基于功率守恒的孤岛型综合能源系统联合潮流获取方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于功率守恒的孤岛型综合能源系统联合潮流获取方法，包括以下步骤：1)确定热网平衡节点和电网平衡节点，并设定普通热源节点的热功率初值

Joint Power Flow Acquisition Method for Isolated Integrated Energy System Based on Power Conservation

The present invention relates to a method for obtaining joint power flow based on power conservation for island-type integrated energy system, which includes the following steps: 1) determining the balance node of heat network and the balance node of power network, and setting the initial thermal power value of common heat source node.

【技术实现步骤摘要】
基于功率守恒的孤岛型综合能源系统联合潮流获取方法
本专利技术涉及热电联合潮流领域，尤其是涉及一种基于功率守恒的孤岛型综合能源系统联合潮流获取方法。
技术介绍
综合能源系统(IntegratedEnergySystem，IES)是一种高效、可持续的新型能源利用模式。热电联合系统是典型的综合能源系统。热电联供机组(CombinedHeatandPower，CHP)等耦合组件使得热网和电网存在耦合性。为了对热电联合系统进行分析与控制，如何求解热电联合潮流便成为一个关键问题。潮流计算是分析综合能源系统的基础，多能流的耦合特性使得联合潮流计算复杂化。在处理耦合关系方面，常规解耦法存在可能发散、收敛慢的问题。《计及回水管网热损失的电热联合系统潮流模型及算法》建立了较为完整的热力系统模型，考虑了回水网络的热损失，并使用前推回代方法计算热电联合潮流。《基于PSASP的电热耦合能源系统潮流计算》在求解热电联合潮流时，利用了耦合组件的松耦合关系，在一次迭代过程之中依次单独计算电力潮流和热力潮流。《考虑系统耦合性的综合能源协同优化》使用近似动态规划方法对综合能源系统进行运行优化，并在目标函数中加入拉格朗日算子来处理耦合关系。《区域综合能源系统电/气/热混合潮流算法研究》针对CHP运行模式的不同，提出了相对应的不同的潮流算法流程。《电-热-气综合能源系统多能流计算方法》利用牛顿—拉夫逊法求解综合能源系统潮流，根据设定条件列出所有系统的约束等式，进而生成大维度的雅可比矩阵，此时耦合关系体现在一个系统的变量对另一个系统变量的偏导。上述联合潮流计算方法可分为整体法和解耦法等两类，其主要差别在于如何处理耦合关系。其中，《计及回水管网热损失的电热联合系统潮流模型及算法》和《基于PSASP的电热耦合能源系统潮流计算》属于解耦法，利用迭代过程来满足耦合关系，利用了系统间的松耦合关系，求解速度较快，但也存在无法收敛的问题；《考虑系统耦合性的综合能源协同优化》、《区域综合能源系统电/气/热混合潮流算法研究》和《电-热-气综合能源系统多能流计算方法》属于整体法，通过列写电热系统方程，使用牛顿—拉夫逊法求解。由于雅可比矩阵中包含多个系统的变量，维度高且数据存在数量级的差异，使得求解速度较慢，且可能产生病态矩阵；另一方面，综合能源系统可以分为联网型和孤岛型，其联合潮流计算方法存在明显的不同。其中，联网型综合能源系统的电网平衡节点直接连接主电网，没有与热网耦合，因而易于求解。但孤岛型综合能源系统在平衡节点处可能存在耦合组件，求解更加复杂。为此，以上文献皆对孤岛型综合能源系统开展了研究，但并未对联合潮流的收敛性进行专门研究。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于功率守恒的孤岛型综合能源系统联合潮流获取方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于功率守恒的孤岛型综合能源系统联合潮流获取方法，包括以下步骤：1)构建孤岛型综合能源系统拓扑图，并确定热网平衡节点和电网平衡节点，并设定普通热源节点的热功率初值2)根据普通热源节点的热功率初值通过电网和热网潮流计算获得热网损耗初值和电网损耗初值3)根据功率守恒构建热网平衡节点的热功率的递推式；4)在递推式中代入热网损耗初值和电网损耗初值根据不动点迭代原理计算当前步骤热网平衡节点的热功率的稳态估计值5)以稳态估计值作为电网和热网潮流计算的初值进行潮流计算，更新获得下一步热网损耗值电网损耗值以及热网平衡节点的热功率的稳态估计值6)判断当前步骤与上一步的热功率的稳态估计值之差的绝对值是否小于设定的收敛精度ε，若是，则表明热电联合潮流收敛，并将当前步骤的热功率的稳态估计值作为最终的热功率值，若否，则表明热电联合潮流不收敛，并返回步骤3)。所述的步骤3)中，热网平衡节点的热功率的递推式具体为：其中，PE_slack为电网平衡节点的电功率，Pload为电负荷功率，Ploss为电网损耗，ΦH_slack为热网平衡节点的热功率，Φload为热负荷功率，Φloss为热网损耗，c1、c2分别为热网平衡节点和电网平衡节点的热电功率比，Ps′rc为不包含热网平衡节点和电网平衡节点的其他电源功率之和，Φs′rc为不包含热网平衡节点和电网平衡节点的其他热源功率之和。所述的步骤4)具体为：将热网损耗初值和电网损耗初值作为热网损耗Φloss和电网损耗Ploss，并令后联立求解，得到热网平衡节点的热功率的稳态估计值所述的步骤3)中，功率守恒满足：PE_slack＝Pload+Ploss-PsrcΦH_slack＝Φload+Φloss-Φsrc其中，Psrc为除了平衡节点之外其他电源的功率，Φsrc为除了平衡节点之外其他热源的功率。当稳态估计值为正数时，判定其为可行解，当稳态估计值为负数时，判定其为不可行解，并通过判断稳态估计值的正负获取热电功率比对应的可行域。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术采用基于功率守恒原理用线性公式代替常规解耦法中的潮流计算过程，从而减少计算量，加速收敛过程；二、本专利技术推导出热网和电网平衡节点的功率递推公式，据此可以分析和预判常规解耦法的收敛性和收敛速度，且可在常规解耦法发散时求得正确解；三、当联合潮流无可行解时，本专利技术能够估计出耦合组件参数的可行域，从而方便参数调整。附图说明图1为热电联合系统模型示意图。图2为解耦法计算过程图。图3为常规解耦法与公式11曲线收敛性质对比图。图4为功率守恒法流程图。图5为算例系统拓扑图。图6为功率守恒法和常规解耦法的ΦH_slack和PE_slack收敛过程图，其中，图(6a)为ΦH_slack收敛过程图，图(6b)为PE_slack收敛过程图。图7为两方法潮流计算次数比较。图8为热网、电网约束下c1、c2的可行域，其中，图(8a)为c1的可行域，图(8b)为c2的可行域。图9为常规解耦迭代发散现象。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1、热电联合潮流的常规计算方法介绍为方便以下内容分析，本例采用如图1所示的热电联合系统模型，其中的节点可以分为耦合节点和常规节点。耦合节点处以热电耦合组件联系电网和热网。目前典型的耦合组件有CHP、电锅炉、热泵、浸入式加热器等，其热功率和电功率基本符合线性关系，通常以常数c来表示热电功率比。热电联合系统分为孤岛型和并网型。不失一般性，对于孤岛型系统，设图1中的耦合组件1～2为CHP。将节点1的CHP选取为热网的平衡节点和电网的PV节点；将节点2的CHP选取为热网的普通热源节点和电网的平衡节点。而对于并网型热电联合系统，电网平衡节点2为接入主电网的母线，与热网节点2不存在热电耦合关系。1.1整体法联合潮流计算整体法的典型求解方案为使用牛顿—拉夫逊法列出整个联合系统的雅可比矩阵，求解出热电联合潮流。该方法存在如下主要问题：雅可比矩阵中包含了电热联合系统所有变量，矩阵维度大，计算量较大；电热联合系统的耦合为松耦合，因此雅可比矩阵为稀疏矩阵。但整体法没有利用此松耦合关系，计算效率不高；整体法涉及到两个系统，矩阵内元素的数量级会有一定的差距，如果不对数据进行适当处理，容易导致病态矩阵而难以求解。1.2解耦法联合潮流计算解耦法可以较好的解决上述问题，其核心思想是依次单独求解热力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于功率守恒的孤岛型综合能源系统联合潮流获取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建孤岛型综合能源系统拓扑图，并确定热网平衡节点和电网平衡节点，并设定普通热源节点的热功率初值

【技术特征摘要】
1.一种基于功率守恒的孤岛型综合能源系统联合潮流获取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建孤岛型综合能源系统拓扑图，并确定热网平衡节点和电网平衡节点，并设定普通热源节点的热功率初值2)根据普通热源节点的热功率初值通过电网和热网潮流计算获得热网损耗初值和电网损耗初值3)根据功率守恒构建热网平衡节点的热功率的递推式；4)在递推式中代入热网损耗初值和电网损耗初值根据不动点迭代原理计算当前步骤热网平衡节点的热功率的稳态估计值5)以稳态估计值作为电网和热网潮流计算的初值进行潮流计算，更新获得下一步热网损耗值电网损耗值以及热网平衡节点的热功率的稳态估计值6)判断当前步骤与上一步的热功率的稳态估计值之差的绝对值是否小于设定的收敛精度ε，若是，则表明热电联合潮流收敛，并将当前步骤的热功率的稳态估计值作为最终的热功率值，若否，则表明热电联合潮流不收敛，并返回步骤3)。2.根据权利要求1所述的一种基于功率守恒的孤岛型综合能源系统联合潮流获取方法，其特征在于，所述的步骤3)中，热网平衡节点的热功率的递推式具体为：其中，PE_slack为电网平衡节点的电功率，Pload为电负荷功率，Ploss为电网损耗，ΦH_slack为热...

【专利技术属性】
技术研发人员：张沛超，孙宏宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31