一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法技术方案

本发明专利技术属于能源互联网中的综合能源系统领域,尤其涉及一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，首先，建立了综合能源系统多能流模型的电、热、天然气网络模型。其次，考虑电气热联合网络中的耦合分量，采用最小二乘法实现了系统的状态估计。最后，通过蒙特卡罗实验，进行了联合状态估计和分离状态估计，状态估计结果可作为电气热联合网络安全评估和调度的基础。本发明专利技术针对含电、热、气的综合能源系统，建立联合网络的数学模型，构建了综合能源系统的多能流计算模型。本发明专利技术有利于提高网络的估计效果,可以广泛应用于能源互联网的综合能源系统领域。

A state estimation method based on the electric thermal joint network of integrated energy system

【技术实现步骤摘要】
一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法
本专利技术属于能源互联网中的综合能源系统领域,尤其涉及一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，具体是一种电气热联合网络运行中利用状态估计进行动态监控的方法，
技术介绍
在能源互联网中，能量将不仅以电的形式进行传播，还可以热、冷、气等多种形式进行传播，因此这是一个有多种能量流动的网络，即多能流网络。其中，电气热联供网络目前发展最为迅速。所谓热网是利用管道来输送热水蒸气或热水，从而达到传输能量目的的网络；而气网是由气源、供气管道、压缩机和负荷组成，由燃气轮机驱动来提高供气压力以保证供气量。热电联产机组、电锅炉和燃气锅炉等设备能够根据需求实现不同能源之间的转换。目前针对多能流的研究内容主要集中在电/气或电/热2种能源网络的联合分析方面，对电气热3种能源网络的联合分析建模较少，而对其多维状态估计的动态监控方面更是一片空白。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，目的是为了电气热联合网络的在线安全评估、优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：包括以下步骤：/n步骤1.分别建立综合能源系统中电力、热力和天然气网络的数学模型，进一步构建综合能源系统多能流计算模型；/n步骤2.考虑联合网络之间的耦合关系，完成电热气联合网络的状态估计；/n步骤3.分析实际案例，通过蒙特卡洛实验比较热电联合状态估计与单独状态估计的性能。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1.分别建立综合能源系统中电力、热力和天然气网络的数学模型，进一步构建综合能源系统多能流计算模型；
步骤2.考虑联合网络之间的耦合关系，完成电热气联合网络的状态估计；
步骤3.分析实际案例，通过蒙特卡洛实验比较热电联合状态估计与单独状态估计的性能。


2.根据权利要求1所述的一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：所述步骤1分别建立综合能源系统中电力、热力和天然气网络的数学模型，并进一步构建综合能源系统多能流计算模型，具体包括以下步骤：
步骤1.1确定系统构成；
步骤1.2电力系统建模；
步骤1.3热力系统模型；
步骤1.4天然气系统潮流计算模型；
步骤1.5考虑耦合元件的电热气联合建模。


3.根据权利要求2所述的一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：所述步骤1.1确定系统构成，包括：
含电、热、气的综合能源系统由分布于一个区域内的电力系统、热力系统、天然气系统和作为耦合环节的多能源转换设备组成；热网是利用管道来输送热水蒸气或热水，从而达到传输能量目的的网络；气网是由气源、供气管道、压缩机和负荷组成，由燃气轮机驱动来提高供气压力以保证供气量；热电联产机组、电锅炉和燃气锅炉根据需求实现不同能源之间的转换。


4.根据权利要求2所述的一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：所述步骤1.3热力系统模型，包括：
将热网拆分为两个拓扑结构一致的网络：供水网络和回水网络；所述供水网络中流动着热水，热水从产热源向热负荷点流动；热水通过热交换器为用户侧提供热量，继而将冷却的水通过回水网络返回给产热源，再进行下一次的加热；通过供水网络和回水网络，在传递热量的同时完成一次水循环；
将热网拆分为水力模型和热力模型两个部分；所述水力模型部分只考虑水在管道中的流动；热力模型部分在已知流量的前提下考虑热传递。


5.根据权利要求2所述的一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：所述步骤1.4天然气系统潮流计算模型，包括：
对天然气系统的日前经济调度研究采用天然气管网系统稳态仿真模型，建立天然气管道调度优化的数学模型。


6.根据权利要求1所述的一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：所述步骤2考虑联合网络之间的耦合关系，完成电热气联合网络的状态估计，包括以下步骤：
步骤2.1以直流状态估计为模型展开研究，由非线性量测方程表示；通过计算量测量与状态估计量的差来得到残差；如果已知网络拓扑和一些参数，通过量测量进行状态估计；最小二乘法以测量值z和测量估计值z之差的平方和最小为目标准则的估计方法；
步骤2.2已知量测量求状态量；根据状态估计的目标函数得到电力系统最小二乘估计的矩阵形式，选取初值，将原方程组线性化，得到线性方程组；通过进行迭代，使目标函数最小。


7.根据权利要求1所述的一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1仿真结果；
步骤3.2电联合状态估计。


8.根据权利要求7所述的一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：所述步骤3.1仿真结果是利用最小二乘法，对电网络进行的状态估计的仿真结果，相角和电压幅值的误差绝对值均比较小，功率的误差波动较大。


9.根据权利要求7所述的一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：所述步骤3.2电联合状态估计是采用蒙特卡洛仿真实验对状态估计的效果进行统计学分析。


10.根据权利要求1-9所述的一种基于综合能源系统电气热联合网络的状态估计方法，其特征是：所述估计方法，包括以下步骤：
步骤(1)进行系统建模，具体为：
步骤(1.1)首先进行电力系统建模，综合能源系统中的电力系统用经典的交流潮流模型描述，其节点的功率表达式如下：



P、Q为节点的有功功率和无功功率；Y为节点导纳矩阵；U为节点电压相量；
步骤(1.2)在电力系统建模之后，进行热力系统建模；热网拆分为两个拓扑结构一致的网络----供水网络和回水网络；
步骤(1.2.1)水力模型建模；热水在网络中流动满足网络基本定律：各管道的流量在各节点处应满足流量连续性方程，即节点处注入流量等于流出的流量；在一个由管道组成的闭合回路中，水在各管道中流动的压头损失之和为0，即



式中：As为供热网络的节点-支路关联矩阵；m为各管道流量；mq为各节点流出的流量；Bh供热管网的回路-支路关联矩阵；hf为压头损失向量，其计算方法为：
hf＝Km|m|(3)
式中K为管道的阻力系数矩阵；
步骤(1.2.2)热力模型；
对于每一个热负荷节点，供热温度Ts表示热水注入负荷节点之前的温度，输出温度To表示热水流出负荷节点时的温度，回热温度Tr表示从负荷节点流出的热水在管道节点处与其他管道的水混合之后的温度；热力模型为
Φ＝Cpmq(Ts-TO)(4)



(∑mout)Tout＝∑minTin(6)
式(4)为热力网络的节点热功率Φ的表达式，Cp为水的比热容；式(5)表示管道末端温度Tend和始...

【专利技术属性】
技术研发人员：满林坤，潘霄，梁毅，王义贺，张娜，邓鑫阳，刘禹彤，侯依昕，李纯正，杨方圆，仲崇飞，刘凯，韩震焘，杨天蒙，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21