一种动态潮流分析方法及动态潮流分析系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法及动态潮流分析系统，通过构建多能互补综合能源系统的动态潮流模型及采用混合求解算法对多能耦合系统进行网络分析，能够有效支撑系统级的分析计算；考虑了综合能源系统时域上的状态变化因素，进行基于时域的动态潮流滚动计算，提高了计算的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种动态潮流分析方法及动态潮流分析系统
本专利技术属于能源互联网领域，涉及一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法及动态潮流分析系统。
技术介绍
近年来，以能源互联网为特征的第三次工业革命已蓄势待发。能源互联网的特征是以电网为主干和平台，进行多种能源形式的耦合互补。多能耦合系统的网络分析是能源互联网领域的重要研究内容之一，是进行系统规划、运行调控、能源交易的计算依据与基础，这里不仅要考虑系统中供能侧、用能侧各自的能量转换互补，更要考虑多能系统的网络平衡。目前，在传统的电、热、气等各自领域，各系统分析方法相对成熟，例如，电力系统采用潮流计算；热力系统遵循流体和热力学定律，通过联立水力(或蒸汽)和热力两组方程计算；天然气系统遵循流体力学定律，用流体力学方程表征计算。此外，随着风机、光伏和CHP/CCHP等可再生能源/清洁能源的大量建设以及主动性配网、智能微网的兴起，也提出了较多针对单个设备和小型电力网络的建模及仿真方法，部分微网系统由于存在多种能源形式的综合利用，也提出了相应的数学模型。上述大部分模型主要从设备角度出发，考虑了能量、动量以及质量等“点”平衡，但均没有考虑网络平衡，并不适于系统级的分析计算。相比而言，文献[1]和[2]分别研究了电网与天然气网络、热网的联合潮流分析，文献[3]、[4]使用网络流模型对美国的煤、天然气和电网进行了仿真分析，这些文献从系统角度出发，考虑了网络平衡以及系统的多能特性，其中的电网部分，考虑的主要是传统交流电网中的一些典型设备，计算方法也是以传统的牛顿-拉夫逊法为主，对于电网设备种类多样(如新能源电场、FACTS器件等)或采用交直流混联电网结构等复杂情况，上述方法未见说明，此外，现有技术也未提及用户可以自己开发模型并接入计算的方法。另一方面，目前在电、热各自的领域都有专业的仿真软件进行辅助分析，例如电领域中的PSASP、BPA、PSCAD等，热领域中的Thermoflow、Ansys、Cycle-Tempo等，然而这些软件并未考虑除自身领域以外的多能之间的耦合。[1]Martinez-MaresA,Fuerte-EsquivelCR.AUnifiedGasandPowerFlowAnalysisinNaturalGasandElectricityCoupledNetworks[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2012,27(4):2156-2166.[2]XLiu,NJenkins,JWu,etal.CombinedAnalysisofElectricityandHeatNetworks.EnergyProcedia,2014,61:155-159.LiuX.CombinedAnalysisofElectricityandHeatNetworks[D].CardiffUniversityInstituteofEnergy,2013.[3]QuelhasA,GilE,McCalleyJD,etal.AMultiperiodGeneralizedNetworkFlowModeloftheU.S.IntegratedEnergySystem:PartI—ModelDescription[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2007,22(2):829-836.[4]QuelhasA,McCalleyJD.AMultiperiodGeneralizedNetworkFlowModeloftheU.S.IntegratedEnergySystem:PartII—SimulationResults[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2007,22(2):837-844.
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法及动态潮流分析系统，通过构建多能互补综合能源系统的动态潮流模型及采用混合求解算法求解对多能耦合系统进行网络分析，能够有效支撑系统级的分析计算。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，包括如下步骤：步骤一，基于图论将非电系统抽象成图进行网络拓扑分析，构建非电系统准稳态模型；步骤二，构建电力系统潮流模型；步骤三，用功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型表征各耦合设备，构建非电系统与电力系统之间进行耦合的耦合设备功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型；步骤四，联立步骤一非电系统准稳态模型、步骤二电力系统潮流模型以及步骤三耦合设备功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型，构建多能互补综合能源系统的动态潮流模型；步骤五，采用混合求解算法求解步骤四多能互补综合能源系统动态潮流模型，混合求解算法指非电系统潮流模型和电力系统潮流模型分别用不同迭代算法进行求解。进一步的，步骤一中将非电系统中管道对应图的有向边，连接件对应图的顶点，每个管段定义流量正方向，用图矩阵描述非电系统拓扑结构，并将阀门作为管道的附属属性进行计算。进一步的，非电系统准稳态模型由非电系统静态潮流模型和非电系统动态潮流模型构成，其中非电系统节点采用稳态方程描述，非电系统管道采用针对温度、热量状态量的动态方程进一步的，非电系统静态潮流模型为：其中，A为关联矩阵，Au、Ad分别是上关联矩阵与下关联矩阵，Bf为回路矩阵。M*为B阶管道流量列向量，Q*为N阶节点流入流量列向量，ΔH*为B阶管道压差列向量，Z*为B阶管道首末端节点高度差列向量，Te为B阶管道末端温度列向量(℃)，Tn为N阶节点温度列向量(℃)，QJ*为N阶节点热负荷列向量，Ta为B阶环境温度列向量(℃)，E为B阶温度衰减系数对角阵，S为B阶管道阻力系数列向量，Hp*为泵扬程列向量，Hv*为阀门两侧压差列向量。进一步的，非电系统动态潮流模型为：其中，A为关联矩阵，为上关联矩阵，为下关联矩阵，Bf为回路矩阵。M(t)*为t时刻B阶管道流量列向量(标幺值)，Q(t)*为t时刻N阶节点流入流量列向量(标幺值)，ΔH(t)*为t时刻B阶管道压差列向量(标幺值)，Te(t)为t时刻B阶管道末端温度列向量(℃)，Tn(t)为t时刻N阶节点温度列向量(℃)，Ts(t-γ)为t-γ时刻的管道首端温度列向量(℃)，λ为管道单位长度导热率列向量(W/m·K)，A为管道截面积列向量(m2)，ρ为流体密度列向量(kg/m3)，L为管道长度列向量(m)，Cp为流体比热容列向量(J/kg·℃)，QJ(t)*为t时刻N阶节点热负荷列向量(标幺值)，Ta(t)为t时刻B阶环境温度列向量(℃)，S(t)为t时刻B阶管道阻力系数列向量，Z*为B阶管道首末端节点高度差列向量(标幺值)，H0*为B阶泵静扬程列向量(标幺值)，Sp为B阶泵阻力系数列向量。进一步的，非电系统与电力系统之间进行耦合的耦合设备功率输出外特性稳态模型为：其中，PG*、QG*分别为联供机组电、热功率，Pp*为泵电功率，η为泵效率，m*为泵内流体流量，Hp*为泵扬程，Qhp*、Qeb*、Qc*分别为热泵、电锅炉、制冷机的热功率，Php*、Peb*、Pc*分别为热泵、电锅炉、制冷机的电功率。进一步的，非电系统与电力系统之间进行耦合的耦合设备一阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，基于图论将非电系统抽象成图进行网络拓扑分析，构建非电系统准稳态模型；步骤二，构建电力系统潮流模型；步骤三，用功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型表征各耦合设备，构建非电系统与电力系统之间进行耦合的耦合设备功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型；步骤四，联立步骤一非电系统准稳态模型、步骤二电力系统潮流模型以及步骤三耦合设备功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型，构建多能互补综合能源系统的动态潮流模型；步骤五，采用混合求解算法求解步骤四多能互补综合能源系统动态潮流模型，所述混合求解算法指非电系统潮流模型和电力系统潮流模型分别用不同迭代算法进行求解。

【技术特征摘要】
1.一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，基于图论将非电系统抽象成图进行网络拓扑分析，构建非电系统准稳态模型；步骤二，构建电力系统潮流模型；步骤三，用功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型表征各耦合设备，构建非电系统与电力系统之间进行耦合的耦合设备功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型；步骤四，联立步骤一非电系统准稳态模型、步骤二电力系统潮流模型以及步骤三耦合设备功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型，构建多能互补综合能源系统的动态潮流模型；步骤五，采用混合求解算法求解步骤四多能互补综合能源系统动态潮流模型，所述混合求解算法指非电系统潮流模型和电力系统潮流模型分别用不同迭代算法进行求解。2.根据权利要求1所述的一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，其特征在于：步骤一中将非电系统中管道对应图的有向边，连接件对应图的顶点，每个管段定义流量正方向，用图矩阵描述非电系统拓扑结构，并将阀门作为管道的附属属性进行计算。3.根据权利要求1所述的一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，其特征在于：所述非电系统准稳态模型由非电系统静态潮流模型和非电系统动态潮流模型构成，其中非电系统节点采用稳态方程描述，非电系统管道采用针对温度、热量状态量的动态方程描述。4.根据权利要求3所述的一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，其特征在于：所述非电系统静态潮流模型为：其中，A为关联矩阵，Au、Ad分别是上关联矩阵与下关联矩阵，Bf为回路矩阵；M*为B阶管道流量列向量，Q*为N阶节点流入流量列向量，ΔH*为B阶管道压差列向量，Z*为B阶管道首末端节点高度差列向量，Te为B阶管道末端温度列向量(℃)，Tn为N阶节点温度列向量(℃)，QJ*为N阶节点热负荷列向量，Ta为B阶环境温度列向量(℃)，E为B阶温度衰减系数对角阵，S为B阶管道阻力系数列向量，Hp*为泵扬程列向量，Hv*为阀门两侧压差列向量。5.根据权利要求3所述的一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，其特征在于：所述非电系统动态潮流模型为：其中，A为关联矩阵，为上关联矩阵，为下关联矩阵，Bf为回路矩阵；M(t)*为t时刻B阶管道流量列向量(标幺值)，Q(t)*为t时刻N阶节点流入流量列向量(标幺值)，ΔH(t)*为t时刻B阶管道压差列向量(标幺值)，Te(t)为t时刻B阶管道末端温度列向量(℃)，Tn(t)为t时刻N阶节点温度列向量(℃)，Ts(t-γ)为t-γ时刻的管道首端温度列向量(℃)，λ为管道单位长度导热率列向量(W/m·K)，A为管道截面积列向量(m2)，ρ为流体密度列向量(kg/m3)，L为管道长度列向量(m)，Cp为流体比热容列向量(J/kg·℃)，QJ(t)*为t时刻N阶节点热负荷列向量(标幺值)，Ta(t)为t时刻B阶环境温度列向量(℃)，S(t)为t时刻B阶管道阻力系数列向量，Z*为B阶管道首末端节点高度差列向量(标幺值)，H0*为B阶泵静扬程列向量(标幺值)，Sp为B阶泵阻力系数列向量。6.根据权利要求1所述的一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，其特征在于所述非电系统与电力系统之间进行耦合的耦合设备功率输出外特性稳态模型为：其中，PG*、QG*分别为联供机组电、热功率，Pp*为泵电功率，η为泵效率，m*为泵内流体流量，Hp*为泵扬程，Qhp*、Qeb*、Qc*分别为热泵、电锅炉、制冷机的热功率，Php*、Peb*、Pc*分别为热泵、电锅炉、制冷机的电功率。7.根据权利要求1所述的一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，其特征在于所述非电系统与电力系统之间进行耦合的耦合设备一阶惯性动态模型为：其中，τ是时间常数，s为拉普拉斯算子，PG*、QG*分别为联供机组电、热功率，Pp*为泵电功率，η为泵效率，m*为泵内流体流量，Hp*为泵扬程，Qhp*、Qeb*、Qc*分别为热泵、电锅炉、制冷机的热功率，Php*、Peb*、Pc*分别为热泵、电锅炉、制冷机的电功率。8.根据权利要求1所述的一种用于多能互补综合能源系统的动态潮流分析方法，其特征在于所述多能互补综合能源系统的动态潮流模型为：其中，Fe＝0表示步骤二电力系统潮流模型，Fh＝0表示步骤一非电系统非电系统准稳态模型，Feh＝0表示步骤三耦合设备功率输出外特性稳态模型或一阶惯性动态模型，F＝0表示多能互补综合能源系统动态潮流模型。9.根据权利要求1所述的一种用于多能互补...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏斌，夏天，郭庆来，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11