【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于综合能源，具体涉及综合能源系统全要素时序容量匹配方案。
技术介绍
1、农村综合能源系统中多能源间的耦合复杂，并广泛存在于源、网、荷、储等各个环节，协同各类能源系统满足用户需求是今后能源发展的必然趋势，农村综合能源系统通过各种能源的协调使用及多种设备的耦合运行，可以为农村用户供应冷能、热能和电能等多种终端能源，是实现能源梯级利用、提高能源利用效率的有效手段，与传统供能系统相对比，区域综合能源系统具有更高的能源利用效率，而更为重要的优势是其经济效益十分明显，准确、有效的多能耦合理论是支撑农村能源网络规划的关键，且需满足多过程等多方面建模需求；因此，提供一种考虑多能源间耦合关系、基于五层级能源集线器模型、构建潮流模型的综合能源系统全要素时序容量匹配方案是非常有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种考虑多能源间耦合关系、基于五层级能源集线器模型、构建潮流模型的综合能源系统全要素时序容量匹配方案。
2、本专利技术的目的是这样实现的：综合能源系统全要素时序容量匹配方案，所述的方案包括以下步骤：
3、步骤1：构建五层集线器模型：构建基于改进五层级能源集线器模型的乡村能源耦合全要素精细化建模方法模型来处理综合能源系统中多能耦合问题；
4、步骤2：对多能耦合系统进行全要素精细化建模：考虑多能源间耦合关系，采用基于改进五层级能源集线器模型的综合能源耦合全要素精细化建模方法，构建以电为中心的电-热-气系统及耦合元
5、所述的步骤1中的构建五层集线器模型具体为：五层集线器模型由分配层、转换层、集成层、储能层和网络层构成，能够涵盖能量的生产、传输、转换、存储、配用等全部耦合过程。
6、所述的分配层用以描述外部输入的能量在多个能源生产设备之间的分配过程；所述的转换层用以描述能量转换过程；所述的集成层用以描述归属于某能量形式的多个能源生产设备输出功率的汇总；所述的储能层用以描述农村能源系统中能量的存储过程；所述的网络层用以描述能量在供能管道的传输过程中产生的能量损耗与潮流约束。
7、所述的储能层和网络层置于系统的输出端口，相当于是对输出矩阵p的修正，通过简单的变换可以得到：l+m＝c(p-q)，为了单独分析储能对系统的影响，对上述公式做进一步的变形：l＝c(p-q)-m＝cp-meq，式中，meq为一列向量，具体表示如下：式中，ei为第i种形式能源的存储量；sij表示储能耦合因子，对应矩阵s为储能耦合矩阵；故可得到能源集线器总输入与总输出之间的关系可表示为：m[pin,1,t pin,2,t pin,3,t pin,4,tpin,5,t pin,6,t pin,7,t pin,8,t|pin,st,t]t＝[pout,e,t pout,h,t pout,c,t]，m＝m5[m3m2m1|m4]，式中，m＝m5[m3m2m1m4]为总传递矩阵，其中m1为分配层的传递矩阵；m2转换层的传递矩阵；m3为集成层的传递矩阵；m4为储能层的传递矩阵；m5为网络层的传递矩阵；在所述的网络层中，网络约束主要包括电力系统约束、天然气系统约束、热网约束；由于农村能源系统常通过分散式燃烧、电能供应、热网等方式支撑冷/热负荷，同时，热网结构简单，气网结构单一，电网结构相对复杂，电能在配用过程中传输速度快，造成的损耗小，因此，农村能源网络一般“以电网为中心”进行网络层的潮流计算。
8、所述的步骤2中的多能耦合系统进行全要素精细化建模具体包括以下步骤：
9、步骤2.1：农村分布式能源能量输出模型；
10、步骤2.2：多品类用能负荷数学模型；
11、步骤2.3：农村能源系统数学模型；
12、步骤2.4：耦合元件数学模型：耦合元件包括生物质热电联产机组、生物质冷热电三联供机组、电锅炉、电转气装置、压缩机。
13、所述的步骤2.1中的农村分布式能源能量输出模型具体包括以下步骤：
14、步骤2.11：风电输出模型：风力发电机的直接动力来源是自然界风力带动风机叶片转动产生的机械能，从而产生有功功率，叶片将风能转换为转矩机械能的关系式为：式中，pme为风能转换为转矩机械能的输出功率；aτ为风机叶片的扫掠面积；ρ为空气密度；v为即时风速；c为叶片的功率转换系数，即叶片将风能转换为转矩机械能的转换百分比；风力发电系统的性能主要体现在输出有功功率特性曲线上，如下式所示：式中，d为叶片的直径；pw为风电机的输出有功；ηg为风力发电机的效率；ηf为机械传动装置的效率；在实际工程中，风力发电系统的输出功率通常会简化为：式中，pe表示风力发电机的额定功率；vr表示处于额定功率发电状态下的风速；vci表示切入风速；vco表示切出风速；参数参数k2＝-k1vci；
15、步骤2.12：光伏输出模型：一个光伏阵列的输出功率为：pp＝eapηp，式中，e、ap、ηp分别代表光照强度，光伏阵列有效面积和电池板光电转化率；
16、步骤2.13：生物质输出模型：主要考虑生物质机组输出功率与输入生物质的静态特性，以生物质机组发电功率为例：bbio＝bbiohsvs，pe＝bbioee，式中，bbio为可利用的生物质能源；bbio为某种生物质消耗量；hs为单位生物质的热值；vs为生物质能源的可利用率；pe为生物质机组发电功率；ee为机组发电效。
17、所述的步骤2.2中的多品类用能负荷数学模型具体包括以下步骤：
18、步骤2.21：电负荷数学模型：考虑多能源互补利用后，电力系统负荷不仅包含传统用电负荷，还应考虑电锅炉、电转气、电制冷等设备的耗电量：pl＝pp2g+pp2c+peb+pd,式中，pp2g、pp2c、peb分别为电转气、电制冷、电锅炉的耗电量；pd为传统电需求；
19、步骤2.22：热负荷数学模型：热负荷由农村运行系统中热电联产机组、冷热电三联供机组以及电锅炉提供热能，若不考虑热力网络中能量损失则有下式所示关系：φd＝φchp+φcchp+φeb，式中，φchp、φcchp、φeb分别代表chp机组、cchp机组以及电锅炉的热出力；
20、步骤2.23：冷负荷数学模型：冷负荷数学模型根据农村运行系统冷热电三联供机组以及电制冷机等设备产生的负荷确定：cd＝ccchp+cp2c，式中，ccchp、cp2c分别为冷热电三联供机组、电制冷设备冷出力；
21、步骤2.24：气负荷数学模型：气负荷数学模型根据外部市场供应以及运行系统内电转气等设备转换的负荷确定：gd＝gs+gp2g+gbuy，式中，gs、gp2g、gbuy分别为气源产气量、电转气出力以及外部市场购气量。
22、所述的步骤2.3中的农村能源系统数学模型具体包括以下步骤：
23、步骤2.31：电力系统数学模型：电力系统模型表示为以下形式：pi＝(pire+pichp+picchp)-(pip2g+pip2c+pieb+p本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的方案包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的步骤1中的构建五层集线器模型具体为：五层集线器模型由分配层、转换层、集成层、储能层和网络层构成，能够涵盖能量的生产、传输、转换、存储、配用等全部耦合过程。
3.如权利要求2所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的分配层用以描述外部输入的能量在多个能源生产设备之间的分配过程；所述的转换层用以描述能量转换过程；所述的集成层用以描述归属于某能量形式的多个能源生产设备输出功率的汇总；所述的储能层用以描述农村能源系统中能量的存储过程；所述的网络层用以描述能量在供能管道的传输过程中产生的能量损耗与潮流约束。
4.如权利要求3所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的储能层和网络层置于系统的输出端口，相当于是对输出矩阵P的修正，通过简单的变换可以得到：L+M＝C(P-Q)，为了单独分析储能对系统的影响，对上述公式做进一步的变形：L＝C(P-Q)-M＝CP-Meq，式中，
5.如权利要求1所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的步骤2中的多能耦合系统进行全要素精细化建模具体包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的步骤2.1中的农村分布式能源能量输出模型具体包括以下步骤：
7.如权利要求5所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的步骤2.2中的多品类用能负荷数学模型具体包括以下步骤：
8.如权利要求5所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的步骤2.3中的农村能源系统数学模型具体包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的步骤2.32中的热力系统数学模型具体包括：①质量流量平衡方程：质量流量平衡方程描述了质量流量的连续性，即流入节点的质量流量等于流出节点的质量流量加上节点消耗的质量流量，如下式所示：Ahm＝mq，式中，Ah为流动性关联矩阵；m为管道中流体质量流量向量；mq为流出或流入节点的质量流量向量；②回路压头方程：热力管道摩擦会引起压头损失，采用电力系统电路中KVL方程，在热力网络的一个封闭回路中管道总压头损失之和为零，如下式所示：Bhhf＝0，式中，Bh为回路系数矩阵；hf为热力管道的压头损失向量；压头损失与各管道内流体的质量流量关联关系如下式所示：hf＝Km|m|，式中，K为阻抗系数；③节点热功率平衡方程：节点热功率平衡方程包括负荷节点热功率平衡方程和热源节点热功率平衡方程，如下式所示：ΦD＝Cpmq(Ts_load-To_load)，ΦG＝Cpmq(Ts_source-Tr_source)，ΦG＝ΦCHP+ΦCCHP+ΦEB，式中，ΦD为负荷节点热功率向量；mq为流出或流入节点的质量流量向量；ΦG为热源节点热功率向量；Ts_load为负荷节点供热温度向量；To_load为负荷节点出口温度向量；Ts_source为热源节点供热温度向量；Tr_source为热源节点回热温度向量；ΦCHP、ΦCCHP、ΦEB依次为生物质热电联产机组、生物质冷热电三联供机组、电锅炉提供的热功率向量；Cp为比热容；④温度下降方程：由于能量损失，质量流量流经管道后温度会下降，温度变化与管道长度呈指数关系，如下式所示：式中，Tstart、Tend分别为管道首段和末端温度；L是热力管道的长度；Ta是环境温度；λ是热力管道每单位长度的传热系数；⑤混合温度方程：通...
【技术特征摘要】
1.综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的方案包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的步骤1中的构建五层集线器模型具体为：五层集线器模型由分配层、转换层、集成层、储能层和网络层构成，能够涵盖能量的生产、传输、转换、存储、配用等全部耦合过程。
3.如权利要求2所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的分配层用以描述外部输入的能量在多个能源生产设备之间的分配过程；所述的转换层用以描述能量转换过程；所述的集成层用以描述归属于某能量形式的多个能源生产设备输出功率的汇总；所述的储能层用以描述农村能源系统中能量的存储过程；所述的网络层用以描述能量在供能管道的传输过程中产生的能量损耗与潮流约束。
4.如权利要求3所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的储能层和网络层置于系统的输出端口，相当于是对输出矩阵p的修正，通过简单的变换可以得到：l+m＝c(p-q)，为了单独分析储能对系统的影响，对上述公式做进一步的变形：l＝c(p-q)-m＝cp-meq，式中，meq为一列向量，具体表示如下：式中，ei为第i种形式能源的存储量；sij表示储能耦合因子，对应矩阵s为储能耦合矩阵；故可得到能源集线器总输入与总输出之间的关系可表示为：m[pin,1,t pin,2,t pin,3,t pin,4,tpin,5,t pin,6,t pin,7,t pin,8,t|pin,st,t]t＝[pout,e,t pout,h,t pout,c,t]，m＝m5[m3m2m1|m4]，式中，m＝m5[m3m2m1|m4]为总传递矩阵，其中m1为分配层的传递矩阵；m2转换层的传递矩阵；m3为集成层的传递矩阵；m4为储能层的传递矩阵；m5为网络层的传递矩阵；在所述的网络层中，网络约束主要包括电力系统约束、天然气系统约束、热网约束；由于农村能源系统常通过分散式燃烧、电能供应、热网等方式支撑冷/热负荷，同时，热网结构简单，气网结构单一，电网结构相对复杂，电能在配用过程中传输速度快，造成的损耗小，因此，农村能源网络一般“以电网为中心”进行网络层的潮流计算。
5.如权利要求1所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的步骤2中的多能耦合系统进行全要素精细化建模具体包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：所述的步骤2.1中的农村分布式能源能量输出模型具体包括以下步骤：
7.如权利要求5所述的综合能源系统全要素时序容量匹配方案，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：张艺涵，刘军会，李鹏，郑永乐，杨萌，柴喆，陈兴，路尧，谢安邦，蔡姝尧，李慧璇，张泓楷，祖文静，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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