热电联供系统热电联合状态估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种热电联供系统热电联合状态估计方法及系统，包括：采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率和电压幅值；采集区域内各用户和机组处管道水的流量、压力和温度；上述采集数据作为联供系统的量测值；量测函数初始化；计算联供系统的量测值与量测函数之间的残差；计算联供系统的权函数，建立电力系统和热力系统间的耦合约束条件；基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数；对联合目标函数采用牛顿‑拉夫逊迭代法进行求解。本发明专利技术有益效果：通过构造联合量测函数，建立联合雅可比矩阵和添加机组出力的热电耦合约束条件得到电力系统和热力系统统一的全局状态解，求解的状态量同时满足电力系统和热力系统的分析要求。

【技术实现步骤摘要】
热电联供系统热电联合状态估计方法及系统
本专利技术涉及区域型的热电联合状态估计
，尤其涉及一种热电联供系统热电联合状态估计方法及系统。
技术介绍
电力系统为国家和社会的发展提供了重要的能源保障，在国民经济的可持续发展中发挥着至关重要的作用。近年来，随着科技的进步，电力系统经历着快速地发展和意义深远地变革。为了进一步节约能源，提高能源利用率，在国家政策的引导下，大量的热电联供(CHP)系统和热电联供(CCHP)系统相继建立起来。为了保证系统中的电力组成部分和热力组成部分在生产和分配过程中能够安全、可靠、经济和可持续地运行，自动化调度系统应当能够准确、迅速和全面地掌握系统的实际运行状态。目前应用的SCADA系统和各种测量仪表可以采集大部分的系统信息，供给调度中心分析处理。但是由于采集过程中的各种设备问题和环境干扰，采集的数据是有误差的、不全面的，偶尔还包含有错误，而状态估计方法能将这些数据转化为较精确的、全面的和可靠的状态信息存放到数据库中，以提供给以安全和经济为目的的各种应用程序使用。检索发现，目前大部分的状态估计方法仅仅是对电力系统、热力系统单独进行状态估计，得到的状态量只是分别满足电力系统、热力系统本身的潮流关系，但是由于内燃机、蒸汽轮机等出力设备的热电强耦合关系，使系统间的发电量和产热量相互影响，电力、热力系统在耦合设备处各自的估计值一般不满足设备的强耦合关系。这表明对电力系统和热力系统的状态估计有且至少有一个存在较大误差。因此，现有技术公开该的状态估计方法没有考虑电力系统和热力系统间的耦合关系，不适用于热电强耦合的热电联供系统。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提出热电联供系统热电联合状态估计方法及系统，通过添加机组出力的热电耦合约束条件和建立联合雅可比矩阵得到电力系统和热力系统统一的全局状态解，求解的状态量既满足电力系统的潮流关系也满足热力系统的潮流关系。同时，联合估计系统与原系统相比增加方程冗余度，提高了状态量的估计精度，改善了系统的稳定性。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：本专利技术的第一目的是公开了一种热电联供系统热电联合状态估计方法，包括：采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率和电压幅值；采集区域内各用户和机组处管道水的流量、压力和温度；上述采集数据作为联供系统的量测值；量测函数初始化；计算联供系统的量测值与量测函数之间的残差；计算联供系统的权函数，建立电力系统和热力系统间的耦合约束条件；基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数；对联合目标函数采用牛顿-拉夫逊迭代法进行求解。进一步地，量测函数是关于状态量的函数，其中状态量包括电压幅值、电压相角、管道水压力和管道供回水温度。进一步地，所述计算联供系统的权函数具体为：由各量测点信息所占系统的权重组成的对角阵。进一步地，所述建立电力系统和热力系统间的耦合约束条件为：内燃发电机的电功率等于产热功率与热电比的比值；蒸汽轮机的发电功率与产热功率与热电比的比值的和等于蒸汽轮机组的燃料输入功率与蒸汽轮机的电效率之乘积。进一步地，所述基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数，具体为：J＝ΔZTR-1ΔZ其中，ΔZ为联供系统的量测值与状态量函数的残差；R-1为联供系统的权函数。进一步地，对联合目标函数采用牛顿-拉夫逊迭代法进行求解，具体为：计算联合雅可比矩阵，通过联合目标函数对状态量求偏导数求解目标函数的极值；采用泰勒公式展开，忽略高次项，求得状态量的误差；根据状态量的误差求解第k+1次迭代的状态；判断第k+1次迭代的联合目标值与第k次迭代的联合目标值之差是否小于设定阈值，如果是，迭代结束；否则，返回上一步继续迭代。进一步地，所述联合雅可比矩阵具体为：其中，ρ为热力管道中水的压力；T为管道供、回水温度，包括Ts、Tr；ΔP、ΔQ、ΔΦ分别为有功功率、无功功率和热功率中量测量与量测函数的差值，即残差；|V|为电压幅值，θ为电压相角。本专利技术的第二目的是公开一种热电联供系统热电联合状态估计系统，包括：服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率和电压幅值；采集区域内各用户和机组处管道水的流量、压力和温度；上述采集数据作为联供系统的量测值；量测函数初始化；计算联供系统的量测值与量测函数之间的残差；计算联供系统的权函数，建立电力系统和热力系统间的耦合约束条件；基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数；对联合目标函数采用牛顿-拉夫逊迭代法进行求解。本专利技术的第三目的是公开一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行以下步骤：采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率和电压幅值；采集区域内各用户和机组处管道水的流量、压力和温度；上述采集数据作为联供系统的量测值；量测函数初始化；计算联供系统的量测值与量测函数之间的残差；计算联供系统的权函数，建立电力系统和热力系统间的耦合约束条件；基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数；对联合目标函数采用牛顿-拉夫逊迭代法进行求解。本专利技术的有益效果：1.通过构造联合量测函数，建立联合雅可比矩阵和添加机组出力的热电耦合约束条件得到电力系统和热力系统统一的全局状态解，求解的状态量同时满足电力系统和热力系统的分析要求。2.热电耦合约束条件的加入，使联合估计方法与原方法相比增加方程冗余度，提高了状态量的估计精度。附图说明图1为本专利技术的结构图。图2为本专利技术的联合估计流程图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术进行详细说明：需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。为了解决
技术介绍
提出的问题，本专利技术公开了一种热电联供系统热电联合状态估计方法，如图2所示，具体包括如下步骤：(1)采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率和电压幅值；采集区域内各用户和机组处管道水的流量、压力和温度；上述采集数据作为联供系统的量测值；(2)量测函数初始化；(3)计算联供系统的量测值与量测函数之间的残差；(4)计算联供系统的权函数，建立电力系统和热力系统间的耦合约束条件；(5)基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数；(6)对联合目标函数采用牛顿-拉夫逊迭代法进行求解。对于热电联供系统，如图1所示，采用RTU远程测控终端采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率和电压幅值；采用流量计、压力表和温度计采集区域内各用户和机组处管道水的流量、压力和温度。采集的数据通过NI数据采集卡作为量测量送入计算机的联合估计程序中计算。根据电力系统、热力系统中量测量与状态量之间的关系，可以基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数。由于各方程的非线性特性，对联合目标函数采用牛顿-拉夫逊迭代法求解。通过计算热电联供系统量测值与量测函数的残差，建立热电机组出力的热电耦合约束条件，求解雅可比矩阵以及权函数，最后更新状态变量，进行收敛性判断。本专利技术方法的设计对象是区域型热电强耦合的热电联供系统，对其组成的热电系统进行联合状态估计，估计方法采用基于加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热电联供系统热电联合状态估计方法，其特征在于，包括：采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率和电压幅值；采集区域内各用户和机组处管道水的流量、压力和温度；上述采集数据作为联供系统的量测值；量测函数初始化；计算联供系统的量测值与量测函数之间的残差；计算联供系统的权函数，建立电力系统和热力系统间的耦合约束条件；基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数；对联合目标函数采用牛顿‑拉夫逊迭代法进行求解。

【技术特征摘要】
1.热电联供系统热电联合状态估计方法，其特征在于，包括：采集区域内电力线路和节点的有功功率、无功功率和电压幅值；采集区域内各用户和机组处管道水的流量、压力和温度；上述采集数据作为联供系统的量测值；量测函数初始化；计算联供系统的量测值与量测函数之间的残差；计算联供系统的权函数，建立电力系统和热力系统间的耦合约束条件；基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数；对联合目标函数采用牛顿-拉夫逊迭代法进行求解。2.如权利要求1所述的热电联供系统热电联合状态估计方法，其特征在于，量测函数是关于状态量的函数，其中状态量包括电压幅值、电压相角、管道水压力和管道供回水温度。3.如权利要求1所述的热电联供系统热电联合状态估计方法，其特征在于，所述计算联供系统的权函数具体为：由各量测点信息所占系统的权重组成的对角阵。4.如权利要求1所述的热电联供系统热电联合状态估计方法，其特征在于，所述建立电力系统和热力系统间的耦合约束条件为：内燃发电机的电功率等于产热功率与热电比的比值；蒸汽轮机的发电功率与产热功率与热电比的比值的和等于蒸汽轮机组的燃料输入功率与蒸汽轮机的电效率之乘积。5.如权利要求1所述的热电联供系统热电联合状态估计方法，其特征在于，所述基于加权最小二乘法建立残差的联合目标函数，具体为：J＝ΔZTR-1ΔZ其中，ΔZ为联供系统的量测值与状态量函数的残差；R-1为联供系统的权函数。6.如权利要求1所述的热电联供系统热电联合状态估计方法，其特征在于，对联合目标函数采用牛顿-拉夫逊迭代法进行求解，具体为：计算联合雅可比矩阵，通过联合目标函数对状态量求偏导数求解目标函数的极值；采用泰勒公式展开，忽略高次项，求得状态量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙波，周宝斌，张承慧，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37