用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法技术方案

本发明专利技术专利公开了一种用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法，首先建立包含热网动态潮流约束的热电联产系统最优能流计算模型，所述热网动态潮流约束是一组以热媒温度为变量的偏微分方程约束；其次选取处理偏微分方程约束的差分格式，所选差分格式满足无条件稳定和收敛；然后根据所选的优化算法确定上述最优能流计算模型的求解复杂度函数，根据所选的差分格式确定仿真精度函数；最后根据动态最优能流的应用场合分别确定计算复杂度函数和仿真精度函数的权重系数，构建综合考虑最小化计算复杂度和最大化仿真精度的双目标优化模型，并依据优化结果选择最优的差分步长；本方法能够选择兼顾计算复杂度和仿真精度的最优差分步长，在一定计算资源下实现热电联产系统动态最优能流的高效精确求解。

Differential step optimization method for dynamic optimal energy flow calculation of cogeneration system

【技术实现步骤摘要】
用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法所属领域本专利技术属于能源系统运行优化
，具体涉及一种用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法。
技术介绍
随着气候变化与环境污染的负面影响日益加剧，世界各国正在探索清洁、高效、可持续的能源利用新形式。在此背景下，欧盟提出要建设智慧能源“泛欧网络”；美国和日本也分别提出了变革能源利用方式的“氢能计划”和“综合能源计划”。开展多能互补核心技术研究符合我国能源战略的重大需求，国家大力倡议以能源互联网、智慧能源和多能互补为发展方向，积极推动多能互补综合能源系统的理论研究与工程应用。作为综合能源系统的一种典型形式，热电联产系统(CombinedHeatandPowerSystem,CHPS)通过热电机组、电锅炉和热泵等设备将供电和供热两个子系统相互耦合。与传统的分立式能源系统不同，热电联产系统能够充分利用发电回收的余热来供应部分工业或者民用热负荷，从而提升系统的综合能效；同时，供热负荷的热惯性还能为供电系统消纳更多可再生能源提供灵活性资源。热电联产系统动态最优能流计算是指当系统的结构参数和负荷情况都确定时，通过调节系统中某些控制设备的参数来找出能满足所有运行约束和安全指标的，并使得系统某一性能指标(如经济性、环保性和能效等)达到最优值时的潮流分布。最优能流计算通常兼顾系统的安全性和经济性，因而在热电联产系统的规划设计、安全运行、经济调度、可靠性分析和传输阻塞的经济控制等方面具有重要意义。传统的电力系统最优潮流计算是一个含非线性约束的稳态非凸优化问题，而与供热系统联合优化时，热力网络的动态过程在约束集中引入了偏微分方程约束，因而需要对其进行差分处理来实现高效求解。一方面，如果差分步长选择过大，则会造成系统仿真结果与实际运行结果相差较大，优化结果失去参考价值；另一方面，如果差分步长选择过小，则会造成整个优化模型的约束集维度激增，增加最优能流计算的复杂度，在有限的计算资源和计算时间下难以获得系统最优能流。因此，如何选择合适的差分步长以实现仿真精度与计算复杂度之间的平衡是热电联产系统动态最优能流计算的一个关键问题。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中的问题，提供了一种用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法，首先建立包含热网动态潮流约束的热电联产系统最优能流计算模型，所述热网动态潮流约束是一组以热媒温度为变量的偏微分方程约束；其次选取处理偏微分方程约束的差分格式，所选差分格式满足无条件稳定和收敛；然后根据所选的优化算法确定上述最优能流计算模型的求解复杂度函数，根据所选的差分格式确定仿真精度函数；最后根据动态最优能流的应用场合分别确定计算复杂度函数和仿真精度函数的权重系数，构建综合考虑最小化计算复杂度和最大化仿真精度的双目标优化模型，并依据优化结果选择最优的差分步长；本方法能够选择兼顾计算复杂度和仿真精度的最优差分步长，在一定计算资源下实现热电联产系统动态最优能流的高效精确求解。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立热电联产系统动态最优能流计算模型：所述优化模型包含热网动态潮流约束，所述热网动态潮流约束是一组以热媒温度为变量的偏微分方程约束；S2，选取处理偏微分方程约束的差分格式：所选差分格式满足无条件稳定和收敛；S3，确定求解复杂度函数和仿真精度函数：所述步骤进一步包括；S31，根据所选的优化算法确定动态最优能流计算模型的求解复杂度函数：S32，根据所选的差分格式确定动态最优能流计算模型的仿真精度函数：S4，确定最优的差分步长：根据动态最优能流的应用场合分别确定步骤S3中求解复杂度函数和仿真精度函数的权重系数，构建综合考虑最小化计算复杂度和最大化仿真精度的双目标优化模型，并依据优化结果确定最优的差分步长。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S1动态最优能流计算模型中的热网动态潮流约束为：式中：T表示管道内的热媒温度；t和x分别表示时间变量和空间变量；Tamb表示管道外的环境温度；v和c分别表示热媒的质量流量、流速和比热容；R表示管道的热阻。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S2中的差分格式具体形式为：式中：i和t分别表示空间和时间上的索引；M和N分别表示一根热网管道空间上和时间上的分段数；Ti0表示管道内热媒温度的初值条件，为与之对应的函数关系；表示热源处的热媒温度边值条件，ψk为与之对应的函数关系；α和β是定义参数：式中：h和τ分别表示差分的空间步长和时间步长。作为本专利技术的另一种改进，所述步骤S31中的优化算法为单纯形法和改进梯度法的确定性优化算法，通过约束集的维度表征动态最优能流计算模型的求解复杂度函数为：式中：Ω(h,τ)表示动态最优能流计算模型的求解复杂度函数，在指定的优化算法下由所选的时空差分步长决定。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S32中的仿真精度函数通过截断误差的倒数表征，具体为：式中：ξ(h,τ)表示动态最优能流计算模型的仿真精度函数，在指定的差分格式下由所选的时空差分步长决定。作为本专利技术的另一种改进，所述的步骤S4进一步包括：S41，根据系统允许的最大仿真误差确定时空差分步长的上界：空间差分步长的上界取所有管道长度的最小值：hmax＝min{L1,L2,…,Lp}式中：hmax表示空间差分步长的上界；Li(i＝1,2,…,p)表示热网中第i根管道的长度；记系统允许的最大仿真误差为则时间差分步长的上界可由下式确定：式中：τmax表示时间差分步长的上界；Rik表示偏微分方程进行差分时产生的截断误差；S42，根据动态最优能流允许的最大计算时间确定时空差分步长的下界：记Φmax为动态最优能流允许的最大计算时间，则空间差分步长下界hmin和时间差分步长下界τmin可由下式确定：式中：Φ(h,τ)表示当时空差分步长分别为τ和h时，计算动态最优能流所需要的时间；S43，根据动态最优能流的应用场合分别确定计算复杂度函数和仿真精度函数的权重系数：记计算复杂度函数的权重系数为ω1，仿真精度函数的权重系数为ω2，二者满足：ω1+ω2＝1S44，构建综合考虑最小化计算复杂度和最大化仿真精度的双目标优化模型，并依据优化结果确定最优的差分步长，所述的双目标优化模型具体为：s.t.hmin≤h≤hmaxτmin≤τ≤τmaxω1+ω2＝1依据此优化模型的求解结果可得最优的时空差分步长。作为本专利技术的更进一步改进，所述步骤S43中，对于离线动态最优能流计算的应用场合，使ω1≤ω2；对于在线动态最优能流计算的应用场合，使ω2≤ω1。与现有技术相比，本专利技术所提出的用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法，能够选择兼顾计算复杂度和仿真精度的最优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，建立热电联产系统动态最优能流计算模型：所述优化模型包含热网动态潮流约束，所述热网动态潮流约束是一组以热媒温度为变量的偏微分方程约束；/nS2，选取处理偏微分方程约束的差分格式：所选差分格式满足无条件稳定和收敛；/nS3，确定求解复杂度函数和仿真精度函数：所述步骤进一步包括；/nS31，根据所选的优化算法确定动态最优能流计算模型的求解复杂度函数：/nS32，根据所选的差分格式确定动态最优能流计算模型的仿真精度函数：/nS4，确定最优的差分步长：根据动态最优能流的应用场合分别确定步骤S3中求解复杂度函数和仿真精度函数的权重系数，构建综合考虑最小化计算复杂度和最大化仿真精度的双目标优化模型，并依据优化结果确定最优的差分步长。/n

【技术特征摘要】
1.用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，建立热电联产系统动态最优能流计算模型：所述优化模型包含热网动态潮流约束，所述热网动态潮流约束是一组以热媒温度为变量的偏微分方程约束；
S2，选取处理偏微分方程约束的差分格式：所选差分格式满足无条件稳定和收敛；
S3，确定求解复杂度函数和仿真精度函数：所述步骤进一步包括；
S31，根据所选的优化算法确定动态最优能流计算模型的求解复杂度函数：
S32，根据所选的差分格式确定动态最优能流计算模型的仿真精度函数：
S4，确定最优的差分步长：根据动态最优能流的应用场合分别确定步骤S3中求解复杂度函数和仿真精度函数的权重系数，构建综合考虑最小化计算复杂度和最大化仿真精度的双目标优化模型，并依据优化结果确定最优的差分步长。


2.如权利要求1所述的用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法，其特征在于所述步骤S1动态最优能流计算模型中的热网动态潮流约束为：



式中：T表示管道内的热媒温度；t和x分别表示时间变量和空间变量；Tamb表示管道外的环境温度；v和c分别表示热媒的质量流量、流速和比热容；R表示管道的热阻。


3.如权利要求1或2所述的用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法，其特征在于所述步骤S2中的差分格式具体形式为：



式中：i和t分别表示空间和时间上的索引；M和N分别表示一根热网管道空间上和时间上的分段数；Ti0表示管道内热媒温度的初值条件，为与之对应的函数关系；表示热源处的热媒温度边值条件，ψk为与之对应的函数关系；α和β是定义参数：



式中：h和τ分别表示差分的空间步长和时间步长。


4.如权利要求3所述的用于热电联产系统动态最优能流计算的差分步长优选方法，其特征在于所述步骤S31中的优化算法为单纯形法和改进梯度法的确定性优化算法，通过约束集的维度表征动态最优能流计算模型的求解复杂度函数为：



式中：Ω(h,τ)表示动态最优能流计算模型的求解复杂度函数，在指定的优化算法下由所选的时空差分...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾伟，姚帅，陆帅，周苏洋，吴志，潘光胜，张苏涵，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32