一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测控制方法技术方案

为充分挖掘热力管网自身储热调节能力，本发明专利技术提出一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测控制方法。基于管道虚拟分解法建立了管道网络模拟动态模型，用于计算管网的延迟时间，该方法与传统舍入方法相比能够有效避免管道分段造成的误差累积问题；制定电热综合能源系统日前调度策略；基于所提出的管道虚拟分解法建立电热综合能源系统日前调度模型；以电网联络线功率和储能预估输出值与日前调度值之间的误差最小为目标，建立电热综合能源系统日内滚动优化模型；通过求解模型得到综合能源系统日内实时控制策略。本方案不仅使得综合能源系统运行更加平稳，并且降低了系统与电网交换功率的波动性，提升了电网运行稳定性，从而提高了新能源的消纳能力。提高了新能源的消纳能力。提高了新能源的消纳能力。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测控制方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统运行与控制领域，尤其涉及一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测方法。

技术介绍

[0002]随着不可再生资源的日益枯竭和全球环境问题的越发严重，近年来具有不确定性的可再生能源大规模接入电网对系统灵活性提出了更高的要求。综合能源系统依据各种能源的互补特性进行统一规划运行，其具有调度灵活的特点，但由于综合能源系统内多种能源形势高度耦合，使得综合能源系统运行更加复杂。
[0003]在现有的通用管道模型中，管道传输延迟时一般表述为时间间隔的数量，传统的延迟计算方法是需要在介质经过的每一根管道时都进行舍入计算，有可能导致误差累计。不能满足调度的要求。
[0004]在现有的预测模型中，新能源出力和负荷在大时间尺度下的预测仍存在不准确的问题，这些问题会导致新能源发出的电力不能够及时被消纳，同时还会引起电网联络线的功率波动。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提出一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测控制方法。
[0006]为实现本专利技术的目的，提供一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测控制方法，包括如下步骤：
[0007]S1：基于管道虚拟分解法，建立管道网络动态模型；
[0008]S2：基于所述管道网络动态模型制定电热综合能源系统日前调度模型；
[0009]S3：基于所述电热综合能源系统日前调度模型获取电热综合能源系统的电网联络线功率和储能预估输出值，再基于所述电网联络线功率和储能预估输出值求解电热综合能源系统日内滚动优化模型，并在求解过程中不断修正可调节设备的输出功率，此求解过程即为电热综合能源系统日内实时控制策略。
[0010]进一步地，所述管道网络动态模型具体包括：
[0011]管道节点流量平衡：
[0012]其中，P、i、in和out分别表示管道、道编号、流入节点和流出节点，m
k,t
表示在t时刻第k根管道内的质量流量，Ω表示节点管道的集合；
[0013]温度混合：
[0014]其中，和分别表示流出管道的水温和混合后水温；
[0015]管道能量损耗：
[0016][0017]λ
i
＝πd
i
μ；
[0018]其中，C
w
表示管道中水的比热容，μ表示管道热损失系数，d
i
表示管道直径，L
i
表示管道长度，T
a
表示环境温度，m
i,t
表示i管道的质量流量，表示i管道的始端温度，表示i管道的末端温度；
[0019]管道传输延迟：
[0020]首先，通过上述管道温度损耗模型计算未虚拟分解的主管道的温度损失，再转换热为功率损失，如式：
[0021]其中，表示管道的功率损耗，表示主管道末端温度，表示主管道始端温度，m
1,t
表示主管道的质量流量；
[0022]其次，由于主管道的质量流量等于分支管道质量流量之和，通过质量流量权重比求解出各虚拟管道功率损失，如式：
[0023]m
2,t
+m
3,t
+
…
+m
n,t
＝m
1,t
；
[0024][0025]其中，i＝1,
…
,n，表示虚拟管道的末端温度，表示虚拟管道的始端温度，m
n,t
表示虚拟管道的质量流量；
[0026]然后，根据介质流经虚拟管道与未虚拟分解的主管道的时间相等求解出各虚拟管道的长度，如式:
[0027]其中，ρ、A1…
A
n
和L1…
L
n'
分别表示管道中液体水的密度、管道横截面积和管道长度，
[0028]最后，再将虚拟管道长度与对应的分支管道长度相加得到新的管道长度，然后进行时间延迟计算，如式：
[0029][0030][0031][0032]其中，Δt表示时间间隔，m
i,t
Δt表示在t时刻注入管道的水的质量流量，假设在t时刻流入的水质在t+n
i,t
Δt时刻有水流出，S
i,t
表示在t时刻到t+n
i,t
Δt时刻注入管道的水
的质量流量，n
i,t
表示最大延迟时间间隔个数，表示取得的延迟时间间隔个数。
[0033]进一步地，所述电热综合能源系统日前调度模型具体包括：
[0034]日前调度阶段目标函数表述为：
[0035][0036]其中，T表示日前优化调度的总时段数，N
DG
和N
bat
分别表示分布式电源和蓄电池的总个数，c
DG
和c
bat
分别表述燃气轮机机组运行的成本和蓄电池维护成本，P
tbat
表示储能在t时刻的充放电功率，P
tbat
为正值时表示蓄电池向微电网放电，P
tbat
为负值时表示微电网对蓄电池充电，和分别表示在t时刻向主网购买和售出电的价格，P
tDG
、P
tbuy
和P
tsell
分别为在t时刻燃气轮机输出功率、向主网购电功率和向主网售电功率。
[0037]进一步地，所述电热综合能源系统日前调度模型按如下约束：
[0038]电力平衡约束：
[0039]其中，P
tgrid,C
、P
tDG,C
、P
tbat,C
分别表示在t时刻制冷中心的联络线功率、燃气轮机出力和蓄电池出力，P
tPV,C
表示t时刻制冷中心屋顶光伏的发电功功率，P
tW
表示水冷式制冷设备的功耗，P
tIS
表示冰蓄能系统的功耗，表示辅助设备用电；
[0040]燃气轮机出力约束，具体包括：
[0041]对于燃气轮机上下限约束，如式：P
DG,C,min
≤P
tDG,C
≤P
DG,C,max
；
[0042]其中，P
DG,C,min
和P
DG,C,max
分别表示燃气轮机出力的上限和下限；
[0043]为了保证分布式电源的使用寿命，对燃气轮机爬坡功率作了限制，如式：
[0044][0045]其中，ΔP
DG,C,min
和ΔP
DG,C,max
分别表示燃气轮机爬坡的上限和下限,表示上一时刻燃气轮机实处功率；
[0046]储能设备的运行约束，如式：
[0047]SOC
t
＝SOC
t
‑1(1
‑
r
self...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：基于管道虚拟分解法，建立管道网络动态模型；S2：基于所述管道网络动态模型制定电热综合能源系统日前调度模型；S3：基于所述电热综合能源系统日前调度模型获取电热综合能源系统的电网联络线功率和储能预估输出值，再基于所述电网联络线功率和储能预估输出值求解电热综合能源系统日内滚动优化模型，并在求解过程中不断修正可调节设备的输出功率，此求解过程即为电热综合能源系统日内实时控制策略。2.根据权利要求1所述的一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测控制方法，其特征在于，所述管道网络动态模型具体包括：管道节点流量平衡：其中，P、i、in和out分别表示管道、道编号、流入节点和流出节点，m
k,t
表示在t时刻第k根管道内的质量流量，Ω表示节点管道的集合；温度混合：其中，和分别表示流出管道的水温和混合后水温；管道能量损耗：λ
i
＝πd
i
μ；其中，C
w
表示管道中水的比热容，μ表示管道热损失系数，d
i
表示管道直径，L
i
表示管道长度，T
a
表示环境温度，m
i,t
表示i管道的质量流量，表示i管道的始端温度，表示i管道的末端温度；管道传输延迟：首先，通过上述管道温度损耗模型计算未虚拟分解的主管道的温度损失，再转换热为功率损失，如式：其中，表示管道的功率损耗，表示主管道末端温度，表示主管道始端温度，m
1,t
表示主管道的质量流量；其次，由于主管道的质量流量等于分支管道质量流量之和，通过质量流量权重比求解出各虚拟管道功率损失，如式：m
2,t
+m
3,t
+
…
+m
n,t
＝m
1,t
；其中，i＝1,
…
,n，表示虚拟管道的末端温度，表示虚拟管道的始端温度，m
n,t
表
示虚拟管道的质量流量；然后，根据介质流经虚拟管道与未虚拟分解的主管道的时间相等求解出各虚拟管道的长度，如式:其中，ρ、A1…
A
n
和L1…
L
n'
分别表示管道中液体水的密度、管道横截面积和管道长度，最后，再将虚拟管道长度与对应的分支管道长度相加得到新的管道长度，然后进行时间延迟计算，如式：间延迟计算，如式：间延迟计算，如式：其中，Δt表示时间间隔，m
i,t
Δt表示在t时刻注入管道的水的质量流量，假设在t时刻流入的水质在t+n
i,t
Δt时刻有水流出，S
i,t
表示在t时刻到t+n
i,t
Δt时刻注入管道的水的质量流量，n
i,t
表示最大延迟时间间隔个数，表示取得的延迟时间间隔个数。3.根据权利要求2所述的一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测控制方法，其特征在于，所述电热综合能源系统日前调度模型具体包括：日前调度阶段目标函数表述为：其中，T表示日前优化调度的总时段数，N
DG
和N
bat
分别表示分布式电源和蓄电池的总个数，c
DG
和c
bat
分别表述燃气轮机机组运行的成本和蓄电池维护成本，P
tbat
表示储能在t时刻的充放电功率，P
tbat
为正值时表示蓄电池向微电网放电，P
tbat
为负值时表示微电网对蓄电池充电，和分别表示在t时刻向主网购买和售出电的价格，P
tDG
、P
tbuy
和P
tsell
分别为在t时刻燃气轮机输出功率、向主网购电功率和向主网售电功率。4.根据权利要求3所述的一种考虑管网模型的电热综合能源系统模型预测控制方法，其特征在于，所述电热综合能源系统日前调度模型按如下约束：电力平衡约束：其中，P
tgrid,C
、P
tDG,C
、P
tbat,C
分别表示在t时刻制冷中心的联络线功率、燃气轮机出力和蓄电池出力，P
tPV,C
表示t时刻制冷中心屋顶光伏的发电功功率，P
tW
表示水冷式制冷设备的功耗，P
tIS
表示冰蓄能系统的功耗，表示辅助设备用电；
燃气轮机出力约束，具体包括：对于燃气轮机上下限约束，如式：P
DG,C,min
≤P
tDG,C
≤P
DG,C,max
；其中，P
DG
,C
,min
和P
DG
,C
,max
分别表示燃气轮机出力的上限和下限；为了保证分布式电源的使用寿命，对燃气轮机爬坡功率作了限制，如式：其中，ΔP
DG
,C
,min
和ΔP
DG,C,max
分别表示燃气轮机爬坡的上限和下限,表示上一时刻燃气轮机实处功率；储能设备的运行约束，如式：SOC
t
＝SOC
t
‑1(1
‑
r
self
‑
dis
)
‑
P
tbat
Δt
·
η
ch
/E
SB
；SOC
t
＝SOC
t
‑1(1
‑
r
self
‑
dis
)
‑
P
tbat
Δt/η
dis
E
SB
；其中，SOC
t
‑1表示t
‑
1时段负荷电量，SOC
t
表示t时段负荷电量，P
tbat
表示t时段蓄电池充/放电功率，其中放电时为正，充电时为负；η
ch
表示蓄电池的充电效率，η
dis
表示蓄电池的放电效率，r
self
‑
dis
表示蓄电池的自放电率，E
SB
表示蓄电池装机容量；配电网潮...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹新记，陈亮，蔡骏，严颖，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：