CN114936440A - 多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法和系统，包括：步骤S1：建立多源能流网络耦合环节模型；步骤S2：根据多源能流网络耦合环节模型中不同模型的不同时间尺度，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型；步骤S3：基于所述多时间尺度特性模型，建立并求解多能源耦合系统潮流仿真模型。本发明同时考虑天然气管道及其压缩机、热力网络热管道、热电联供设备、电锅炉及燃气发电机组的交互运行和动态特性，模型更加精细全面，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型能够有效进行仿真并获取电气热多能流耦合影响特征，及时将网络负荷变化和耦合影响传递到能源网络，及时进行能源网络调控。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源系统领域，具体涉及一种多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法和系统。
背景技术
随着科技的进步和人类社会的发展，传统的单一能源已经不再能满足人们日常生活需求，这使得各种能源形式耦合交互的综合能源系统应势而生。在多源耦合能源网络中，多种形式的能源通过发电设备或者产热设备转化为可流动的能量形式，其中电-气-热互联系统是综合能源系统的重要基础和过渡形式，它可以实现各种形式能源的高效混合利用，能有效提高电力系统对可再生能源的消纳能力和利用效率，对建设清洁低碳、高效安全的现代能源体系有着非常重要的战略地位。
由于电、气、热等各种能量形式的时间尺度以及能流特性各不相同，因而在建立多能源耦合网络模型以及对齐仿真分析时，单一能源网络的建模仿真方法不再适用，需要考虑各种形式能源耦合的交互特性和跨能源接口信息，然后基于各子能源网络的仿真速度要求确定耦合系统边界条件并建立数学模型，以实现多能源网络多时间尺度联合仿真。目前对于多能源网络多时间尺度联合仿真的模型构建研究较少，尤其是针对电、气、热三类流动形式能源的时间尺度特性和交互特性，没有全面的考虑热能管道、换热器、燃气发电机组、电锅炉等对象的接口和本身的动态模型建立，无法精准全面的进行多能源耦合网络仿真，影响潮流计算的准确性。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法，所述方法包括：
步骤S1：建立多源能流网络耦合环节模型；
步骤S2：根据多源能流网络耦合环节模型中不同模型的不同时间尺度，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型；
步骤S3：基于所述多时间尺度特性模型，建立并求解多能源耦合系统潮流仿真模型，获得所述潮流仿真模型各节点未知量作为仿真结果。
进一步的，步骤S1中具体为：建立天然气系统和电力系统之间以及热力系统和电力系统之间的耦合环节模型。
进一步的，所述建立天然气系统和电力系统之间的气-电耦合环节模型，具体为：综合燃料供应、原动以及电机因素设置耦合环节模型的一般形式：
其中，
为耦合环节状态变量；f为微分方程函数项；ψ为输出方程函数项；输入量u和输出量y分别为耦合环节的输入项和输出项，涵盖了与电网和气网的接口量。
进一步的，所述热力系统和电力系统之间的耦合环节模型，具体为：设置耦合环节模型中的耦合关系式如下：
φ＝cP+d
其中，c、d为描述耦合元件关系式的系数；P是耦合元件，也就是供能设备，向系统输出电功率或热功率。
进一步的，所述步骤S2具体为：构建多能源耦合系统的状态空间方程，将不同能源耦合系统的不同时间尺度代入状态空间方程以得到多能源耦合系统多时间尺度特性模型。
进一步的，所述状态空间方程为：
式中：f∈Rn；g1∈Rm；g2∈Rq,耦合系统快、中、慢时间尺度模型依次为:电力系统系统模型、天然气系统模型和热力系统模型。
进一步的，采用牛顿－拉夫逊算法求解所述多能源耦合系统潮流仿真模型。
基于相同的发明构思，本发明提供一种多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真系统，所述系统包括：
模型构建单元：建立多源能流网络耦合环节模型；
多时间尺度模型单元：根据多源能流网络耦合环节模型中不同模型的不同时间尺度，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型；
计算单元：基于所述多时间尺度特性模型，建立并求解多能源耦合系统潮流仿真模型，获得所述潮流仿真模型各节点未知量作为仿真结果。
进一步的，所述建立多源能流网络耦合环节模型，具体为：建立天然气系统和电力系统之间以及热力系统和电力系统之间的耦合环节模型。
进一步的，所述建立天然气系统和电力系统之间的气-电耦合环节模型，具体为：综合燃料供应、原动以及电机因素设置耦合环节模型的一般形式：
其中，
为耦合环节状态变量；f为微分方程函数项；ψ为输出方程函数项；输入量u和输出量y分别为耦合环节的输入项和输出项，涵盖了与电网和气网的接口量。
进一步的，所述热力系统和电力系统之间的耦合环节模型，具体为：设置耦合环节模型中的耦合关系式如下：
φ＝cP+d
其中，c、d为描述耦合元件关系式的系数；P是耦合元件，也就是供能设备，向系统输出电功率或热功率。
进一步的，所述根据多源能流网络耦合环节模型中不同模型的不同时间尺度，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型，具体为：构建多能源耦合系统的状态空间方程，将不同能源耦合系统的不同时间尺度代入状态空间方程以得到多能源耦合系统多时间尺度特性模型。
进一步的，所述状态空间方程为：
式中：f∈Rn；g1∈Rm；g2∈Rq,耦合系统快、中、慢时间尺度模型依次为:电力系统系统模型、天然气系统模型和热力系统模型。
进一步的，采用牛顿－拉夫逊算法求解所述多能源耦合系统潮流仿真模型。
一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法。
一种执行设备，包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行所述的多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法。
一种计算机可读存储介质，包括程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)同时考虑了天然气管道及其压缩机动态、热力网络热管道、热电联供设备的回热器、换热器和电锅炉动态、及燃气发电机组的交互运行和动态特性，模型更加精细全面。
(2)基于多时间尺度理论建立电-气-热多能源耦合系统多时间尺度特性模型及算法能够有效进行仿真并获取电气热多能流耦合影响特征，及时将网络负荷变化和耦合影响通过多时间尺度求解方法将传递到其他网络，观察其动态过程，进行能源网络调控。
附图说明
图1是本发明提供的电-气-热综合能源系统模型结构示意图；
图2是本发明提供的热－电联合系统模型示意图；
图3是本发明提供的电-气-热综合能源系统多时间尺度特性示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：建立多源能流网络耦合环节模型；具体为：建立天然气系统和电力系统之间以及热力系统和电力系统之间的耦合环节模型；其中：天然气系统和电力系统之间的是气-电耦合环节模型；热力系统和电力系统之间的是热-电耦合环节模型。
如附图1所示，多源能流网络包括多种不同类型的能流网络，例如：天然气网络、电力网络、热力网络；天然气网络中，天然气发电机、天然气热电联产设备、天然气锅炉等为天然气网络的负荷；电力网络中，天然气网络中的电动压缩机、热力网络中的循环泵、电产热设备等为电力网络负荷；可见，热电联产单元在集中供热网络和电力网络中产能方面有着交互影响。
所述建立天然气系统和电力系统之间的气-电耦合环节模型，具体为：综合燃料供应、原动以及电机因素设置耦合环节模型的一般形式：
其中，
为耦合环节状态变量；f为微分方程函数项；ψ为输出方程函数项；输入量u和输出量y分别为耦合环节的输入项和输出项，涵盖了与电网和气网的接口量。以微燃机系统为例，其电网侧耦合接口量一般为接入电网的节点电压和电磁功率；在气网侧的耦合接口量一般为接口处的压强和注入微燃机的气体流量。
微燃机是典型的气-电耦合设备，它的输入输出关系可由热耗率曲线得出，一台微燃机消耗的燃料量
可由一个包含燃料高位发热值GHV的公式确定：
式中，
和
表示第i台微燃机的耗热率系数；Pi EG表示微燃机产生的电功率；Pi EG,min表示系数Pi EG的最低限值。
典型的分轴微燃机原动环节模型采用恒功率控制方式，输出功率偏差经过比例积分控制，再与最大负荷温度控制经过低值门，产生燃料供应量信号；燃料经过阀门调节后经燃烧环节所产生的功率，减去转子运动阻尼损耗，得到微燃机输出的机械功率，分轴微燃机系统通过同步发电机可以得到注入电网的电流，进而求解电网模型，考虑到气-电环节时间尺度差异，一般可忽略电机内部的电磁动态，只考虑其机械动态过程，如采用同步电机二阶模型：
其中，δ为同步电机的功角；ω*为电机转速；ωN为电机额定转速；Pm为原动机输出机械功率；Pe为电磁功率；KD为同步机阻尼系数；TJ为惯性时间常数。
上述微燃机系统构成了一种气-电系统的耦合方式。综合燃料供应环节、原动环节以及电机环节模型可推导得接口方程，并可进一步写为耦合环节模型的一般形式：
其中，
为耦合环节状态变量；f为微分方程函数项；ψ为输出方程函数项；输入量u和输出量y分别为耦合环节的输入项和输出项，涵盖了与电网和气网的接口量。以微燃机系统为例，其电网侧耦合接口量一般为接入电网的节点电压和电磁功率；在气网侧的耦合接口量一般为接口处的压强和注入微燃机的气体流量。
对于P2G电-气耦合设备,其构成的接口模型可以采用与上述类似的方式推导。为简化，可以将P2G设备视为电网的负荷，忽略其动态过程，根据P2G消耗的电功率按恒定系数转换为产生的燃气流量：
其中，Mp2g为P2G装置产生的气体流量；Pp2g为P2G装置需要的电功率，可由相应电压和阻抗求得；μ为转换效率；H为燃气燃烧的热值。P2G环节的耦合接口方式仍符合耦合环节模型的一般形式。
对于微燃机、P2G等气-电或电-气耦合环节可视为等效的电网源或荷，考虑到电磁与机械过程的时间尺度差异，对这些耦合环节的建模一般可忽略其内部的电磁快动态，而只计及机械、气压等时间常数较大的动态过程，其动态过程尺度与电力网络中的机电动态过程尺度类似。
所述热力系统和电力系统之间的耦合环节模型，具体为：设置耦合环节模型中的耦合关系式如下：
φ＝cP+d (14)
其中，c、d为描述耦合元件关系式的系数；P是耦合元件，也就是供能设备，向系统输出电功率或热功率。
具体分析如下，热-电联合系统模型如附图2所示，其由电力系统、热力系统以及CHP热电联产设备、电锅炉等耦合元件组成。
热-电联合系统中，CHP热电联产设备、耦合元件等常常消耗天然气产生的电能和热能，其发电量与产热量相互依存，常见有“以热定电”或“以电定热”两种形式，以下在讨论热电联产设备电功率时，假设其热功率己知，其电功率
如下所示：
式中：
式(5)考虑了热电联产系统的变工况性能。第i台CHP热电联产设备的相关常数被表示为
和
和
为发电变化的限制，
表示第i台CHP热电联产设备的输出热功率，
和
表示第i台CHP热电联产设备输出热功率的最大和最小值限制。ri CHP和
表示设备变工况运行时发电量的积极系数。尽管在部分负荷情况下，热电联产设备可提高产热效率，但其总效率恒定，故其发电效率降低。因此，第i台CHP热电联产设备消耗的天然气量可如下式所示：
式中，
表示CHP热电联产设备的总效率，
表示CHP热电联产设备的电功率，因GHV的常见单位BTU/m3,取3.412为单位W转换为BTU/h的系数。故式(8)中单位为SCM/h。
第i台电锅炉所消耗的天然气量，如下式所示:
式中，
和
是第i台电锅炉与变工况性能相关的常数参数；
表示第i台电锅炉的输热功率，
表示该台电锅炉的输热功率的最大限制。
电锅炉数学模型和运行约束为：
式中：HEB,t为电锅炉的制热功率；PEB,t为电锅炉的耗电功率；ηEB为电锅炉的电热能效比；uEB,t为t时刻电锅炉运行状态；
和
分别为电锅炉的耗电功率最小、最大值；
和
分别为电锅炉耗电功率的爬坡率下限和上限。
电力系统和热力系统之间的耦合元件CHP热电联产设备可以分为燃气型和蒸汽型2类，其中燃气型CHP热电联产设备的热电功率比cCHP,1为常数，见式(11)。
其中，φCHP为CHP热电联产设备的热功率；PCHP为CHP热电联产设备的电功率。
而蒸汽型CHP热电联产设备的热电功率比cCHP,2满足：
其中，Pcon为常数。
电锅炉仅输出热功率，其热电功率比cEB为：
其中，φEB为电锅炉输出热功率；PEB为电锅炉输入电功率。
上述耦合元件热电功率符合线性关系，其耦合关系式如下：
φ＝cP+d (14)
其中，c、d为描述耦合元件关系式的系数。需要说明的是，耦合元件皆视作供能设备，向系统输出电功率或热功率。
步骤S2：根据多源能流网络耦合环节模型中不同模型的不同时间尺度，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型；具体为：构建多能源耦合系统的状态空间方程，将不同能源耦合系统的不同时间尺度代入状态空间方程以得到多能源耦合系统多时间尺度特性模型；
优选的：所述状态空间方程为：
式中：f∈Rn；g1∈Rm；g2∈Rq,耦合系统快、中、慢时间尺度模型依次为:电力系统系统模型、天然气系统模型和热力系统模型；
考虑系统运行的动态特性，在一定的控制指令下，电力系统能迅速达到稳定状态而热力系统仍然处于动态过程。因此，电力系统的调度周期通常较短，为分钟级；而热力系统调度周期相对较长，通常为几十分钟甚至数小时。天然气系统则处于前面两者之间。如附图3所示，由于考虑到电-气-热系统的运行时间尺度特性差异，在相同的调度周期内，电力系统调度周期最短、分布较密集；而热力系统调度周期最长，分布较为稀疏。由于天然气、电力和热力系统三系统时间常数相差较大，电力系统状态变量时间常数最小、天然气管网状态变量时间常数较大、热力网络状态变量时间常数最大，由此组成的电-气-热综合能源系统中，采用电力系统多时间尺度建模方法建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型。
令状态量：
其中，Tb,out为燃烧室出口温度；n为燃气轮机转速；w为发电机转子角速度速；δ为转子角度差；E'q为q轴暂态电压；E”q为q轴次暂态电压；；E”d为d轴次暂态电压；Ts为电锅炉加热器管道出口液体温度；Tm为金属壁面平均温度；Th2为二次侧出口水温；Twl,i为第i段一次侧入口水温；pcp,out为压缩机出口压力；Mout为管道出口流量；Pout为管道出口压力；
输入量：
其中，Ma为出口天然气质量流量；Mg为入口天然气质量流量；Pin为管道入口压力；Min为管道入口流量；Pcp为压缩机所需功率；Tt,out为透平出口温度；Tc,out为压气机出口温度；Pd为输入电锅炉的电功率；
代数约束：
式中：
x为快状态变量；y为常规状态变量；z为慢状态变量。令时间常数τgi,τni,τhi,分别为燃气发电系统、天然气系统和热力系统第i个状态变量相应的时间常数，Ts为供水温度，可得雅可比矩阵J为：
上式矩阵内元素表示第i个时间尺度状态量微分对输入量求偏导，即状态量与输入量的耦合关系。整个系统的状态空间方程如下：
式中：f∈Rn；g1∈Rm；g2∈Rq,耦合系统快、中、慢时间尺度模型依次为:电力系统系统模型、天然气系统模型和热力系统模型；
(1)电力系统系统模型
令τ＝t/τgi带入式(19)，得到新的系统状态方程后，再令τgi＝0，变换为：
则在时间尺度区间[τgi,τhi]上，从物理意义出发，此时雅可比矩阵J应为：
由式(21)可得在时间尺度区间[τgi,τhi]上，燃气发电系统状态变化对整个电气热综合能源系统产生影响。
(2)天然气系统模型
此时τgi＝0，令τ＝t/τni带入式(19)，燃气发电系统进入稳态，得到新的系统状态方程后，再令τni＝0，变换为：
则在时间尺度区间[τni,τhi]，此时雅可比矩阵J应为：
如电-气存在耦合，由式(22)计算得新的稳态值将对电力系统产生影响。继而在时间尺度区间[τhi,τhi+1]上，将新稳态值代入式(19)再次计算，此时雅可比矩阵J应为：
由上式可得在时间尺度区间[τni,τhi]天然气系统状态与自身和热力系统有关，在下个时间尺度区间[τhi,τhi+1]上，耦合影响传递到电力系统再对整个综合能源系统产生影响。
(3)热力系统模型
当求解慢时间尺度系统时，τgi＝τni＝0带入式(19)，燃气发电、天然气系统已进入稳态，变换为：
则在时间尺度区间[0,τhi]上，此时雅可比矩阵J应为：
如电-热存在耦合，由式(25)计算得新的稳态值将对电力系统产生影响。继而在时间尺度区间[τhi,τhi+1]上，将新稳态值代入式(19)再次计算，此时雅可比矩阵J应为：
由上式可得在时间尺度区间[0,τhi]上，热力系统状态仅与自身有关，在下个时间尺度区间[τhi,τhi+1]上，同上，耦合影响将传递到整个系统。
上述动态系统雅克比矩阵信息可定量描述各时间尺度某运行点多能流耦合影响程度。
步骤S3：基于所述多时间尺度特性模型，建立并求解多能源耦合系统潮流仿真模型，获得所述潮流仿真模型各节点未知量。
每一类型网络的节点类型见表1。
表1节点类型
对于电力网络，一个节点被选作参考节点，也就是平衡节点时，其电压相角θ设为0，网络中其余节点的电压相角都以此节点电压相角为参考，其电压幅值|V|也为已知。
包括发电机或热电联产设备的节点被称为PV节点，因其有功功率和电压幅值P和|V|为己知。这里需要指出的是，对于电力网络，热电联产设备的传热量已知，因此，其有功功率P的输出可由式(5)－式(7)计算得出。对于非平衡节点，也可由式(1)计算得出发电机的总耗能源量。
电力网络中的其他节点称为PQ节点，因其有功功率P和无功功率Q变化己知，需要经由潮流计算得出其电压相角θ与幅值|V|，这里需要指出，电力网络中的负荷节点类型为此类型，如光伏、风机等新能源发电设备也可归类于此类节点。因此，当发电机输出有功功率和无功功率己知时，可将其节点类型由PV转化PQ节点，同时其电压幅值|V|需由潮流计算得出。除平衡节点外，所有发电机节点的有功功率在潮流计算时为定值。通常假设平衡节点为无穷大节点，可补偿电力网络中的所有传输损耗。
对于天然气网络，若一个节点的节点压力π已知，该压力值可作为整个网络其他节点的压力参考值，该节点称之为平衡节点。对于天然气源节点和负荷节点可作为注入天然气流量f己知的节点，称为注入己知节点，其节点压力值π需要由潮流计算得出。这里需要指出的是：燃气发电机、天然气热电联产设备和燃气锅炉为天然气网络的注入己知节点。
集中供热网络中，平衡节点的供水温度Ts已知，取其作整个供热网络的参考温度值。φ，Tr，
为需要由潮流计算得出的产热功率、回水温度和管道流量。φTs点通常为热源节点，这一类节点的产热功率φ和供水温度Ts已知，需要经由潮流计算得出节点的回水温度Tr和管道流量
在此，取所有产热设备的产热功率φ已知(除平衡节点外，包括热电联产设备和燃气锅炉)，且其为定值，其总消耗的燃气总量可由式(8)和式(9)计算得出，故对于天然气网络其消耗的天然气量也为定值。φTr节点主要为负荷节点，需要经由潮流计算求出其供水温度Ts和管道流量
多能源耦合系统潮流仿真模型的求解问题可由牛顿－拉夫逊算法求解，对于耦合潮流存在变量ΔF：
ΔF＝[Δf ΔP ΔQ Δ(f，p)ΔTsΔTr]T＝0 (28)
共包含(NGN+2NEB-NEB,PV+3NHN+NHloop-6)个方程式。(其中，NEB为电力网络中总结点数；NEB，PV为电力网络中PV节点的总数；NGN表示天然气网络总节点数；NHN表示热力管道总节点数；NHloop为闭环耦合节点数。)该等式(28)的未知变量X可表示为：
式中，π包含(NGN-1)个元素，表示天然气网络中未知的节点压力；θ和|V|为未知电压相角和幅值的向量，其对应元素为(NGN-1)和(NGN-NGN,PV-1)个；
表示所有管道流量，其对应元素为NHL个；Ts和Tr表示未知供水温度和回水温度，包含(NGN-1)个元素。根据图论相关理论，图的边数等于节点数减一再加上总的自环数，故存在NHL＝NHN-1+NHl。因此，混合潮流的未知变量总数等于总的等式数目。(其中，NGN表示天然气网络总节点数，NGN，PV为天然气网络中PV节点数；NHN表示热力管道总节点数，NHl为热力管道的自环节点数。)
多能源耦合系统潮流的牛顿－拉夫逊算法迭代方程如下：
X(k+1)＝X(k)-[J(k)]-1ΔF(k) (30)
式(30)中，k表示当前迭代次数；J表示特定方程ΔF对应的雅各比矩阵，可用式(31)表示：
进一步的，当电力网络中的平衡节点含天然气发电机时，矩阵中元素
和
非零；同理，当集中供热网络中的平衡节点含天然气锅炉时，矩阵中元素
和
非零。在集中供热网络中，平衡节点注入的热功率未知，故其消耗的天然气量也未知。这一功率在每次迭代过程中，可由式(32)求得：
式中，
为固定己知参数，但
和
要由潮流计算求得。因此，公式(31)的雅各比矩阵第一行中的天然气网络中不匹配方程对水流量和回水温度所求偏微分，对于热网络中的平衡节点非零。而
表示电力网络对热网络中循环泵方程的偏微分。注意到
和
表示混合温度不匹配方程对水流量的偏微分，因其与雅各比矩阵中其他非零元素相比，其值很小，这是因为小的水流量变化对混合温度的影响较小。故为简单起见，可以认为这些偏差为零。
多能源耦合系统潮流的牛顿－拉夫逊计算方法需要对所有变量选取适当的初始值，若初值选取不当，可能会使潮流计算结果发散，不收敛。对于电力网络和集中供热网络，初值选取较为简单，可以设所有非PV节点的电压幅值为1per-unit，节点的电压相角初始值设为0。对于集中供热网络，管道的水流量初始值设为1，对应的供水温度和回水温度的初始值设为参考平衡节点的供水温度和对应的负荷回水温度。
多能源耦合系统潮流的求解可及时获取电气热多能流耦合影响特征，及时将网络负荷变化和耦合影响通过多时间尺度求解方法将结果传递到其他网络，观察其动态过程，进行能源网络调控。
实施例2
基于相同的发明构思，本发明提供一种多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真系统，包括：
耦合模型单元：建立多源能流网络耦合环节模型；
多时间尺度模型单元：根据多源能流网络耦合环节模型中不同模型的不同时间尺度，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型；
计算单元：基于所述多时间尺度特性模型，建立并求解多能源耦合系统潮流仿真模型，获得所述潮流仿真模型各节点未知量。
所述建立多源能流网络耦合环节模型为建立天然气系统和电力系统之间以及热力系统和电力系统之间的耦合环节模型。所述建立天然气系统和电力系统之间的耦合环节模型为建立气-电耦合设备模型和电-气耦合设备的模型。所述建立热力系统和电力系统之间的耦合环节模型包括CHP热电联产设备模型和电锅炉模型。
优选的，所述气-电耦合设备为微燃机，所述电-气耦合设备为P2G设备。
优选的，所述CHP热电联产设备模型包括燃气型和蒸汽型模型。
所述多时间尺度模型单元，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型为建立电-气-热多源能流多时间尺度特性模型。
所述计算单元建立多能源耦合系统潮流仿真模型包括建立电力网络模型、天然气网络模型和集中供热网络模型。
所述计算单元计算潮流仿真模型中各节点的未知量包括所述电力网络模型中的电压相角θ、电压幅值|V|、有功功率P、无功功率Q，所述天然气网络模型中的注入天然气流量f、节点压力π，所述集中供热网络模型中的节点产热功率φ、供水温度Ts、回水温度Tr、管道流量
所述计算单元求解所述多能源耦合系统潮流仿真模型可采用牛顿－拉夫逊算法求解。
基于相同的发明构思，还提供一种多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真服务器，其特征在于，所述服务器用于设置上述多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真系统。
优选的，所述服务器为云服务器。
优选的，所述服务器为分布式服务器。
优选的，所述服务器用于在接收到业务终端请求后，执行所述多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (17)
1.一种多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法，其特征在于，包括：
步骤S1：建立多源能流网络耦合环节模型；
步骤S2：根据多源能流网络耦合环节模型中不同模型的不同时间尺度，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型；
步骤S3：基于所述多时间尺度特性模型，建立并求解多能源耦合系统潮流仿真模型，获得所述潮流仿真模型各节点未知量作为仿真结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中具体为：建立天然气系统和电力系统之间以及热力系统和电力系统之间的耦合环节模型。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立天然气系统和电力系统之间的气-电耦合环节模型，具体为：综合燃料供应、原动以及电机因素设置耦合环节模型的一般形式：
其中，
为耦合环节状态变量；f为微分方程函数项；ψ为输出方程函数项；输入量u和输出量y分别为耦合环节的输入项和输出项，涵盖了与电网和气网的接口量。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热力系统和电力系统之间的耦合环节模型，具体为：设置耦合环节模型中的耦合关系式如下：
φ＝cP+d
其中，c、d为描述耦合元件关系式的系数；P是耦合元件，也就是供能设备，向系统输出电功率或热功率。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：构建多能源耦合系统的状态空间方程，将不同能源耦合系统的不同时间尺度代入状态空间方程以得到多能源耦合系统多时间尺度特性模型。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述状态空间方程为：
式中：f∈Rn；g1∈Rm；g2∈Rq,耦合系统快、中、慢时间尺度模型依次为:电力系统系统模型、天然气系统模型和热力系统模型。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用牛顿－拉夫逊算法求解所述多能源耦合系统潮流仿真模型。
8.一种多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真系统，其特征在于，包括：
模型构建单元：建立多源能流网络耦合环节模型；
多时间尺度模型单元：根据多源能流网络耦合环节模型中不同模型的不同时间尺度，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型；
计算单元：基于所述多时间尺度特性模型，建立并求解多能源耦合系统潮流仿真模型，获得所述潮流仿真模型各节点未知量作为仿真结果。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述建立多源能流网络耦合环节模型，具体为：建立天然气系统和电力系统之间以及热力系统和电力系统之间的耦合环节模型。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述建立天然气系统和电力系统之间的气-电耦合环节模型，具体为：综合燃料供应、原动以及电机因素设置耦合环节模型的一般形式：
其中，
为耦合环节状态变量；f为微分方程函数项；ψ为输出方程函数项；输入量u和输出量y分别为耦合环节的输入项和输出项，涵盖了与电网和气网的接口量。
11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述热力系统和电力系统之间的耦合环节模型，具体为：设置耦合环节模型中的耦合关系式如下：
φ＝cP+d
其中，c、d为描述耦合元件关系式的系数；P是耦合元件，也就是供能设备，向系统输出电功率或热功率。
12.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述根据多源能流网络耦合环节模型中不同模型的不同时间尺度，建立多能源耦合系统多时间尺度特性模型,具体为：构建多能源耦合系统的状态空间方程，将不同能源耦合系统的不同时间尺度代入状态空间方程以得到多能源耦合系统多时间尺度特性模型。
13.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述状态空间方程为：
式中：f∈Rn；g1∈Rm；g2∈Rq,耦合系统快、中、慢时间尺度模型依次为:电力系统系统模型、天然气系统模型和热力系统模型。
14.如权利要求8所述的系统，其特征在于，采用牛顿－拉夫逊算法求解所述多能源耦合系统潮流仿真模型。
15.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1-7中任一项所述的多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法。
16.一种执行设备，其特征在于，包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法。
17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7中任一项所述的多时间尺度下多能源耦合系统联立潮流仿真方法。
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