基于时域模型的电-气综合能源系统分布式鲁棒估计方法技术方案

本发明专利技术公开了基于时域模型的电

【技术实现步骤摘要】
基于时域模型的电
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气综合能源系统分布式鲁棒估计方法


[0001]本专利技术属于电力系统监测、分析和控制领域，尤其涉及基于时域模型的电
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气综合能源系统分布式鲁棒估计方法。

技术介绍

[0002]随着电力系统和天然气系统耦合关系的不断加深，形成了协同合作、灵活高效的电
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气综合能源系统(integrated electric and gas system，IEGS)，打破了传统多能源系统单独设计、规划与运营的模式，在提升能源使用效率、消纳新能源出力、促进节能减排等多方面发挥着重要的推动作用。在此背景下，构建面向深度耦合的IEGS新型能量管理系统成为必然趋势。状态估计作为能量管理系统的基石，为后续IEGS的潮流计算、安全评估和优化调度提供数据支撑，因此准确实时的IEGS状态估计具有重要意义。
[0003]由于传统的气网稳态建模，仅适应于较长时间尺度的气网状态估计，难以跟踪气网短期负荷波动过程中的实时运行状态，因此需要研究合适的气网动态建模。而天然气在管道中传输的动态特性遵循流体力学定律本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于时域模型的电
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气综合能源系统分布式鲁棒估计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、基于电
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气综合能源系统，分别获取该系统中的气网信息、电网信息；S2、根据气网信息，以气网信息中各个支路的边界条件、初始条件为输入，各支路的末端状态量为输出，构建气网支路时域模型；S3、在支路时域模型上增加天然气网络拓扑约束，并利用矩阵分块方法，构建网络时域模型；S4、根据气网支路时域模型，结合网络时域模型，获得关于当前时刻与前一时刻节点压强的状态方程，获得关于当前节点压强、当前节点注入流量、支路首末端流量的量测方程；之后基于状态方程、量测方程，构建气网状态空间模型；S5、根据电网信息，以Holt两参数指数平滑法构建电网状态方程，结合电网量测方程构建电网状态空间模型；根据燃气轮机和电制氢机组能量转换关系，构建耦合元件模型；S6、根据气网状态空间模型、电网状态空间模型、耦合元件模型，以卡尔曼滤波算法为基础，并利用有限边界信息交互的分布式估计策略、结合过程噪声自适应校正算法、量测噪声自适应校正算法构建电
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气综合能源系统分布式鲁棒状态估计模型；根据电网状态空间模型，以卡尔曼滤波算法为基础、结合过程噪声、量测噪声自适应校正算法构建电网状态估计模型；S7、根据电、气状态估计执行周期判断当前时刻是否需要执行电、气协同状态估计，是则利用电
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气综合能源系统分布式鲁棒状态估计模型进行状态估计输出状态值，否则利用电网状态估计模型进行状态估计输出状态值；S8、判断当前时刻是否为预设结束时刻，是则以步骤S7输出的状态值为结果，否则根据预设值更新当前时刻，并返回执行步骤S7。2.根据权利要求1所述的基于时域模型的电
‑
气综合能源系统分布式鲁棒估计方法，其特征在于，步骤S1具体为：基于电
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气综合能源系统，获取气网信息包括：各管道长度、内径、摩擦系数、平均流速、气体声速，气网状态估计执行周期Δt
g
、差分空间步长Δx
g
、耦合元件的能量转换系数、以及气网量测信息；获取电网信息包括：电网拓扑信息、各节点对地电容、各支路阻抗和对地电容、电网状态估计执行周期Δt
e
、以及电网量测信息。3.根据权利要求1所述的基于时域模型的电
‑
气综合能源系统分布式鲁棒估计方法，其特征在于，步骤S2包括如下子步骤：S2.1、天然气管道内部特性描述为线性偏微分方程组，如下式：其中，p为天然气的气体压强、q为天然气的气体流量；v
a
为气体声速；S、D、λ分别为管道的横截面积、内径、摩擦系数；w为管道平均流速；g和θ为重力加速度和管道倾角；将该线性偏微分方程组转换为统一形式的线性偏微分方程，如下式：
其中，u为气网状态量，分别为气体压强p、流量q，T为转置符号；K1和K2为常系数矩阵，如下式：S2.2、采用中心差商和隐式差分格式将统一形式的线性偏微分方程换成代数方程近似求解，如下式：求解，如下式：求解，如下式：求解，如下式：其中，i、t分别为空间网格编号、时间网格编号，μ1‑3为常系数矩阵，Δt
g
为气网状态估计执行周期，即差分时间步长；Δx
g
为差分空间步长，E为二阶单位矩阵，S2.3、根据步骤S2.2的代数方程，构建相邻时间断面支路状态量的关系式：其中，和分别为t
‑
1时刻和t时刻的支路状态量，其中是相对于的初始条件；为t时刻的边界条件，包括t
‑
1时刻和t时刻的支路首端状态量；M为支路空间差分段数；χ和ε为常系数矩阵，其维度是M
×
M和M
×
2，表示为：其中，S2.4、将边界条件中的归并到初始条件中，构建t时刻支路末端状态量的函数表达式：式中，为t时刻支路末端状态量；α、β分别为调整后边界条件、初始条件的传递矩阵；S2.5、对天然气网络中的各个支路，用气体压强p和流量q表征状态量u，重新分类排序得到气网支路时域模型，如下式：
其中，为支路首末端气体压强、气体构成得N维列向量；α1、α2、α3和α4为首端状态量对末端状态量的N
×
N维传递矩阵；为初始条件对末端状态量的N维传递列向量。4.根据权利要求1所述的基于时域模型的电
‑
气综合能源系统分布式鲁棒估计方法，其特征在于，步骤S3包括如下子步骤：S3.1、根据节点注入流量守恒和支路首末端压强等于所处节点压强，在支路时域模型上增加天然气网络拓扑约束，如下式：上增加天然气网络拓扑约束，如下式：其中，为节点注入流量；为各节点压强；A
in
和A
out
为节点
‑
支路流入、流出关联矩阵；A
pn1
和A
pn2
为支路
‑
首末端节点关联矩阵；S3.2、利用矩阵分块方法将支路时域模型其变形为使用节点压强p
0/M
表征支路首末端流量q
0/M
的函数表达式，如下式：其中，K
11
、K
12
、K
21
、K
22
为N
×
N维恒定系数矩阵；为N维列向量；S3.3、将步骤S3.1的网络拓扑和步骤S3.2的函数表达式结合，构建网络时域模型如下式：其中，Y
n
为天然气网络广义导纳矩阵；b
t
为前一刻系统状态决定的等效分量，Y
n
和b
t
解析式如下：Y
n
＝(A
in
K
21
‑
A
out
K
11
)A
pn1
+(A
in
K
22
‑
A
out...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，潘浩，黄蔓云，孙国强，陈胜，孙康，臧海祥，朱瑛，周亦洲，韩海腾，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：