【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统运行优化和调控领域，特别是涉及一种基于非线性模型的综合能源系统mpc控制系统。
技术介绍
1、日益严峻的能源短缺、能源利用和环境污染等问题使得能源结构清洁化转型迫在眉睫。随着热电联产、电储能、蓄热/蓄冷等能源利用技术的发展，不同类型能源耦合过程的转化、分配和存储环节愈加复杂，逐渐形成能源产供销一体化的综合能源系统。依托多能互补、能源梯级利用等理念，综合能源系统能够平衡多能源的“转-配-储”环节，扩大电力系统调控边界并增强运行灵活性，为推动能源结构优化和能效提升提供可行路径。综合能源系统的供需不确定预测、优化调度、系统控制等研究领域已引起广泛关注。综合能源系统的调度过程涉及出力不确定性、多动态特性与时间尺度以及多能流耦合问题，对实际运行性能，如稳定性、鲁棒性、经济性等具有巨大影响。现有的优化调度方法集中在模型研究和算法研究两部分，关于模型研究，学者们主要关注基本模型、考虑能流差异性、系统灵活性、系统随机性的调度模型；算法研究主要分为解析法和人工智能法。由于综合能源系统内部的多样性，电力系统面临着协调不同能源资源供给和利用问题，通过引入控制，能够对系统整体运行进行检测、管理和调节，以维持系统的平衡和稳定，确保能源供给和需求之间的匹配。目前，综合能源系统的协调控制通常通过控制策略优化、智能化控制等手段实现，如何实现准确预测系统内部不确定因素并在控制过程中进行适应性调整，已成为当前亟待解决的问题。
2、综合能源系统具有多能流耦合、强不确定性以及多时间尺度的特点，可采用非线性模型对系统复杂的输入输出的关系
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种基于非线性模型的综合能源系统mpc控制系统。该系统能够充分考虑综合能源系统非线性特性，提升系统供需匹配程度以及整个系统的运行经济性。
2、本专利技术所采用的具体技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于非线性模型的综合能源系统mpc控制系统的构建方法，主要包括集成非线性模型、优化算法、实时数据采集和预测控制执行等，以实现系统运行优化及控制，具体如下：
4、s1：搭建综合能源系统中各运行设备及冷热管网的仿真模块，通过基于输入输出数据的系统辨识方法，建立各仿真模块的传递函数模型，并进行模型精度检验，最后根据综合能源系统整体结构组成，基于各设备仿真辨识结果，构建计及非线性特性的综合能源系统动态模型；所述设备包括燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉、电制冷机和吸收制冷机；
5、s2：基于mpc策略的分层优化控制结构，进行如下操作：
6、在上层，建立考虑运行经济性的成本目标函数；在下层mpc控制层，基于步骤s1所述计及非线性特性的综合能源系统动态模型，将优化后的各设备出力结果作为设定值，建立供需平衡目标函数；
7、随后通过加权求和方式建立基于权重分配的多目标优化函数；
8、s3：基于所述综合能源系统中各设备的连接方式及结构特征，对步骤s2所述多目标优化函数构建自定义约束集，其约束形式包括有软约束和硬约束；
9、s4：根据步骤s1所述计及非线性特性的综合能源系统动态模型，构建基于非线性模型的综合能源系统mpc控制系统；通过设定采样时间ts、预测时域p、控制时域m、供需平衡目标权重wc和运行成本目标权重wy，来实现经过步骤s3约束后多目标优化函数期望的运行优化及控制效果，并采用优化算法实现mpc控制系统计算。
10、本专利技术的整体算法可借助matlab中的非线性模型预测控制(nmpc)工具箱进行控制器的结构设计。
11、作为优选，所述综合能源系统包括燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉、电制冷机、吸收制冷机，以及供热供冷管网、天然气管网和电网；所述燃气轮机通过燃烧天然气管网供给的天然气产生电能，向用户供电，当燃气轮机供电不足时，由外电网向用户补充供电；所述余热锅炉通过回收燃气轮机发电产生的烟气余热来生产热能，经热管网输送到用户侧；所述吸收制冷机通过回收燃气轮机产生的烟气余热，产生的冷量由供冷管路输送到用户侧；所述电制冷机接在外电网上，吸收制冷机供冷不足时，由外电网向电制冷机供电进行额外制冷，以满足用户的用冷能需求；所述燃气锅炉接在天然气管网上，余热锅炉供热不足时，由燃气锅炉燃烧天然气进行补充供热，以满足用户的用热能需求；所述供热供冷管网均设有相对独立运行的冷水和热水的供回水管路，整体分为一次网和二次网；所述天然气管网接有燃气轮机和燃气锅炉，满足用户侧供电和热负荷需求；所述电网接有燃气轮机和电制冷机，满足用户侧电负荷需求。
12、本专利技术中，一次网和二次网具体是指一次管网和二次管网，其中，一次管网指集中供热的热源厂，到各用热单位入户处(接口处)的阀门处为止的输送管道；二次管网是指各用热单位内部各个单体建筑物之间的管道。
13、作为优选，所述步骤s2中，基于权重分配的多目标优化函数是通过供需平衡目标函数、考虑运行经济性的成本目标函数、运行成本目标权重和供需平衡目标权重来确定。
14、作为优选，所述供需平衡目标函数是采用mpc控制器对设定值进行动态跟踪，跟踪程度jy(zk)由式(1)确定：
15、
16、其中，zk为输入变量序列；k为当前调度时刻；p为预测时域；ny为输出变量个数；rj(k+i|k)为在k时刻预测k+i时刻的第j个参考输出的值，一般为预测用户需求；yj(k+i|k)为在k时刻预测k+i时刻的第j个系统输出的值；为第j个输出在第k+i时刻的权重系数，默认情况下取1。
17、作为优选，所述考虑运行经济性的成本目标函数jc(zk)由式(2)确定：
18、
19、其中，costgas、costele、costom分别为天然气购气总成本、电网购电总成本和设备运维总成本，单位为元；ts为时间间隔，即采样时间，单位为s；ρgas为天然气密度，一般取0.7174kg/m3；cgas为单位立方米天然气价格，单位为元/m3；gasgt_i、gasgb_i分别为预测时域内第i个时刻的燃气轮机输入天然气流量、燃气锅炉输入天然气流量，单位为kg/s；eleec_i、elegrid_i、elegt_i、heatb_i、heatgb_i、coldec_i、coldac_i分别为预测时域内第i个时刻的电制冷机输入电功率、电网向用户供电功率、燃气轮机供电功率、余热锅炉供热功率、燃气锅炉供热功率、电制冷机制冷功率、吸收制冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于非线性模型的综合能源系统MPC控制系统的构建方法，其特征在于，具体如下：
2.根据权利要求1所述基于非线性模型的综合能源系统MPC控制系统的构建方法，其特征在于，所述综合能源系统包括燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉、电制冷机、吸收制冷机，以及供热供冷管网、天然气管网和电网；所述燃气轮机通过燃烧天然气管网供给的天然气产生电能，向用户供电，当燃气轮机供电不足时，由外电网向用户补充供电；所述余热锅炉通过回收燃气轮机发电产生的烟气余热来生产热能，经热管网输送到用户侧；所述吸收制冷机通过回收燃气轮机产生的烟气余热，产生的冷量由供冷管路输送到用户侧；所述电制冷机接在外电网上，吸收制冷机供冷不足时，由外电网向电制冷机供电进行额外制冷，以满足用户的用冷能需求；所述燃气锅炉接在天然气管网上，余热锅炉供热不足时，由燃气锅炉燃烧天然气进行补充供热，以满足用户的用热能需求；所述供热供冷管网均设有相对独立运行的冷水和热水的供回水管路，整体分为一次网和二次网；所述天然气管网接有燃气轮机和燃气锅炉，满足用户侧供电和热负荷需求；所述电网接有燃气轮机和电制冷机，满足用户侧电负荷需求。
<...【技术特征摘要】
1.一种基于非线性模型的综合能源系统mpc控制系统的构建方法，其特征在于，具体如下：
2.根据权利要求1所述基于非线性模型的综合能源系统mpc控制系统的构建方法，其特征在于，所述综合能源系统包括燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉、电制冷机、吸收制冷机，以及供热供冷管网、天然气管网和电网；所述燃气轮机通过燃烧天然气管网供给的天然气产生电能，向用户供电，当燃气轮机供电不足时，由外电网向用户补充供电；所述余热锅炉通过回收燃气轮机发电产生的烟气余热来生产热能，经热管网输送到用户侧；所述吸收制冷机通过回收燃气轮机产生的烟气余热，产生的冷量由供冷管路输送到用户侧；所述电制冷机接在外电网上，吸收制冷机供冷不足时，由外电网向电制冷机供电进行额外制冷，以满足用户的用冷能需求；所述燃气锅炉接在天然气管网上，余热锅炉供热不足时，由燃气锅炉燃烧天然气进行补充供热，以满足用户的用热能需求；所述供热供冷管网均设有相对独立运行的冷水和热水的供回水管路，整体分为一次网和二次网；所述天然气管网接有燃气轮机和燃气锅炉，满足用户侧供电和热负荷需...
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