一种综合能源配电系统运行域建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种综合能源配电系统运行域建模方法，所述方法包括以下步骤：基于能量枢纽的地理分隔与能源调控，定义安装有自动化控制装置的能量枢纽输入侧联络线功率集合为工作点，提出综合能源配电系统运行域模型；根据安全运行要求设置运行域求解过程中的多能网络与能量枢纽运行约束条件；以能量枢纽为调控手段，设置边界点判定依据对运行域模型进行求解。本发明专利技术实现了综合能源配电系统最大运行边界的可视化展示与工作点运行状态的判断，可应用于综合能源配电系统运行状态的监视、评估与调控，辅助调度员制定控制方案。

A Modeling Method for Operational Domain of Integrated Energy Distribution System

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源配电系统运行域建模方法
本专利技术涉及能源互联网、综合能源配电系统领域，尤其涉及一种综合能源配电系统运行域建模方法。
技术介绍
近年来，能源需求的持续增长以及由此引发的气候环境问题日益突出，传统能源结构亟待提质升级。另一方面，以冷热电三联供、燃气锅炉等为代表的能源转换技术发展迅速，其为新型能源供给方式的提出奠定了技术基础。能源互联网、综合能源系统等概念的提出，揭示了多能源系统之间具有协同优化的可调潜力；而配电系统(electricpowerdistributionsystem，EPS)在区域级和用户级层面，对可再生能源集成、能量交互利用以及“源-网-荷-储”运行优化等方面具有“承上启下”作用，故基于多源协同利用的综合能源配电系统(integratedenergydistributionsystem,IEDS)受到普遍关注，其可视为传统配电系统一种可行的发展形态，是近年来国内外在能源/电气领域发展的重点。多能源耦合一方面为配电系统带来经济性、环保性、能效性等方面的诸多好处，但另一方面，由于各能源子系统的结构、特性、组成各异，耦合形式多样复杂，也为多能系统的规划、运行、潮流、保护等方面带来新的挑战。能量枢纽(energyhub,EH)作为IEDS中耦合不同能源子系统的重要环节，可抽象为描述多能源系统中不同能源、多种耦合关系以及供能负荷之间的输入-输出多端口模型，具有较好的通用性，是运行调度人员监控的重点。因此，可将EH与能源网络耦合处的联络线作为运行域观测对象，其可视为能源网络节点负荷空间中的注入负荷集合，反映系统运行状态，用于运行域的建模与求解。在传统能源系统相关研究中，往往利用最优潮流法保障系统的静态安全，对系统运行特性的分析也仅停留在扰动对多能系统的相互作用，忽视了对综合能源配电系统的整体全面衡量，无法获取系统的最大可行边界，运行点距边界的距离、可调裕量等信息。“域”方法可为调控人员提供一种可视化工具，通过量化系统的最大可行边界，提供可行裕度与最优控制信息，使系统的运行监视、评估更为科学、有效。因此，综合能源配电系统运行域模型亟待构建，不同工况下的EH对运行域的影响也亟待分析。
技术实现思路
本专利技术提供了一种综合能源配电系统运行域建模方法，通过刻画系统的最大可行边界，提供工作点相对位置、可行裕度等信息，解决了综合能源配电系统中工作点运行评估片面、调控手段单一等技术问题。本专利技术实现了综合能源配电系统最大运行边界的可视化展示与工作点运行状态的判断，可应用于综合能源配电系统运行状态的监视、评估与调控，辅助调度员制定控制方案，本专利技术的技术方案详见下文描述：一种综合能源配电系统运行域建模方法，所述方法包括以下步骤：基于能量枢纽的地理分隔与能源调控，定义安装有自动化控制装置的EH输入侧联络线功率集合为工作点，提出综合能源配电系统运行域模型；根据安全运行要求设置运行域求解过程中的多能网络与EH运行约束条件；以EH为调控手段，设置边界点判定依据，对运行域模型进行求解。其中，所述EH输入侧联络线功率集合为工作点P＝[P1…Pi…Pn]T，其中Pi(i＝1,2,…,n)为第i个可观可测可调的EH输入功率，n为EH可观测可调控输入端总数。基于工作点集合，运行域模型具体为：ΩIEDS-OR＝{P|f(P)＝0,g(P)≤0}其中，f(P)＝0表示IEDS中的能量平衡等式约束集合；g(P)≤0表示IEDS中电力、天然气、热力等系统的能源网络约束及耦合设备运行不等式约束集合。进一步地，所述综合能源配电系统运行域边界的模型具体为：其中，BDj为BDIEDS-OR的第j个边界；gj(P)＝0为EH输入功率使得第j个不等式约束gj(P)≤0变为等式约束。其中，所述方法还包括：获取安全工作点模型，具体为：EH共有n个可观可测可调输入端，任意一端用i表示，则g(psec,i)≤0,g(pinsec,i)＞0,i∈{1,2,…,n}；向量Psec表示运行域中所有安全工作点集合，向量Pinsec表示运行域中所有不安全工作点集合。进一步地，所述多能网络的能量平衡方程具体为：I型EH：II型EH：其中：LEH、PEH、CEH分别表示EH的能源需求功率矩阵、能源输入功率矩阵与能源耦合系数矩阵；v1、v2分别表示I型EH与II型EH的分配系数；ηPEC表示PEC的能源转换效率；ηCAC表示CAC的电转热效率；ηGB表示GB的气转热效率；ηCHP_ge、ηCHP_gh分别表示CHP气转电、气转热效率。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、本专利技术构建了基于能量枢纽的综合能源配电系统运行域模型，对其设计了合理的运行域工作点电压边界遍历仿真求解算法，通过电压下限遍历仿真、电压上限遍历仿真筛选边界点，对其拟合获取运行域最大可行边界，形成了一套完整的运行域建模求解；2、本专利技术可以量化系统最大可行边界，界定系统运行的“红线”，同时可依据提供的工作点位置，帮助调度人员直观判断系统运行状态与可行域量，有助于保障IEDS在正常工况下的安全运行。附图说明图1为两种典型能量枢纽示意图；其中，(a)为I型EH；(b)为II型EH。图2为综合能源配电系统运行域电压边界求解流程图；图3为一种典型电力-天然气耦合综合能源配电系统示意图；图4为电力可观测运行域示意图；图5为天然气可观测运行域示意图；图6为电力-天然气可观测运行域示意图；图7为未考虑配气系统不等式约束的运行域示意图；图8为考虑配气系统约束前后的运行域比较示意图；图9为测试点A运行约束校验结果示意图；图10为测试点B运行约束校验结果示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。为了实现综合能源配电系统最大运行边界的可视化展示与工作点运行状态的判断，本专利技术实施例提供了一种综合能源配电系统运行域建模方法，详见下文描述：101：基于能量枢纽的地理分隔与能源调控，定义安装有自动化控制装置的EH输入侧联络线功率集合为工作点，并提出综合能源配电系统运行域概念与模型；其中，EH作为不同能源系统耦合交互的核心，是调度人员调控与关注的重点，与多能网络状态关联紧密。考虑到不同类型能源系统的自动化水平具有差异性，本专利技术实施例将EH输入侧安装有自动化控制装置的联络线功率集合定义为工作点，即工作点具有可观测可调控能力。假设EH中的工作点共有n个，工作点通过n维欧式空间中的向量用P表示，即P＝[P1,…,Pi,…,Pn]T,i＝1,2,…,n，其中Pi为第i个可观可测可调的EH输入功率。本专利技术实施例将综合能源配电系统运行域定义为综合能源配电系统背景下，所有满足安全运行约束条件(能量平衡、能源网络约束、耦合设备出力约束)的工作点P所构成的集合，其模型构建如下：ΩIEDS-OR＝{P|f(P)＝0,g(P)≤0}(1)其中，f(P)＝0表示IEDS中的能量平衡等式约束集合，包含：电力潮流等式约束、天然气、热力等系统能量流连续等式约束；g(P)≤0表示IEDS中电力、天然气、热力等系统的能源网络约束及耦合设备运行不等式约束集合。其中，IEDS-OR运行边界用于划分安全工作点与不安全工作点，由满足IEDS安全运行约束条件的所有临界工作点集合所构成，运行边界模型BDIEDS-OR可表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合能源配电系统运行域建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：基于能量枢纽的地理分隔与能源调控，定义安装有自动化控制装置的能量枢纽EH输入侧联络线功率集合为工作点，提出综合能源配电系统运行域模型；根据安全运行要求，设置运行域求解过程中的多能网络与EH运行约束条件；设置边界点判定依据，以EH为调控手段，对运行域模型进行求解。

【技术特征摘要】
1.一种综合能源配电系统运行域建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：基于能量枢纽的地理分隔与能源调控，定义安装有自动化控制装置的能量枢纽EH输入侧联络线功率集合为工作点，提出综合能源配电系统运行域模型；根据安全运行要求，设置运行域求解过程中的多能网络与EH运行约束条件；设置边界点判定依据，以EH为调控手段，对运行域模型进行求解。2.根据权利要求1所述的一种综合能源配电系统运行域建模方法，其特征在于，所述EH输入侧联络线功率集合为工作点P＝[P1…Pi…Pn]T，其中Pi(i＝1,2,…,n)为第i个可观可测可调的EH输入功率，n为EH可观测可调控输入端总数，基于工作点集合，运行域模型具体为：ΩIEDS-OR＝{P|f(P)＝0,g(P)≤0}其中，f(P)＝0表示IEDS中的能量平衡等式约束集合；g(P)≤0表示IEDS中电力、天然气、热力等系统的能源网络约束及耦合设备运行不等式约束集合。3.根据权利要求1所述的一种综合能源配电系统运行域建模方法，其特征在于，所述综合能源配电系统运行域模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，刘柳，贾宏杰，李思源，
申请(专利权)人：天津大学，国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：天津,12