一种基于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法，所述方法包括：基于实用化安全域，构建包含优化目标与运行约束的区域综合能源系统优化控制模型；采用NSGA‑II算法求解上述控制模型，获得一组最优的系统优化控制方案集；针对管线出口负荷，通过调整开关状态、阀门开放量调整其大小，对管线出口负荷进行相应的削减或者增加，实现工作点在安全域中位置的调整。该方法可以有效的解决区域综合能源系统从安全状态至安全高效状态的控制问题，获得使系统最快且控制措施经济性最优的从安全状态移动至安全高效状态的控制策略。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法
本专利技术涉及综合能源系统优化控制领域，尤其涉及一种基于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法。
技术介绍
综合能源系统(integratedenergysystem,IES)是“互联网+”等先进理念在能源物理层面的具体体现，由于能量转设备的革新，生活生产方式的改变，可再生能源的大量渗透等原因，其已经成为了未来能源利用模式的主要发展趋势之一。深度耦合的综合能源系统在运行过程中面临潜在的安全隐患，某元件故障后将会影响其他能源子系统的安全运行，相较于传统独立运行的能源系统，综合能源系统的规划设计、运行调度、安全分析、保护控制等方面将面临新的挑战。安全可靠作为能源系统运行的最基本要求，是规划、运行、交易等方面研究的基础，是综合能源系统的重要研究方向之一。目前关于综合能源系统安全性的研究大多基于传统的逐点法，通过逐点仿真校验局部有限个运行点来判断安全状态，获取的安全信息较为片面，而且计算量大、耗时长，不适用于在线安全分析。利用安全域的方法可以有效便捷地观察系统安全边界，根据工作点在安全域内的相对位置获取系统安全状态、安全距离、安全裕度、调整方向等各种安全信息，极大的提高了安全评估的效率，简化了与安全性相关的各种最优化问题的求解。区域综合能源系统优化控制的目标是使区域综合能源系统维持在正常、高效的安全运行状态。利用安全域分析工具，调度员可以获取系统安全运行的完整边界，此外，根据工作点与安全域的相对位置，还可以得到工作点的安全状态、安全距离、安全裕度等各种安全信息。基于安全域的系统安全性信息为调度员实施安全控制措施奠定了基础，是调度员进行决策判断的依据。因此，有必要基于实用化区域综合能源系统安全域理论，研究区域综合能源系统的优化控制措施。如何对区域综合能源系统所带负荷进行调控，如何在考虑调控措施经济性的基础上使系统达到安全性与高效性均衡的运行状态，是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法，该方法可以有效的解决区域综合能源系统从安全状态至安全高效状态的控制问题，获得使系统最快且控制措施经济性最优的从安全状态移动至安全高效状态的控制策略，详见下文描述：一种基于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法，所述方法包括：基于实用化安全域，构建包含优化目标与运行约束的区域综合能源系统优化控制模型；采用NSGA-II算法求解上述控制模型，获得一组最优的系统优化控制方案集；针对管线出口负荷，通过调整开关状态、阀门开放量调整其大小，对管线出口负荷进行相应的削减或者增加，实现工作点在安全域中位置的调整。所述区域综合能源系统优化控制模型具体为：(1)优化目标I：安全程度函数式中，表示安全程度函数中的最大值；(2)优化目标II：效率程度函数式中，表示效率程度函数中的最大值；(3)优化目标III：调控路径函数式中，表示调控路径函数中的最小值；优化控制的约束条件为区域综合能源系统多能流能量平衡约束、满足N-1安全性校验的安全约束不等式；区域综合能源系统多能流能量平衡约束为：式中，hPDS(L)＝0、hNGS(L)＝0、hDHS(L)＝0、hEH(L)＝0分别表示电力系统、天然气系统、区域热力系统、能量枢纽对应的能量流能量平衡等式方程；安全约束不等式为：∑λkLk-CL≤Lm≤CU-∑λkLk。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、本专利技术建立了使系统以最小经济代价、最快调控速度的方法从安全状态到达安全性与高效性均衡状态的优化控制模型，有助于改善系统安全状态、促进系统安全高效运行；2、通过求解模型，可以得出具体的优化控制方案，包括系统中需要采取控制措施的管线的编号以及具体需要减少负荷的大小，有助于维持系统的安全运行。附图说明图1为基于二维安全域的工作点安全程度函数示意图；图2为某二维安全域的工作点效率程度函数示意图；图3为某二维安全域的RPF影响示意图；图4为区域综合能源系统测试算例拓扑结构；图5为电-气三维安全域中SDF分布；图6为电-气三维安全域中EDF分布；图7为区域综合能源系统最优控制方案集的Pareto前沿；图8为工作点D到工作点W的调控路径。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1为了改善区域综合能源系统安全状态、促进系统安全高效运行，本专利技术实施例提供了一种基于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法，详见下文描述：101：基于实用化安全域，构建了包含优化目标与运行约束的区域综合能源系统优化控制模型；102：采用NSGA-II算法求解上述控制模型，可以获得一组最优的系统优化控制方案集(Pareto最优解集)与目标函数(Pareto前沿)。103：控制方案具体描述为，针对控制对象，即关键管线出口负荷，通过调整开关状态、阀门开放量等调整其大小，从而实现工作点在安全域中位置的调整，实现优化控制。综上所述，本专利技术实施例有助于改善区域综合能源系统安全状态，可以指导系统以最经济-快速的方式从安全工作点移动至安全高效工作点。实施例2下面结合计算公式、以及实例对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：201：基于实用化安全域，构建了包含优化目标与运行约束的区域综合能源系统优化控制模型。首先简要介绍实用化区域综合能源系统安全域理论，区域综合能源系统实用化安全域定义为：计及能量枢纽关键设备、关键管线出口N-1故障后的转带安全约束、能量平衡等约束，不计及管线运行约束不等式，系统中能够满足N-1安全准则的所有工作点集合。其数学模型为：ΩP-RIESSR＝{L|h(L)＝0,Wmin≤W(L)≤Wmax}(1)式中，ΩP-RIESSR表示区域综合能源系统实用化安全域；L表示工作点向量；h(L)＝0表示区域综合能源系统多能流能量平衡方程；Wmin≤W(L)≤Wmax表示满足N-1安全性校验的安全约束不等式；Wmax、Wmin分别表示不等式约束W(L)的上、下限。安全约束不等式具体包括：(1)关键设备N-1故障后的转带设备容量不等式约束式中，Cj为设备j的额定容量；k为设备j短时允许的过载系数；Hj为设备j所带的负荷；为设备i发生故障后转带给设备j的负荷；a表示负荷的类型；表示多能耦合组件运行约束上下限。(2)关键管线N-1故障后的转带管线容量不等式约束式中，为管线n所带的负荷；为管线m发生故障后转带给管线n的负荷；为管线Ln的额定容量，也表示管线m与管线n有转带关系。PP表示多能耦合组件在运行时需消耗的能量。实用化安全边界Bm由上边界与下边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n基于实用化安全域，构建包含优化目标与运行约束的区域综合能源系统优化控制模型；/n采用NSGA-II算法求解上述控制模型，获得一组最优的系统优化控制方案集；/n针对管线出口负荷，通过调整开关状态、阀门开放量调整其大小，对管线出口负荷进行相应的削减或者增加，实现工作点在安全域中位置的调整。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：
基于实用化安全域，构建包含优化目标与运行约束的区域综合能源系统优化控制模型；
采用NSGA-II算法求解上述控制模型，获得一组最优的系统优化控制方案集；
针对管线出口负荷，通过调整开关状态、阀门开放量调整其大小，对管线出口负荷进行相应的削减或者增加，实现工作点在安全域中位置的调整。


2.根据权利要求1所述的一种基于实用化安全域的区域综合能源系统优化控制方法，其特征在于，所述区域综合能源系统优化控制模型具体为：
(1)优化目标I：安全程度函数



式中，表示安全程度函数中的最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，李思源，刘柳，贾宏杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12