
(3)节点温度与管道温度的平衡约束：
Figure GDA0003480465080000036
Figure GDA0003480465080000037
Figure GDA0003480465080000038
Figure GDA0003480465080000039
上式(7)-(10)中，
Figure GDA00034804650800000310
是节点i在时间t的流量，集合H是换热节点的集合，HG和HL是热源和热负荷的节点，即H＝HL∪HG，I(i)是注入节点i的管道集合，L(i)是从节点i处离开的管道集合；
Figure GDA00034804650800000311
和
Figure GDA00034804650800000312
分别代表节点i供网和回网在时间t时刻的温度；
Figure GDA00034804650800000313
和
Figure GDA00034804650800000314
为位于节点i的换热器在t时刻的供网和回网温度；
(4)节点的热功率约束：
Figure GDA00034804650800000315
式(11)中，hi,t是节点i在t时刻的热功率，cp是水的比热容；
根据所述目标函数和所述约束条件，得到所述多能流系统的状态量的最优解；
根据所述状态量的最优解，监测多能流系统的运行状态。
优选的，所述建立多能流的约束条件，包括电力系统的潮流方程约束、水力系统的节点压力与流量平衡约束、热力系统的节点温度、热功率约束和管道温度约束以及电热耦合约束，其中，所述电力系统的潮流方程约束、水力系统的节点压力与流量平衡约束以及电热耦合约束具体包括：
(1)所述电力系统的潮流约束具体包括：
(1-1)根据线路参数确定电力系统节点导纳矩阵：
Figure GDA0003480465080000041
式中，Y为节点导纳矩阵，I表示节点注入电流，V表示母线电压相量；节点导纳矩阵内部元素可以写成Yii＝Gii+jBii和Yii＝Gii+jBij的形式，称为节点的自导纳和互导纳，均与线路参数相关；
(1-2)建立电力系统的各量测方程，包括：
Figure GDA0003480465080000042
Figure GDA0003480465080000043
Figure GDA0003480465080000044
Figure GDA0003480465080000045
Vi＝Vi(16)
式(12)-(16)中，Pi和Qi为节点i的有功功率注入和无功功率注入，Vi、Vj为节点i、j的电压幅值，θij为节点i和j的电压相角差，Gij和Bij为节点导纳矩阵中元素，与网络参数有关；Pij为从母线i流向母线j的有功功率，Qij为从母线i流向母线j的无功功率，Gsi和Bsi为与母线j相连的并联电容的电导和电纳；
(2)所述水力系统的节点和流量平衡约束具体包括：
(2-1)定义节点关联矩阵A和回路关联矩阵B，具体包括：
A矩阵中的每个元素aij定义为：
Figure GDA0003480465080000046
B矩阵中的每个元素bij定义为：
Figure GDA0003480465080000051
(2-2)对于水力系统的各变量，满足以下约束：
Figure GDA0003480465080000052
BΔhij＝0 (18)
Figure GDA0003480465080000053
式(17)-(19)中，
Figure GDA0003480465080000054
是管道流量，如果某根管道的实际流量方向与规定的正方向一致，则
Figure GDA0003480465080000055
为正，否则为负，
Figure GDA0003480465080000056
是节点流量，如果为注出节点，则为正；如果为注入节点，则为负；Δhij是节点i和j之间的压力差，该压力损失与对应管道内的流量有关，K为与管道参数有关的系数；
(3)所述电热耦合约束具体包括；
(3-1)考虑热电联产机组的电能输出和热能输出的约束：
φCHP＝kPCHP (20)
式中，φCHP为热电联产机组的热功率，k为机组的热电比，PCHP为热电联产机组的电功率,k在实际运行中基本为常数；
(3-2)考虑循环泵的消耗电能和网络中的压力的约束：
Figure GDA0003480465080000057
式(21)中，Ppump为循环泵消耗的电能，mpump为流经循环泵的流量，hs为循环泵节点在供网中的压力，hr为其在回网中的压力，ηpump为循环泵效率；ρ为流体密度；
(3-3)考虑电锅炉的约束：
φB＝-ηBPB (22)
式(22)中，φB为电锅炉的产热功率，ηB为电锅炉的产热功率，PB为锅炉的电能消耗功率。
优选的，所述根据所述量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立基于多能流系统状态评估的目标函数，具体包括：
根据量测量计算系统的状态量，具体通过以下公式计算：
Figure GDA0003480465080000061
式(23)中，z为多能流系统的量测量，包括电力系统的量测量和热力系统的量测量，x为多能流系统的状态量，m为量测量个数，h(x)为多能流系统的量测方程，即状态量和通过状态量估计的量测值之间的关系，R为多能流系统的量测协方差矩阵，其对角元素Rii反映各量测仪表的精度。
优选的，所述根据所述目标函数和所述约束条件，得到所述多能流系统的状态量的最优解，包括：
采用高斯-牛顿法，或采用拉格朗日乘子法，或是通过求解器求解所述状态估计模型，得到所述多能流系统的状态量的最优解。
本发明实施例还提供了一种多能流运行状态监测装置，包括：
采集模块，用于采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率、以及节点电压的幅值；采集热系统的热负荷功率、管道内部的流量、网络各节点压力和管道的首末端温度，并将上述采集数据作为热电耦合多能流系统的量测量；
目标函数建立模块，用于根据所述量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立基于多能流系统状态评估的目标函数；
约束建立模块，用于建立多能流系统安全运行的约束条件，包括电力约束单元、水利约束单元，热力约束单元和热电耦合约束单元；
所述电力约束单元，用于建立电力系统潮流方程的约束；
所述水利约束单元，用于建立水力系统节点压力和流量的平衡约束；
所述热力约束单元，用于建立热力系统节点、管道温度约束；
所述热电耦合约束单元，用于建立电热耦合约束；
其中，所述热力约束单元，具体用于：
(1)构建以下动态热网模型：
Figure GDA0003480465080000062
Figure GDA0003480465080000063
上式(1)-(2)中，
Figure GDA0003480465080000071
和
Figure GDA0003480465080000072
分别代表供网和回网i中距离管道起始点j分段的位置在t时刻的温度，N代表时间节点数，Si代表管道i的分段数，可以写成Si＝[xi/Δxi]，PS和PR分别代表供网和回网管道集合，ai、bi、ci与di为与管道参数有关的系数；
(2)建立供网、回网中的管道温度约束：
Figure GDA0003480465080000073
Figure GDA0003480465080000074
Figure GDA0003480465080000075
Figure GDA0003480465080000076
上式(3)-(6)，
Figure GDA0003480465080000077
和
Figure GDA0003480465080000078
分别是供网和回网管道的始端温度，
Figure GDA0003480465080000079
和
Figure GDA00034804650800000710
别是回网和供网管道的末端温度；
(3)节点温度与管道温度的平衡约束：
Figure GDA00034804650800000711
Figure GDA00034804650800000712
Figure GDA00034804650800000713
Figure GDA00034804650800000714
上式(7)-(10)中，
Figure GDA00034804650800000715
是节点i在时间t的流量，集合H是换热节点的集合，HG和HL是热源和热负荷的节点，即H＝HL∪HG，I(i)是注入节点i的管道集合，L(i)是从节点i处离开的管道集合；
Figure GDA00034804650800000716
和
Figure GDA00034804650800000717
分别代表节点i供网和回网在时间t时刻的温度；
Figure GDA00034804650800000718
和
Figure GDA00034804650800000719
为位于节点i的换热器在t时刻的供网和回网温度；
(4)节点的热功率约束：
Figure GDA00034804650800000720
式中，hi,t是节点i在t时刻的热功率，cp是水的比热容；
状态获取模块，用于根据所述目标函数和所述约束条件，得到所述多能流系统的状态量的最优解；
监测模块，用于根据所述状态量的最优解，监测多能流系统的运行状态。
进一步的，所述电力约束单元，具体用于：
(1)根据线路参数确定电力系统节点导纳矩阵：
Figure GDA0003480465080000081
式(11)中，Y为节点导纳矩阵，I表示节点注入电流，V表示母线电压相量；节点导纳矩阵内部元素可以写成Yii＝Gii+jBii和Yii＝Gii+jBij的形式，称为节点的自导纳和互导纳，均与线路参数相关；
(2)建立电力系统的各量测方程，包括：
Figure GDA0003480465080000082
Figure GDA0003480465080000083
Figure GDA0003480465080000084
Figure GDA0003480465080000085
Vi＝Vi (16)
式(12)-(16)中，Pi和Qi为节点i的有功功率注入和无功功率注入，Vi、Vj为节点i、j的电压幅值，θij为节点i和j的电压相角差，Gij和Bij为节点导纳矩阵中元素，与网络参数有关；Pij为从母线i流向母线j的有功功率，Qij为从母线i流向母线j的无功功率，Gsi和Bsi为与母线j相连的并联电容的电导和电纳；
所述水力约束单元，具体用于：
(1)定义节点关联矩阵A和回路关联矩阵B，具体包括：
A矩阵中的每个元素aij定义为：
Figure GDA0003480465080000091
B矩阵中的每个元素bij定义为：
Figure GDA0003480465080000092
(2)对于水力系统的各变量，满足以下约束：
Figure GDA0003480465080000093
BΔhij＝0 (18)
Figure GDA0003480465080000094
式(17)-(19)中，
Figure GDA0003480465080000095
是管道流量，如果某根管道的实际流量方向与规定的正方向一致，则
Figure GDA0003480465080000096
为正，否则为负，
Figure GDA0003480465080000097
是节点流量，如果为注出节点，则为正；如果为注入节点，则为负；Δhij是节点i和j之间的压力差，该压力损失与对应管道内的流量有关，K为与管道参数有关的系数；
所述电热耦合约束单元，具体用于：
(1)考虑热电联产机组的电能输出和热能输出的约束：
φCHP＝kPCHP (20)
式(20)中，φCHP为热电联产机组的热功率，k为机组的热电比，PCHP为热电联产机组的电功率,k在实际运行中基本为常数；
(2)考虑循环泵的消耗电能和网络中的压力的约束：
Figure GDA0003480465080000098
式(21)中，Ppump为循环泵消耗的电能，mpump为流经循环泵的流量，hs
为循环泵节点在供网中的压力，hr为其在回网中的压力，ηpump为循环泵效率；ρ为流体密度；
(3)考虑电锅炉的约束：
φB＝-ηBPB (22)
式(22)中，φB为电锅炉的产热功率，ηB为电锅炉的产热功率，PB为电锅炉的电能消耗功率。
进一步的，所述目标函数建立模块，具体用于，根据量测量计算系统的状态量，具体通过以下公式计算：
Figure GDA0003480465080000101
式(23)中，z为多能流系统的量测量，包括电力系统的量测量和热力系统的量测量，x为多能流系统的状态量，m为量测量个数，h(x)为多能流系统的量测方程，即状态量和通过状态量估计的量测值之间的关系，R为多能流系统的量测协方差矩阵，其对角元素Rii反映各量测仪表的精度。
进一步的，所述状态获取模块，具体用于采用高斯-牛顿法，或采用拉格朗日乘子法，或是通过求解器求解所述目标函数，得到所述多能流系统的状态量的最优解。
作为本发明的优选实施例，本发明还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的多能流运行状态监测方法。
本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的多能流运行状态监测方法。
与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的一种多能流运行状态监测方法、装置、终端设备及存储介质，通过采集多能流系统的量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立目标函数，对目标函数求解，得到状态量的最优解，根据所述状态量的最优解，监测多能流系统的运行状态，本发明考虑了热电联产机组、循环泵等电热耦合部分，在热网模型方面采用差分法刻画管道热动态过程，大大提升了热网状态估计的准确性，从而能够更准确地监测到多能流系统的运行状态，使得网络能量管理系统能够在此基础上实现对各类能源的优化调度、事故风险评估等工作，提升系统的可靠性、灵活性和经济性。
附图说明
图1是本发明提供的多能流运行状态监测方法的一个实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的多能流运行状态监测装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
参见图1，图1是本发明提供的多能流运行状态监测方法的一个实施例的流程示意图，本发明实施例提供的一种多能流运行状态监测方法，包括步骤S1-S5；
S1、采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率、以及节点电压的幅值；采集热系统的热负荷功率、管道内部的流量、网络各节点压力和管道的首末端温度，并将上述采集数据作为热电耦合的多能流系统的量测量。
可以理解的是，对于多能流系统状态估计而言，电力系统的量测量包括电力系统的节点注入有功功率和无功功率，线路传输的有功功率和无功功率，以及节点电压的幅值；电力系统的状态量为节点电压的幅值和相角。供热系统的量测量包括供热系统的热源或热负荷功率、管道内部的流量、网络各节点压力和管道的首末端温度；供热系统的状态量包括管道内部流量、各节点压力和管道首末端温度。在本实施例中，在状态估计中采用标准加权最小二乘估计器来通过量测量对系统状态量进行状态估计，建立含零等式约束的加权最小二乘优化问题。
S2、根据所述量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立基于多能流系统状态评估的目标函数。
在本实施例中，所述步骤S2，具体包括：
根据量测量，通过以下公式计算计算系统的状态量：
Figure GDA0003480465080000121
式(23)中，z为多能流系统的量测量，包括电力系统的量测量和热力系统的量测量，x为多能流系统的状态量，m为量测量个数，h(x)为多能流系统的量测方程，即状态量和通过状态量估计的量测值之间的关系，R为多能流系统的量测协方差矩阵，其对角元素Rii反映各量测仪表的精度。
S3、建立多能流系统安全运行的约束条件，所述约束条件包括电力系统的潮流方程约束、水力系统的节点压力与流量平衡约束、热力系统的节点温度、热功率约束和管道温度约束以及电热耦合约束。
可以理解的是，在热电耦合多能流系统中，主要考虑电力系统、供热系统、热电耦合系统模型，在供热系统包括水力部分和热力部分两部分，水力部分变化后可以快速到达稳态，而热力部分则需要通过管道内的热动态过程经过较长时间才能到达稳态。对于正常运行的大部分热网，其热源和热负荷通常不会变动。因此，对于供热系统进一步从水力部分和热力部分进行约束。
对于热力系统的管道而言，采用差分法模型来刻画热网准动态模型。差分法相比节点法和特征线法而言，在热网动态建模方面消除了指数项部分，将管道传热方程中的整数变量用时空相关的双线性方程替代，建立了双线性约束，在求解速度和效果上大大提升。由此，作为本方案的一个具体实施方式，所述步骤S3具体包括：
(1)所述热力系统采用热网动态模型建立，具体为：
其中，所述热力系统采用热网动态模型建立，具体为：
(1-1)热力系统通过以下模型构建：
Figure GDA0003480465080000122
Figure GDA0003480465080000131
上式(1)-(2)中，
Figure GDA0003480465080000132
和
Figure GDA0003480465080000133
分别代表供网和回网i中距离管道起始点j分段的位置在t时刻的温度，N代表时间节点数，Si代表管道i的分段数，可以写成Si＝[xi/Δxi]，PS和PR分别代表供网和回网管道集合，ai、bi、ci与di为与管道参数有关的系数；
(1-2)建立供网、回网中的管道温度约束：
Figure GDA0003480465080000134
Figure GDA0003480465080000135
Figure GDA0003480465080000136
Figure GDA0003480465080000137
上式(3)-(6)，
Figure GDA0003480465080000138
和
Figure GDA0003480465080000139
分别是供网和回网管道的始端温度，
Figure GDA00034804650800001310
和
Figure GDA00034804650800001311
分别是回网和供网管道的末端温度；
(1-3)当网络中存在多个热源时，一个节点可能有多个注入管道，因此，需要通过节点混温方程来计算某节点的温度，由此，建立节点温度与管道温度的平衡约束：
Figure GDA00034804650800001312
Figure GDA00034804650800001313
且，管道首端温度即为与其相连节点的温度，具体为：
Figure GDA00034804650800001314
Figure GDA00034804650800001315
上式(7)-(10)中，
Figure GDA00034804650800001316
是节点i在时间t的流量，集合H是换热节点的集合，HG和HL是热源和热负荷的节点，即H＝HL∪HG，I(i)是注入节点i的管道集合，L(i)是从节点i处离开的管道集合；
Figure GDA00034804650800001317
和
Figure GDA00034804650800001318
分别代表节点i供网和回网在时间t时刻的温度；
Figure GDA00034804650800001319
和
Figure GDA00034804650800001320
为位于节点i的换热器在t时刻的供网和回网温度；
(1-4)节点的热功率约束：
Figure GDA0003480465080000141
式(11)中，hi,t是节点i在t时刻的热功率，cp是水的比热容。
(2)所述电力系统的潮流约束具体包括：
(2-1)根据线路参数确定电力系统节点导纳矩阵：
Figure GDA0003480465080000142
式中，Y为节点导纳矩阵，I表示节点注入电流，V表示母线电压相量；节点导纳矩阵内部元素可以写成Yii＝Gii+jBii和Yii＝Gii+jBij的形式，称为节点的自导纳和互导纳，均与线路参数相关；
(2-2)建立电力系统的各量测方程，包括：
Figure GDA0003480465080000143
Figure GDA0003480465080000144
Figure GDA0003480465080000145
Figure GDA0003480465080000146
Vi＝Vi(16)
式(12)-(16)中，Pi和Qi为节点i的有功功率和无功功率注入，Vi、Vj为节点i、j的电压幅值，θij为节点i和j的电压相角差，Gij和Bij为节点导纳矩阵中元素，与网络参数有关；Pij为从母线i流向母线j的有功功率，Qij为从母线i流向母线j的无功功率，Gsi和Bsi为与母线j相连的并联电容的电导和电纳；
(3)所述水力系统的节点和流量平衡约束具体包括：
在水力系统中涉及节点压力和流量，变量之间的关系类似电力系统中的基尔霍夫定律。因此，仿照电力系统，定义节点关联矩阵A和回路关联矩阵B。
(3-1)定义节点关联矩阵A和回路关联矩阵B，具体包括：
A矩阵中的每个元素aij定义为：
Figure GDA0003480465080000151
B矩阵中的每个元素bij定义为：
Figure GDA0003480465080000152
(3-2)对于水力系统的各变量，满足以下约束：
每个节点流量满足水流的连续性定律，即对于供热系统中的任意节点，流入该节点的流量等于流出该节点的流量，即
Figure GDA0003480465080000153
式(17)中
Figure GDA0003480465080000154
是管道流量，如果某根管道的实际流量方向与规定的正方向一致，则
Figure GDA0003480465080000155
为正，否则为负，
Figure GDA0003480465080000156
是节点流量，如果为注出节点，则为正；如为注入节点，则为负；
由于供热系统可能存在回路供热，回路遵循回路压降方程，即整个回路水力压降之和为0，即
BΔhij＝0 (18)
式(18)中，式中，Δhij是节点i和j之间的压力差，该压力损失与对应管道内的流量有关，具体为：
Figure GDA0003480465080000157
式(19)中，K为与管道参数有关的系数。
(4)所述电热耦合约束具体包括；
电热耦合元件包括热电联产机组，热泵，电锅炉和循环泵等，本实施例中考虑热电联产机组和循环泵、电锅炉。
(4-1)考虑热电联产机组的电能输出和热能输出的约束：
φCHP＝kPCHP (20)
式中，φCHP为热电联产机组的热功率，k为机组的热电比，PCHP为热电联产机组的电功率,k在实际运行中基本为常数；
(4-2)供热系统水力部分中，需要有元件维持网络压力，以保证水力部分运行。循环泵通过消耗电能提供扬程，维持网络压力，则考虑循环泵的消耗电能和网络中的压力的约束：
Figure GDA0003480465080000161
式(21)中，Ppump为循环泵消耗的电能，mpump为流经循环泵的流量，hs为循环泵节点在供网中的压力，hr为其在回网中的压力，ηpump为循环泵效率；ρ为流体密度；
(4-3)考虑电锅炉的约束：
φB＝-ηBPB (22)
式(22)中，φB为电锅炉的产热功率，ηB为电锅炉的产热功率，PB为电锅炉的电能消耗功率。
S4、根据所述目标函数和所述约束条件，得到所述多能流系统的状态量的最优解。
S5、根据所述状态量的最优解，监测多能流系统的运行状态。
在本实施例中，采用高斯-牛顿法，或采用拉格朗日乘子法，或是通过求解器求解所述状态估计模型，以得到所述多能流系统的状态量的最优解。
其中，采用高斯-牛顿法求解所述状态估计模型，具体包括以下步骤：
(1)采用加权最小二乘法，计算目标函数的最优解具体为：通过求取适当的x，使目标函数最小，应满足：
Figure GDA0003480465080000162
式中，
Figure GDA0003480465080000163
其中，H为雅克比矩阵。
(2)将非线性函数g(x)展开成围绕状态向量xk的泰勒级数，得到：
g(x)＝g(xk)+G(xk)(x-xk)+···＝0 (25)
并忽略高阶项后得到高斯-牛顿法的迭代求解方案，即
xk+1＝xk-[G(xk)]-1g(xk) (26)
式中：
Figure GDA0003480465080000171
g(xk)＝-HT(xk)R-1(z-h(xk)) (28)
k为迭代次数，xk为第k次迭代的值。
G(x)称为增益矩阵，在每次迭代时使用前推回代法来解决以下稀疏线性方程组：
[G(xk)]Δxk+1＝HT(xk)R-1[z-h(xk)] (29)
式中，Δxk+1＝xk+1-xk。
(3)根据步骤(2)的式(27)计算对应增益矩阵G(xk)；
(4)计算式(29)的右侧部分tk＝H(xk)R-1[z-h(xk)]的值；
(5)利用Cholesky方法分解G(xk)矩阵，通过式(29)使用前推回代法迭代求解Δxk；
(6)给定收敛精度∈，测试是否收敛，收敛条件为max|Δxk|≤∈；
(7)如果没有收敛，更新xk+1＝xk+Δxk，k＝k+1，然后回到(3)；如果收敛，那么结束，获取状态量的最优解。
其中，采用拉格朗日乘子法求解所述状态估计模型，具体包括以下步骤：
(1)根据步骤S1中获得的目标函数和等式约束，构建拉格朗
日函数，具体包括：
min L(x)＝J(x)+λTc(x) (30)，
其中，L(x)为拉格朗日函数，λ为拉格朗日乘子，J(x)为式(23)中加权最小二乘目标函数，c(x)＝0为优化问题中等式约束。
(2)对上式(30)通过下式方程式(31)进行迭代求解：
Figure GDA0003480465080000172
其中，
Figure GDA0003480465080000173
c(x)＝0是问题的等式约束，
Figure GDA0003480465080000174
为雅克比矩阵。
(3)通过式(32)求得第K次的迭代结果，具体为：
Figure GDA0003480465080000181
(4)给定收敛精度∈，测试是否收敛，收敛条件为max|Δxk|≤∈；
(5)如果没有收敛，更新xk+1＝xk+Δxk，k＝k+1，然后计算Δxk+1，检验是否收敛；如果收敛，那么结束，获取状态量的最优解。
其中，对于采用求解器求解模型的最优解，包括采用市面上成熟的商业求解器，例如Gurobi求解器或者IPOPT求解器求解。需要说明的是，采用IPOPT求解器求解时需要提供相对准确的初值，对于状态估计问题，初值可以选取为量测值。
采用本发明提供的实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的一种多能流运行状态监测方法，通过采集多能流系统的量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立目标函数，对目标函数求解，得到状态量的最优解，根据所述状态量的最优解，监测多能流系统的运行状态，本发明考虑了热电联产机组、循环泵等电热耦合部分，在热网模型方面采用差分法刻画管道热动态过程，大大提升了热网状态估计的准确性，从而能够更准确地监测到多能流系统的运行状态，使得网络能量管理系统能够在此基础上实现对各类能源的优化调度、事故风险评估等高级功能，提升系统的可靠性、灵活性和经济性。
作为本发明提供的优选实施例，请参见图2，图2是本发明提供的多能流运行状态监测装置的一个实施例的结构示意图，包括采集模块1、目标函数建立模块2、约束建立模块3、状态获取模块4和监测模块5。
所述采集模块1，用于采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率、以及节点电压的幅值；采集热系统的热负荷功率、管道内部的流量、网络各节点压力和管道的首末端温度，并将上述采集数据作为热电耦合多能流系统的量测量；
所述目标函数建立模块2，用于根据所述量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立基于多能流系统状态评估的目标函数；
所述约束建立模块3，用于建立多能流安全运行的约束条件，包括电力约束单元、水利约束单元，热力约束单元和热电耦合约束单元；
所述电力约束单元，用于建立电力系统潮流方程的约束；
所述水利约束单元，用于建立水力系统节点压力和流量的平衡约束；
所述热力约束单元，用于建立热力系统节点、管道温度约束；
所述热电耦合约束单元，用于建立电热耦合约束；
其中，所述热力约束单元，具体用于：
(1)构建以下动态热网模型：
Figure GDA0003480465080000191
Figure GDA0003480465080000192
上式(1)-(2)中，
Figure GDA0003480465080000193
和
Figure GDA0003480465080000194
分别代表供网和回网i中距离管道起始点j分段的位置在t时刻的温度，N代表时间节点数，Si代表管道i的分段数，可以写成Si＝[xi/Δxi]，PS和PR分别代表供网和回网管道集合，ai、bi、ci与di为与管道参数有关的；
(2)建立供网、回网中的管道温度约束：
Figure GDA0003480465080000195
Figure GDA0003480465080000196
Figure GDA0003480465080000197
Figure GDA0003480465080000198
上式(3)-(6)，
Figure GDA0003480465080000199
和
Figure GDA00034804650800001910
分别是供网和回网管道的始端温度，
Figure GDA00034804650800001911
和
Figure GDA00034804650800001912
分别是回网和供网管道的末端温度；
(3)节点温度与管道温度的平衡约束：
Figure GDA0003480465080000201
Figure GDA0003480465080000202
Figure GDA0003480465080000203
Figure GDA0003480465080000204
上式(7)-(10)中，
Figure GDA0003480465080000205
是节点i在时间t的流量，集合H是换热节点的集合，HG和HL是热源和热负荷的节点，即H＝HL∪HG，I(i)是注入节点i的管道集合，L(i)是从节点i处离开的管道集合；
Figure GDA0003480465080000206
和
Figure GDA0003480465080000207
分别代表节点i供网和回网在时间t时刻的温度
Figure GDA0003480465080000208
和
Figure GDA0003480465080000209
为位于节点i的换热器在t时刻的供网和回网温度；
(4)节点的热功率约束：
Figure GDA00034804650800002010
式中，hi,t是节点i在t时刻的热功率，cp是水的比热容。
所述状态获取模块4，用于根据所述目标函数和所述约束条件，得到所述多能流系统的状态量的最优解；
所述监测模块5，用于根据所述状态量的最优解，监测多能流系统的运行状态。
进一步的，所述电力约束单元，具体用于：
(1)根据线路参数确定电力系统节点导纳矩阵：
Figure GDA00034804650800002011
式中，Y为节点导纳矩阵，I表示节点注入电流，V表示母线电压相量；节点导纳矩阵内部元素可以写成Yii＝Gii+jBii和Yii＝Gii+jBij的形式，称为节点的自导纳和互导纳，均与线路参数相关；
(2)建立电力系统的各量测方程，包括：
Figure GDA0003480465080000211
Figure GDA0003480465080000212
Figure GDA0003480465080000213
Figure GDA0003480465080000214
Vi＝Vi (16)
式(12)-(16)中，式(12)-(16)中，Pi和Qi为节点i的有功功率和无功功率注入，Vi、Vj为节点i、j的电压幅值，θij为节点i和j的电压相角差，Gij和Bij为节点导纳矩阵中元素，与网络参数有关；Pij为从母线i流向母线j的有功功率，Qij为从母线i流向母线j的无功功率，Gsi和Bsi为与母线j相连的并联电容的电导和电纳；
所述水力约束单元，具体用于：
(1)定义节点关联矩阵A和回路关联矩阵B，具体包括：
A矩阵中的每个元素aij定义为：
Figure GDA0003480465080000215
B矩阵中的每个元素bij定义为：
Figure GDA0003480465080000216
(2)对于水力系统的各变量，满足以下约束：
Figure GDA0003480465080000217
BΔhij＝0 (18)
Figure GDA0003480465080000218
式(17)-(19)中，
Figure GDA0003480465080000219
是管道流量，如果某根管道的实际流量方向与规定的正方向一致，则
Figure GDA00034804650800002110
为正，否则为负，
Figure GDA00034804650800002111
是节点流量，如果为注出节点，则为正；如果为注入节点，则为负；Δhij是节点i和j之间的压力差，该压力损失与对应管道内的流量有关，K为与管道参数有关的系数；
所述电热耦合约束单元，具体用于：
(1)考虑热电联产机组的电能输出和热能输出的约束：
φCHP＝kPCHP (20)
式(20)中，φCHP为热电联产机组的热功率，k为机组的热电比，PCHP为热电联产机组的电功率,k在实际运行中基本为常数；
(2)考虑循环泵的消耗电能和网络中的压力的约束：
Figure GDA0003480465080000221
式(21)中，Ppump为循环泵消耗的电能，mpump为流经循环泵的流量，hs
为循环泵节点在供网中的压力，hr为其在回网中的压力，ηpump为循环泵效率；ρ为流体密度；
(3)考虑电锅炉的约束：
φB＝-ηBPB(22)
式(22)中，φB为电锅炉的产热功率，ηB为电锅炉的产热功率，PB为电锅炉的电能消耗功率。
进一步的，所述目标函数建立模块2，用于根据量测量计算系统的状态量，具体通过以下公式计算：
Figure GDA0003480465080000222
式(23)中，z为多能流系统的量测量，包括电力系统的量测量和热力系统的量测量，x为多能流系统的状态量，m为量测量个数，h(x)为多能流系统的量测方程，即状态量和通过状态量估计的量测值之间的关系，R为多能流系统的量测协方差矩阵，其对角元素Rii反映各量测仪表的精度。
进一步的，所述状态获取模块3，具体用于采用高斯-牛顿法，或采用拉格朗日乘子法，或是通过求解器求解所述目标函数，得到所述多能流系统的状态量的最优解。
本发明实施例还提供了一种终端设备。该终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个多能流运行状态监测方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S1至S5。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述多能流运行状态监测设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个多能流运行状态监测设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述多能流运行状态监测设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述多能流运行状态监测设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需说明的是，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。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多能流运行状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率、以及节点电压的幅值；采集热系统的热负荷功率、管道内部的流量、网络各节点压力和管道的首末端温度，并将上述采集数据作为热电耦合的多能流系统的量测量；
根据所述量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立基于多能流系统状态评估的目标函数；
建立多能流系统安全运行的约束条件，所述约束条件包括电力系统的潮流方程约束、水力系统的节点压力与流量平衡约束、热力系统的节点温度、热功率约束和管道温度约束以及电热耦合约束，其中，所述热力系统采用热网动态模型建立，具体为：
(1)热力系统通过以下模型构建：
Figure FDA0003480465070000011
Figure FDA0003480465070000012
上式(1)-(2)中，
Figure FDA0003480465070000013
和
Figure FDA0003480465070000014
分别代表供网和回网i中距离管道起始点j分段的位置在t时刻的温度，N代表时间节点数，Si代表管道i的分段数，可以写成Si＝[xi/Δxi]，PS和PR分别代表供网和回网管道集合，ai、bi、ci与di为与管道参数有关的系数；
(2)建立供网、回网中的管道温度约束：
Figure FDA0003480465070000015
Figure FDA0003480465070000016
Figure FDA0003480465070000017
Figure FDA0003480465070000018
上式(3)-(6)，
Figure FDA0003480465070000019
和
Figure FDA00034804650700000110
分别是供网和回网管道的始端温度，
Figure FDA00034804650700000111
和
Figure FDA00034804650700000112
分别是回网和供网管道的末端温度；
(3)节点温度与管道温度的平衡约束：
Figure FDA0003480465070000021
Figure FDA0003480465070000022
Figure FDA0003480465070000023
Figure FDA0003480465070000024
上式(7)-(10)中，
Figure FDA0003480465070000025
是节点i在时间t的流量，集合H是换热节点的集合，HG和HL是热源和热负荷的节点，即H＝HL∪HG，I(i)是注入节点i的管道集合，L(i)是从节点i处离开的管道集合；
Figure FDA0003480465070000026
和
Figure FDA0003480465070000027
分别代表节点i供网和回网在时间t时刻的温度；
Figure FDA0003480465070000028
和
Figure FDA0003480465070000029
为位于节点i的换热器在t时刻的供网和回网温度；
(4)节点的热功率约束：
Figure FDA00034804650700000210
式(11)中，hi,t是节点i在t时刻的热功率，cp是水的比热容；
根据所述目标函数和所述约束条件，得到所述多能流系统的状态量的最优解；
根据所述状态量的最优解，监测多能流系统的运行状态。
2.如权利要求1所述的多能流运行状态监测方法，其特征在于，所述建立多能流系统安全运行的约束条件，包括电力系统的潮流方程约束、水力系统的节点压力与流量平衡约束、热力系统的节点温度、热功率约束和管道温度约束以及电热耦合约束，其中，所述电力系统的潮流方程约束、水力系统的节点压力与流量平衡约束以及电热耦合约束,具体包括：
(1)所述电力系统的潮流约束具体包括：
(1-1)根据线路参数确定电力系统节点导纳矩阵：
Figure FDA0003480465070000031
式中，Y为节点导纳矩阵，I表示节点注入电流，V表示母线电压相量；节点导纳矩阵内部元素可以写成Yii＝Gii+jBii和Yii＝Gii+jBij的形式，称为节点的自导纳和互导纳，均与线路参数相关；
(1-2)建立电力系统的各量测方程，包括：
Figure FDA0003480465070000032
Figure FDA0003480465070000033
Pij＝Vi 2(Gsi+Gij)-ViVj(Gijcosθij+Bijsinθij) (14)
Qij＝-Vi 2(Bsi+Bij)-ViVj(Gijsinθij-Bijcosθij) (15)
Vi＝Vi (16)
式(12)-(16)中，Pi和Qi为节点i的有功功率注入和无功功率注入，Vi、Vj为节点i、j的电压幅值，θij为节点i和j的电压相角差，Gij和Bij为节点导纳矩阵中元素，与网络参数有关；Pij为从母线i流向母线j的有功功率，Qij为从母线i流向母线j的无功功率，Gsi和Bsi为与母线j相连的并联电容的电导和电纳；
(2)所述水力系统的节点和流量平衡约束具体包括：
(2-1)定义节点关联矩阵A和回路关联矩阵B，具体包括：
A矩阵中的每个元素aij定义为：
Figure FDA0003480465070000034
B矩阵中的每个元素bij定义为：
Figure FDA0003480465070000041
(2-2)对于水力系统的各变量，满足以下约束：
Figure FDA0003480465070000042
BΔhij＝0 (18)
Figure FDA0003480465070000043
式(17)-(19)中，
Figure FDA0003480465070000044
是管道流量，如果某根管道的实际流量方向与规定的正方向一致，则
Figure FDA0003480465070000045
为正，否则为负，
Figure FDA0003480465070000046
是节点流量，如果为注出节点，则为正；如果为注入节点，则为负；Δhij是节点i和j之间的压力差，该压力损失与对应管道内的流量有关，K为与管道参数有关的系数；
(3)所述电热耦合约束具体包括：
(3-1)考虑热电联产机组的电能和热能输出的约束：
φCHP＝kPCHP (20)
式中，φCHP为热电联产机组的热功率，k为机组的热电比，PCHP为热电联产机组的电功率,k在实际运行中基本为常数；
(3-2)考虑循环泵的消耗电能和网络中的压力的约束：
Figure FDA0003480465070000047
式(21)中，Ppump为循环泵消耗的电能，mpvmp为流经循环泵的流量，hs为循环泵节点在供网中的压力，hr为其在回网中的压力，ηpump为循环泵效率；ρ为流体密度；
(3-3)考虑电锅炉的约束：
φB＝-ηBPB (22)
式(22)中，φB为电锅炉的产热功率，ηB为电锅炉的产热功率，PB为电锅炉的电能消耗功率。
3.如权利要求1所述的多能流运行状态监测方法，其特征在于，根据所述量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立基于多能流系统状态评估的目标函数，具体包括：
根据量测量计算系统的状态量，具体通过以下公式计算：
Figure FDA0003480465070000051
式(23)中，z为多能流系统的量测量，包括电力系统的量测量和热力系统的量测量，x为多能流系统的状态量，m为量测量个数，h(x)为多能流系统的量测方程，即状态量和通过状态量估计的量测值之间的关系，R为多能流系统的量测协方差矩阵，其对角元素Rii反映各量测仪表的精度。
4.如权利要求1所述的多能流运行状态监测方法，其特征在于，所述根据所述目标函数和所述约束条件，得到所述多能流系统的状态量的最优解，包括：
采用高斯-牛顿法，或采用拉格朗日乘子法，或是通过求解器求解所述目标函数，得到所述多能流系统的状态量的最优解。
5.一种多能流运行状态监测装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率、以及节点电压的幅值；采集热系统的热负荷功率、管道内部的流量、网络各节点压力和管道的首末端温度，并将上述采集数据作为热电耦合的多能流系统的量测量；
目标函数建立模块，用于根据所述量测量，并以多能流系统的状态量为目标建立基于多能流系统状态评估的目标函数；
约束建立模块，用于建立多能流系统安全运行的约束条件，包括电力约束单元、水利约束单元，热力约束单元和热电耦合约束单元；
所述电力约束单元，用于建立电力系统潮流方程的约束；
所述水利约束单元，用于建立水力系统节点压力和流量的平衡约束；
所述热力约束单元，用于建立热力系统节点、管道温度约束；
所述热电耦合约束单元，用于建立电热耦合约束：
其中，所述热力约束单元，具体用于：
(1)构建以下动态热网模型：
Figure FDA0003480465070000061
Figure FDA0003480465070000062
上式(1)-(2)中，
Figure FDA0003480465070000063
和
Figure FDA0003480465070000064
分别代表供网和回网i中距离管道起始点j分段的位置在t时刻的温度，N代表时间节点数，Si代表管道i的分段数，可以写成Si＝[xi/Δxi]，PS和PR分别代表供网和回网管道集合，ai、bi、ci与di为与管道参数有关的系数；
(2)建立供网、回网中的管道温度约束：
Figure FDA0003480465070000065
Figure FDA0003480465070000066
Figure FDA0003480465070000067
Figure FDA0003480465070000068
上式(3)-(6)，
Figure FDA0003480465070000069
和
Figure FDA00034804650700000610
分别是供网和回网管道的始端温度，
Figure FDA00034804650700000611
和
Figure FDA00034804650700000612
分别是回网和供网管道的末端温度；
(3)节点温度与管道温度的平衡约束：
Figure FDA00034804650700000613
Figure FDA00034804650700000614
Figure FDA00034804650700000615
Figure FDA00034804650700000616
上式(7)-(10)中，
Figure FDA00034804650700000617
是节点i在时间t的流量，集合H是换热节点的集合，HG和HL是热源和热负荷的节点，即H＝HL∪HG，I(i)是注入节点i的管道集合，L(i)是从节点i处离开的管道集合；
Figure FDA00034804650700000618
和
Figure FDA00034804650700000619
分别代表节点i供网和回网在时间t时刻的温度；
Figure FDA0003480465070000071
和
Figure FDA0003480465070000072
为位于节点i的换热器在t时刻的供网和回网温度；
(4)节点的热功率约束：
Figure FDA0003480465070000073
式(11)中，hi，t是节点i在t时刻的热功率，cp是水的比热容；
状态获取模块，用于根据所述目标函数和所述约束条件，得到所述多能流系统的状态量的最优解；
监测模块，用于根据所述状态量的最优解，监测多能流系统的运行状态。
6.如权利要求5所述多能流运行状态监测装置，其特征在于，所述电力约束单元，具体用于：
(1)根据线路参数确定电力系统节点导纳矩阵：
Figure FDA0003480465070000074
式(11)中，Y为节点导纳矩阵，I表示节点注入电流，V表示母线电压相量；节点导纳矩阵内部元素可以写成Yii＝Gii+jBii和Yii＝Gii+jBij的形式，称为节点的自导纳和互导纳，均与线路参数相关；
(2)建立电力系统的各量测方程，包括：
Figure FDA0003480465070000075
Figure FDA0003480465070000076
Pij＝Vi 2(Gsi+Gij)-ViVj(Gijcosθij+Bijsinθij) (14)
Qij＝-Vi 2(Bsi+Bij)-ViVj(Gijsinθij-Bijcosθij) (15)
Vi＝Vi (16)
式(12)-(16)中，Pi和Qi为节点i的有功功率注入和无功功率注入，Vi、Vj为节点i、j的电压幅值，θij为节点i和j的电压相角差，Gij和Bij为节点导纳矩阵中元素，与网络参数有关；Pij为从母线i流向母线j的有功功率，Qij为从母线i流向母线j的无功功率，Gsi和Bsi为与母线j相连的并联电容的电导和电纳；
所述水力约束单元，具体用于：
(1)定义节点关联矩阵A和回路关联矩阵B，具体包括：
A矩阵中的每个元素aij定义为：
Figure FDA0003480465070000081
B矩阵中的每个元素bij定义为：
Figure FDA0003480465070000082
(2)对于水力系统的各变量，满足以下约束：
Figure FDA0003480465070000083
BΔhij＝0 (18)
Figure FDA0003480465070000084
式(17)-(19)中，
Figure FDA0003480465070000085
是管道流量，如果某根管道的实际流量方向与规定的正方向一致，则
Figure FDA0003480465070000086
为正，否则为负，
Figure FDA0003480465070000087
是节点流量，如果为注出节点，则为正；如果为注入节点，则为负；Δhij是节点i和j之间的压力差，该压力损失与对应管道内的流量有关，K为与管道参数有关的系数；
所述电热耦合约束单元，具体用于：
(1)考虑热电联产机组的电能输出和热能输出的约束：
φCHP＝kPCHP (20)
式(20)中，φCHP为热电联产机组的热功率，k为机组的热电比，PCHP为热电联产机组的电功率,k在实际运行中基本为常数；
(2)考虑循环泵的消耗电能和网络中的压力的约束：
Figure FDA0003480465070000091
式(21)中，Ppump为循环泵消耗的电能，mpump为流经循环泵的流量，hs为循环泵节点在供网中的压力，hr为其在回网中的压力，ηpump为循环泵效率；ρ为流体密度；
(3)考虑电锅炉的约束：
φB＝-ηBPB (22)
式(22)中，φB为电锅炉的产热功率，ηB为电锅炉的产热功率，PB为电锅炉的电能消耗功率。
7.如权利要求5所述多能流运行状态监测装置，其特征在于，所述目标函数建立模块，具体用于根据量测量通过以下公式计算计算系统的状态量：
Figure FDA0003480465070000092
式(23)中，z为多能流系统的量测量，包括电力系统的量测量和热力系统的量测量，x为多能流系统的状态量，m为量测量个数，h(x)为多能流系统的量测方程，即状态量和通过状态量估计的量测值之间的关系，R为多能流系统的量测协方差矩阵，其对角元素Rii反映各量测仪表的精度。
8.如权利要求5所述多能流运行状态监测装置，其特征在于，所述状态获取模块，具体用于采用高斯-牛顿法，或采用拉格朗日乘子法，或是通过求解器求解所述目标函数，得到所述多能流系统的状态量的最优解。
9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任意一项所述的多能流运行状态监测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至4中任意一项所述的多能流运行状态监测方法。
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