CN112434420A - 用于综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法 - Google Patents

用于综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，电力系统和各综合能源子系统按照各自的仿真步长进行仿真；当综合能源子系统结束一个子系统仿真步长时，该综合能源子系统暂停仿真并与电力系统进行数据交互，在完成数据交互之后，再继续进行该综合能源子系统下一个仿真步长的仿真；当一个总仿真步长结束时，各综合能源子系统暂停仿真并进行数据交互，在完成数据交互之后，各综合能源子系统再按照各自的仿真步长进行仿真。本发明解决了混合仿真中时间同步和数据交互的问题。

Description

用于综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法
技术领域
本发明涉及一种用于综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，属于综合能源系统仿真技术领域。
背景技术
综合能源系统由社会供能网络和终端综合能源单元系统构成，将电力、燃气、供热/供冷、供氢等能源环节与交通、信息等支撑系统有机融合，使不同能源之间的协同调度，实现能源高效利用、满足用户多种能源需求、提高社会供能可靠性和安全性。随着新技术、新设备的不断发展和应用，综合能源系统的基本架构也在不断进步和衍变，其能够带来的经济、环境和社会效益也将日益明显。
在我国综合能源系统理论研究不断深入和试点项目有序落地的背景下，需要开发综合能源系统建模与仿真技术。尤其是提供适用于多能互补综合能源系统的数字物理混合实时仿真的方法和系统，从而为所提出的建模、调控和运营等一系列理论提供全新的模拟手段和试验方法，有效实现综合能源技术的推广应用，指导相关技术人员的培训工作。综合能源系统仿真中，需要将多种不同物理机理的能源仿真相结合，构成综合能源混合仿真系统，需要解决电力、热力仿真在时间尺度上的差异和不同能源仿真数据交互问题。
目前，没有关于综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互的方法或方案。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，包括：
电力系统和各综合能源子系统按照各自的仿真步长进行仿真；
当综合能源子系统结束一个子系统仿真步长时，该综合能源子系统以及电力系统暂停仿真进行数据交互，在完成数据交互之后，再继续进行该综合能源子系统下一个仿真步长的仿真；
当一个总仿真步长结束时，各综合能源子系统暂停仿真并与存在连接关系的子系统进行数据交互，在完成数据交互之后，各综合能源子系统再按照各自的仿真步长进行仿真。
进一步的，所述电力系统仿真采用电力系统暂态仿真；
所述各综合能源子系统仿真由TRNEDIT模块进行仿真，再根据各综合能源子系统之间的连接关系组合进行组合得到整个综合能源系统的仿真结果；所述TRNEDIT模块由TRNSYS生成。
进一步的，还包括，
根据仿真需要选择相应的电力仿真方法并设定电力系统仿真步长；
以及，
设置各综合能源子系统的子仿真步长和总仿真步长。
进一步的，所述设置各综合能源子系统的子仿真步长和总仿真步长需满足：
总仿真步长等于步长最大的综合能源子系统的子仿真步长；
且，
总仿真步长是各综合能源子系统子仿真步长的整数倍。
进一步的，所述综合能源子系统与电力系统间通过泵、风机用电设备和三联供发电系统进行连接。
进一步的，所述综合能源子系统与电力系统进行数据交互，包括：
综合能源子系统输出耗电设备的耗功，作为功率负载输出给与之相连的电力系统。
进一步的，所述各综合能源子系统间通过共同的建筑热负荷构建连接。
进一步的，所述各综合能源子系统与存在连接关系的子系统进行数据交互，包括：
综合能源仿真子系统提供热量给与之相连的综合能源仿真子系统，作为共同建筑的辅助热源。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，将综合能源子系统仿真步长分为总仿真步长和子仿真步长，子仿真步长用于各子系统独立运行进行仿真，一个仿真步长完成后与电力系统进行数据交互；总仿真步长用于子系统间的数据交互。本发明解决了混合仿真中时间同步和数据交互的问题。
附图说明
图1为综合能源系统内各子系统的连接关系示例；
图2为本发明中电力系统与综合能源子系统混合仿真时间同步示例；
图3为本发明中综合能源系统混合仿真时间同步方法流程图；
图4为本发明中综合能源子系统热负荷等效图；
图5为本发明中综合能源子系统与电力系统等效接口示例。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
综合能源仿真包括电力系统仿真和综合能源子系统仿真。电力系统仿真是由电力系统暂态仿真实现的，综合能源子系统仿真是由多个TRNEDIT模块完成仿真，每个TRNEDIT模块负责一个独立的综合能源子系统仿真，然后根据实际的系统或设备的连接关系组合而成。TRNEDIT模块由商用模拟软件TRNSYS生成，是可脱离TRNSYS软件独立运行的热力仿真系统。TRNSYS(Transient System Simulation Program)，即瞬时系统模拟程序，是模块化的能源系统动态仿真软件。所谓模块化，是指在TRNSYS中，一个能源系统由若干个小的模块有机组合，实现系统的仿真功能。TRNEDIT模块是在TRNSYS软件中搭建好一个能源系统后，生成的一个独立的仿真程序，该仿真程序能够实现与TRNSYS相同的瞬时仿真功能，同时可以脱离TRNSYS独立运行。TRNEDIT模块根据各综合能源子系统特性，具有不同的仿真步长。
综合能源子系统之间以及和电力系统之间的能量交换和物理连接关系如图1所示。综合能源子系统通过泵、风机等用电设备和三联供等发电系统和电力系统的连接；各能源子系统通过共同的供能负荷点(如楼宇)相互连接。
在对上述综合能源系统进行仿真时，是将电力系统仿真和综合能源子系统仿真结合起来，即将电力系统仿真平台和综合能源子系统仿真平台协同运作，以实现系统整体的仿真和数据交互的功能。此混合仿真方案中，电力系统和综合能源子系统在各自的仿真模块中完成，通过时间同步方法使多个仿真模块能够运行于同一时间域，形成完整系统综合能源系统仿真数据。仿真同步和数据交互是问题的关键。
在仿真的时间同步方面，综合能源系统混合仿真仿真步长分为综合能源子系统仿真步长和电力系统仿真步长。
电力系统仿真步长可以根据仿真需要选择相应的电力仿真方法(潮流计算、电磁暂态、机电暂态)并设定步长(秒级、微秒级、毫秒级)。
综合能源子系统的仿真分为两类仿真步长，子系统仿真步长和总系统仿真步长；子系统仿真步长是指针对各个相对独立的综合能源子系统，按照各自的仿真需求设定仿真步长，并进行仿真；总仿真步长是用于各个综合能源子系统在固定时间点(一个总仿真步长的结束)与存在连接关系的其它子系统进行数据交互的同步策略。
综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互策略，包括，
当某个综合能源子系统结束一个子系统仿真步长时，该综合能源子系统以及电力系统暂停仿真进行数据交互，在完成数据交互之后，再继续进行下一个综合能源子系统仿真步长的仿真。本发明中，因为电力系统仿真时间是微秒级，所以综合能源子系统的仿真步长肯定是电力系统仿真步长的整数倍。
各个综合能源子系统在一个总仿真步长结束时与存在连接关系的其它子系统进行数据交互。
具体的，参见图2，假设电力系统仿真采用电磁暂态仿真，其仿真步长为100微秒，按照各个综合能源子系统仿真步长进行数据交互。具体流程如下：
步骤1：仿真开始时刻，电力系统和各个综合能源子系统在T0时刻进行数据交互；
步骤2：电力系统和各个综合能源子系统按照各自的仿真步长进行仿真，当综合能源子系统1完成一个仿真步长的计算(达到T1时刻)时，该子系统暂停仿真并与电力系统进行数据交互，完成交互后，电力仿真系统和综合能源子系统1按照各自的仿真步长继续进行仿真；
当综合能源子系统2完成一个仿真步长的计算(达到T1’时刻)时，该子系统暂停仿真并与电力系统进行数据交互，完成交互后，电力仿真系统和综合能源子系统2按照各自的仿真步长继续进行仿真；
其它综合能源子系统按照上述步骤以各自的仿真步长进行仿真与数据交互。
当所有综合能源子系统到达总仿真步长结束时，都暂停仿真并与存在连接关系的其它子系统进行数据交互，在完成数据交互之后，再继续进行下一个总仿真步长的仿真。
参见图3，设置总仿真步长ΔT，n个综合能源子系统的仿真步长为Δt1…Δtk…Δtn，则n个综合能源子系统在一个总仿真步长内共进行
Figure BDA0002789422470000041
步仿真，n＝1,2,…n。
对于综合能源子系统1，其在完成第1步仿真后，达到
Figure BDA0002789422470000042
时刻，与电力系统进行数据交互，交互完成后，再按照仿真补偿Δt1继续进行仿真；直至达到ΔT时刻；
依次类推；
对于综合能源子系统n，其在完成第1步仿真后，达到
Figure BDA0002789422470000043
时刻，与电力系统进行数据交互，交互完成后，再按照仿真补偿Δtn继续进行仿真；直至达到ΔT时刻；
在ΔT时刻，所有的综合能源子系统间进行数据交互，完成数据交互之后，再继续进行下一个总仿真步长的仿真。
总仿真步长ΔT和各综合能源子系统的子仿真步长Δtk的设置有如下要求：
(1)、总仿真步长ΔT一般应等于步长最大的综合能源子系统的子仿真步长；
(2)、综合能源子系统的子仿真步长应适当调整，使ΔT是Δtk的整数倍。
在数据交互上，综合能源系统仿真分为两类数据交互问题，一是综合能源子系统间的仿真交互问题；二是电力系统和综合能源子系统间的数据交互。
综合能源子系统间通过共同的热负荷点构建联系，以图4为例。
综合能源仿真子系统1中包含相关的系统设备和建筑热负荷，综合能源仿真子系统2中包含相关的系统设备和与1共同建筑热负荷。在数据交互时，综合能源仿真子系统2为建筑提供热量在综合能源仿真子系统1中相当于建筑内的辅助热源，综合能源仿真子系统1为建筑提供热量在综合能源仿真子系统2中亦相当于建筑内的辅助热源。同时在获得下一步的仿真趋势数据时，按照当前步长双方的供热比例进行分配。
电力系统和综合能源子系统间通过泵、风机等用电设备和三联供等发电系统进行连接。这些用电设备在电力系统中相当于是正负电力负载。在数据交互时，各综合能源子系统输出耗电设备的耗功，作为功率负载输出给电力仿真系统。具体参见图5。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，其特征在于，包括：
电力系统和各综合能源子系统按照各自的仿真步长进行仿真；
当综合能源子系统结束一个子系统仿真步长时，该综合能源子系统以及电力系统暂停仿真进行数据交互，在完成数据交互之后，再继续进行该综合能源子系统下一个仿真步长的仿真；
当一个总仿真步长结束时，各综合能源子系统暂停仿真并与存在连接关系的子系统进行数据交互，在完成数据交互之后，各综合能源子系统再按照各自的仿真步长进行仿真。
2.根据权利要求1所述的综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，其特征在于，所述电力系统仿真采用电力系统暂态仿真；
所述各综合能源子系统仿真由TRNEDIT模块进行仿真，再根据各综合能源子系统之间的连接关系组合进行组合得到整个综合能源系统的仿真结果；所述TRNEDIT模块由TRNSYS生成。
3.根据权利要求2所述的综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，其特征在于，还包括，
根据仿真需要选择相应的电力仿真方法并设定电力系统仿真步长；
以及，
设置各综合能源子系统的子仿真步长和总仿真步长。
4.根据权利要求3所述的综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，其特征在于，所述设置各综合能源子系统的子仿真步长和总仿真步长需满足：
总仿真步长等于步长最大的综合能源子系统的子仿真步长；
且，
总仿真步长是各综合能源子系统子仿真步长的整数倍。
5.根据权利要求1所述的综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，其特征在于，所述综合能源子系统与电力系统间通过泵、风机用电设备和三联供发电系统进行连接。
6.根据权利要求1所述的综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，其特征在于，所述综合能源子系统与电力系统进行数据交互，包括：
综合能源子系统输出耗电设备的耗功，作为功率负载输出给与之相连的电力系统。
7.根据权利要求1所述的综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，其特征在于，所述各综合能源子系统间通过共同的建筑热负荷构建连接。
8.根据权利要求7所述的综合能源系统混合仿真的时间同步和数据交互方法，其特征在于，所述各综合能源子系统与存在连接关系的子系统进行数据交互，包括：
综合能源仿真子系统提供热量给与之相连的综合能源仿真子系统，作为共同建筑的辅助热源。
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