一种基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法，包括：基于天然气管道模型和非管元件模型建立气网的拓扑约束方程；将气网的节点和支路以重要部分和非重要部分进行划分，得到简化的气网等值模型；利用Huber函数、投影统计法和可变遗忘因子降低具有测量偏差的历史数据的影响，对简化的气网等值参数进行估计；根据气网等值参数构建气网容错等值模型，用于电

【技术实现步骤摘要】
一种基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法


[0001]本专利技术属于含气网和电网的综合能源系统优化运行
，尤其涉及一种基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法。

技术介绍

[0002]传统的各能源系统相对独立，能源优化调度和规划等仅局限于电能或天然气等单种能源内部进行，无法发挥能源间互补的优势，导致总体能源利用率并不高。为了解决上述问题，被认为是未来主要能源承载形式的综合能源系统最早在欧洲被提出，但由于不同类型的能源企业间存在商业机密不能泄露或数据交换延迟等问题，给日常的能量管理带来了较大的挑战。同时，由于天然气系统规模较大、复杂程度高，在系统优化调度时考虑其详细模型并非必要的。介于上述原因，需进一步研究基于简化天然气系统模型的综合能源系统模型，使天然气系统在参与综合能源系统的优化调度时只需提供少量边界信息，而无需透露详细的网络数据，从而实现综合能源系统中各类能源优势互补，提高系统的能源利用率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法，利用在电
‑
气边界重要节点位置设置的量测设备采集数据，通过不完备的气网数据建立起气网的等值简化模型，以降低综合能源系统的复杂度；根据支路中节点和支路的关联关系，定义支路
‑
节点关联矩阵、对角矩阵，结合气网节点压力矩阵和支路流量变化矩阵建立完备的气网模型；根据现实需要，将节点和支路以重要部分和非重要部分进行划分，消去非重要部分的状态量，得到简化后的气网模型；利用基于投影统计和可变遗忘因子的Huber M估计算法对等值参数进行求解，以解决在获取气网边界数据时由于噪声和系统误差等产生的数据误差，得到基于气网容错等值模型的综合能源系统模型。
[0004]本专利技术提供了一种基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：基于天然气管道模型和非管元件模型建立气网的拓扑约束方程；
[0006]步骤2：将气网的节点和支路以重要部分和非重要部分进行划分，得到简化的气网等值模型；
[0007]步骤3：利用Huber函数、投影统计法和可变遗忘因子降低具有测量偏差的历史数据的影响，对简化的气网等值参数进行估计；
[0008]步骤4：根据气网等值参数构建气网容错等值模型，用于电
‑
气综合能源系统的优化调度与控制。
[0009]进一步地，所述步骤1包括：
[0010]根据Weymouth方程模拟一维管道中天然气流动特性以得到天然气管道模型，并建立非管元件天然气压缩机和储气罐的模型；
[0011]天然气气流受压力驱动而沿着管道进行传输，忽略重力惯性环节和温度变化，对
管道内流体动能和压力能守恒方程在空间上从i节点到j节点进行积分，得到管网Weymouth流动方程，表述为：
[0012][0013]将式(1)进行泰勒展开得到在当前状态下的近似线性化方程：
[0014][0015]其中，Δπ
n
表示节点n处的压力变化；表示节点n处的当前压力状态；表示天然气系统中节点i到节点j的当前流量状态；Δh
ij
表示天然气系统中节点i到节点j的流量变化。
[0016]进一步地，所述步骤2包括：
[0017]假设天然气系统所有节点均满足Kirchhoff第一定律，将天然气管网的线性方程以如下矩阵形式表示：
[0018][0019]其中，Y为支路
‑
节点关联矩阵；y
ij
为表示矩阵Y中i节点和j支路关联关系的元素；Ψ是一个由各支路管道特性决定的对角矩阵；Π为天然气系统中节点压力矩阵；为支路流量变化矩阵；
[0020]令Θ＝YΨ
‑1Y
T
，根据实际气网与电力系统的连接情况，将气网的节点和支路以重要部分和非重要部分进行划分：
[0021][0022]消去非重要部分的参数Π
B
，并令得到：
[0023]Π
B
＝GK+F
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0024]对于b个重要节点，将式(5)进行改写，并展开为如下形式：
[0025][0026]令A
k
＝[π1…
π
b
‑
1 π
b
]，B
k
＝[1 K1…
K
b
]，将式(6)改写为：
[0027]A
k
＝B
k
·
L
k
+ρ
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0028]其中，ρ
k
代表边界量测系统输入端出现的信号噪声引起的随机误差矢量。
[0029]进一步地，通过具有实时跟踪功能的鲁棒自适应算法识别等值参数，降低等值误差，算法的代价函数表示为：
[0030][0031]其中，λ是广义正则化参数，α为可变遗忘因子，η为杠杆测量的系数，ζ(r
i
) 是m估计函数；
[0032]可变遗忘因子表达式如下：
[0033][0034]其中，ε(k)为k时刻的估计误差；μ1和μ2为误差敏感系数；
[0035]Huber函数表达式如下：
[0036][0037][0038]s＝a
m
b
m
median
i
|A
i
‑
B
i
L
i
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0039]其中，d在高斯分布中通常取1.5；r
i
为标准化残差；s鲁棒尺度估计；a
m
、 b
m
为高斯校正因子；
[0040]为使代价最小化，代价函数对Lk求微分并令其结果为零，得到：
[0041]F
k
L
k
＝G
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0042]其中，
[0043][0044]F
k*
＝αF
k
‑1+λ(1
‑
α)I
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0045][0046]使用Sherman
‑
Morrison
‑
Woodbury公式并求解得到：
[0047][0048][0049][0050]由式(17)～(19)构成气网容错等值模型参数估计递推计算公式。
[0051]借由上述方案，通过基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法，将天然气系统节点和支路以重要部分和非重要部分进行划分，建模时忽略非重要部分对系统模型进行简化，实现了拓扑结构未知或运行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于天然气管道模型和非管元件模型建立气网的拓扑约束方程；步骤2：将气网的节点和支路以重要部分和非重要部分进行划分，得到简化的气网等值模型；步骤3：利用Huber函数、投影统计法和可变遗忘因子降低具有测量偏差的历史数据的影响，对简化的气网等值参数进行估计；步骤4：根据气网等值参数构建气网容错等值模型，用于电
‑
气综合能源系统的优化调度与控制。2.根据权利要求1所述的基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法，其特征在于，所述步骤1包括：根据Weymouth方程模拟一维管道中天然气流动特性以得到天然气管道模型，并建立非管元件天然气压缩机和储气罐的模型；天然气气流受压力驱动而沿着管道进行传输，忽略重力惯性环节和温度变化，对管道内流体动能和压力能守恒方程在空间上从i节点到j节点进行积分，得到管网Weymouth流动方程，表述为：将式(1)进行泰勒展开得到在当前状态下的近似线性化方程：其中，Δπ
n
表示节点n处的压力变化；表示节点n处的当前压力状态；表示天然气系统中节点i到节点j的当前流量状态；Δh
ij
表示天然气系统中节点i到节点j的流量变化。3.根据权利要求2所述的基于气网容错等值模型的综合能源系统等值建模方法，其特征在于，所述步骤2包括：假设天然气系统所有节点均满足Kirchhoff第一定律，将天然气管网的线性方程以如下矩阵形式表示：其中，Y为支路
‑
节点关联矩阵；y
ij
为表示矩阵Y中i节点和j支路关联关系的元素；Ψ是一个由各支路管道特性决定的对角矩阵；Π为天然气系统中节点压力矩阵；为支路流量变化矩阵；令Θ＝YΨ
‑1Y
T
，根据实际气网与电力系统的连接情况，将气网的节点和支路以重要部分和非重要部分进行划分：消去非重要部分的参数Π
B
，并令得到：
Π
B
＝GK+F
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)对于b个重要节点，将式(5)进行改写，并展开为如下形式：令A
k
＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭文婷，汪凤月，杨嘉靖，陆政君，罗浩，邓靓，
申请(专利权)人：大唐水电科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：