一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法技术

本发明专利技术公开一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法，涉及综合能源系统安全稳定运行领域，包括以下步骤：首先考虑多能流时间常数各异，建立综合能源系统多时间尺度微分及偏微分方程，得到多时间尺度能量枢纽动态模型；然后根据电力系统暂态能量函数，得到考虑电、气、热耦合综合能源系统暂态能量函数，利用暂态能量函数分析能量枢纽对异质能流扰动的响应特性；最后考虑异质能流故障后的能量函数变化和综合能源系统的分岔行为，分析能量枢纽的暂态故障穿越特性。本发明专利技术适应于能源互联发展趋势，对综合能源系统的多能流故障分析与控制至关重要。

【技术实现步骤摘要】
一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法
本专利技术涉及一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法，属于综合能源系统安全稳定运行领域。
技术介绍
多能流是综合能源系统区别于智能电网的关键特征之一，是能源领域的重要发展方向。综合能源系统的安全高效运行离不开多能流能量管理，但目前在该方面的研究国内外仍还处于起步阶段，尚缺乏系统性的深入研究，研究空间大。与传统电网能量管理相比，综合能源系统多能流能量管理主要面临多能流耦合、多时间尺度等挑战。在传统能源系统中，各种能源耦合不紧，不同能源系统运行之间相对独立，如电网、热力网、天然气网等属于不同公司管理和运营，导致能源使用效率总体不高。综合能源系统由多类异质能流组成，表示多种能量相互转换、耦合和作用。异质能流模型各异，特性差异大，各有不同的建模、分析方法。考虑到多能流之间的耦合性，耦合带来的系统特性变化越来越明显，也越来越复杂，传统单能流系统的建模、分析和控制方法已经无法直接应用；同时考虑到多能流动态的多时间尺度特性，需要研究发生暂态故障时在多时间尺度上不同能流响应特性的差异性，并在此基础上研究多能流系统动态过程的相互影响。因此本专利技术涉及一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法，可以用于综合能源系统多能流故障分析与控制，发挥多能流协同的作用，减小耦合带来的不利影响。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术“一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法”，建立多时间尺度的能量枢纽动态模型；考虑电、气、热耦合综合能源系统暂态能量函数，分析能量枢纽对异质能流扰动的响应特性；考虑能量枢纽在异质能流故障后能量函数变化和分岔行为，分析能量枢纽的暂态故障穿越特性。本专利技术采用如下技术方案：一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法，该方法包括如下步骤：步骤1：建立多时间尺度的能量枢纽动态模型；步骤2：考虑电、气、热耦合综合能源系统暂态能量函数，分析能量枢纽对异质能流扰动的响应特性；步骤3：考虑能量枢纽在异质能流故障后能量函数变化和分岔行为，分析能量枢纽的暂态故障穿越特性。附图说明图1是本专利技术算法流程图。具体实施方式本专利技术包括以下步骤：步骤1：建立多时间尺度的能量枢纽动态模型；综合能源系统中，相较于电能可实现实时调度，热能具有热惯性难以实现供需实时平衡、天然气管网具有慢动态特性，使得热力、燃气系统的时间常数远远大于电力系统，故综合考虑多能流时间常数各异，建立能量枢纽多时间尺度微分及偏微分方程模型，描述综合能源系统的动态特性。1)电力系统暂态模型式中ed′和eq′分别为d轴和q轴机端电压；x和x′分别为定子漏抗和暂态电抗；Td0′为定子暂态开路时间常数；s和w分别为转子滑差和角速度；Tj为转子惯性时间常数；Mm和Me分别为机械转矩和电磁转矩。2)天然气网络动态模型式中Pij(t,x)和Mij(t,x)为在t时刻对于长度为L的管道位置x处的压力和流量；c表示天然气中声音的传播速度；A表示管道的横截面积；f表示摩擦系数；D表示管道直径。3)热惯性动态模型式中C为热容量；R为容器热阻；T(t)和Ta(t)分别为t时刻热水温度和环境温度；ce为水的比热容；q(t)为t时刻用水速率；Td为热水期望温度；Tin为进入系统的冷水温度；Pin(t)为t时刻加热功率。步骤2：考虑电、气、热耦合综合能源系统暂态能量函数，分析能量枢纽对异质能流扰动的响应特性；传统电力系统暂态稳定性问题分析采用暂态能量函数法，即解决两个基本问题：(1)构造系统的暂态能量函数；(2)求取系统暂态能量函数值，一般包括如下四个步骤：1)定义合适的暂态能量函数V(x)；2)计算故障清除时刻系统暂态能量函数V(x)的值Vcr；3)寻找对应故障类型的暂态能量函数V(x)的临界值Vcl；4)对故障后的微分方程从0～tcr进行定积分，使积分结果与暂态能量函数的临界值Vcl相等，从而求出故障临界切除时间tcr。当Vcl<Vcr时，系统处于暂态稳定；否则，系统暂态不稳定；另外Vcl＝Vcr时，系统临界稳定。同理我们可以将电力系统的暂态能量函数法推广应用到综合能源系统，得到考虑电、气、热耦合综合能源系统暂态能量函数，进一步用暂态能量函数分析能量枢纽对异质能流扰动的响应特性。步骤3：考虑能量枢纽在异质能流故障后能量函数变化和分岔行为，分析能量枢纽的暂态故障穿越特性；与电力系统类似，能量枢纽暂态故障穿越特性，即在综合能源系统发生故障的情况下多能流不脱离综合能源系统而继续维持运行，直至故障解除，系统恢复正常平稳运行状态。分岔，即综合能源系统参数变化经过某一个临界值时，系统的定性状态(如：稳定性，系统拓扑结构)发生突然变化的必然现象。首先在步骤2的基础上，当综合能源系统发生故障时，考虑用暂态能量函数法分析综合能源系统能量的变化，然后考虑综合能源系统的分岔行为，从而综合分析能量枢纽的暂态故障穿越特性。以上实施方案仅用于说明本专利技术，而并非对本专利技术的限制，有关
的普通技术人员，在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本专利技术的保护范畴。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法，其特征在于：步骤(1)建立多时间尺度的能量枢纽动态模型；步骤(2)考虑电、气、热耦合综合能源系统暂态能量函数，分析能量枢纽对异质能流扰动的响应特性；步骤(3)考虑能量枢纽在异质能流故障后能量函数变化和分岔行为，分析能量枢纽的暂态故障穿越特性。

【技术特征摘要】
1.一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法，其特征在于：步骤(1)建立多时间尺度的能量枢纽动态模型；步骤(2)考虑电、气、热耦合综合能源系统暂态能量函数，分析能量枢纽对异质能流扰动的响应特性；步骤(3)考虑能量枢纽在异质能流故障后能量函数变化和分岔行为，分析能量枢纽的暂态故障穿越特性。2.根据权利要求1所述的一种异质能流故障下能量枢纽的多时间尺度动态建模方法，其特征在于，所述步骤1)中建立多时间尺度的能量枢纽动态模型:首先考虑多能流时间常数各异，建立综合能源系统多时间尺度微分及偏微分方程，最后得到多时间尺度能量枢纽动态模型。3.根据权利要求1所述的一种异质能流故...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞，王大朔，青灿，颜宏文，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43