[发明专利]一种综合能源系统的安全控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种综合能源系统的安全控制方法及装置，方法包括：构建电‑气‑耦合元件组成的综合能源系统的静态模型，通过解耦计算综合能源系统多能流，获取综合能源系统的运行状态；基于多能流计算过程中的雅克比矩阵以及变量间的非线性关系，计算综合能源系统的交互耦合矩阵；再针对越限元件，利用交互耦合矩阵中的信息计算控制元件的变化量，通过调整控制元件的运行状态改变系统中越限元件的运行状态，实现综合能源系统安全控制。装置包括：存储器及处理器。本发明可将存在安全隐患的元件通过定量控制将其运行状态调整至安全范围内，提高系统的安全性。

技术领域

本发明涉及综合能源系统领域，尤其涉及一种综合能源系统的安全控制方法及装置。

背景技术

综合能源系统(Integrated Energy System,IES)打破了人类原有供能系统的运行模式，能够实现电/气/热能源系统的协同规划、建设及运行控制，是一个高维度、强非线性的复杂动力系统^[1-2]。

IES多能源环节的深度耦合带来诸多益处同时，也使能源子系统的安全性分析与优化运行更加复杂，不同能源子系统具有不同构成方式和响应特性，且子系统间相互作用和交互耦合紧密^[3-6]。相比于传统单一能源子系统的安全控制，IES具有更多的系统变量以及复杂的变量关系，亟需突破原有方法，研究IES安全控制的新方法^[7-9]。

传统的电、气子系统的建模研究相对较为成熟，综合能源系统能源间的建模与安全分析方面的研究还在起步阶段，而综合能源系统在国内发展较缓，系统的运行都要以其静态安全为依托，在此基础上进行安全控制，而这其中的关键在于充当能量转化设备的耦合元件。

一方面，耦合元件的加入使多个能流子系统得以互联；另一方面，系统的安全分析及协调控制变得更为复杂。综合能源系统的安全控制策略，是综合能源系统安全分析研究的重点。

现阶段对综合能源系统调控方面的研究主要集中于优化多个元件的运行状态等方法，通过优化的方法进行调控会直接得出另一种系统的运行方式，易出现多个元件运行状态的调整情况，调控过程复杂且难以反映子系统间的交互耦合机理，而从子系统交互耦合机理角度研究综合能源系统控制方法更是鲜有文章。

发明内容

本发明提供了一种综合能源系统的安全控制方法，本发明在构建电-气综合能源系统模型的基础上，计算综合能源系统的运行状态，进而探究综合能源系统的交互耦合机理，针对越限元件提出安全控制措施，并针对控制措施提出控制元件变化量的计算方法，对综合能源系统进行安全调控，详见下文描述：

一种综合能源系统的安全控制方法，所述方法包括以下步骤：

构建电-气-耦合元件组成的综合能源系统的静态模型，通过解耦计算综合能源系统多能流，获取综合能源系统的运行状态；

基于多能流计算过程中的雅克比矩阵以及变量间的非线性关系，计算综合能源系统的交互耦合矩阵；

再针对越限元件，利用交互耦合矩阵中的信息计算控制元件的变化量，通过调整控制元件的运行状态改变系统中越限元件的运行状态，实现对综合能源系统的安全控制。

所述利用交互耦合矩阵中的信息计算控制元件的变化量具体为：

通过对参数灵敏度及IES子系统交互耦合机理的分析，计算压缩机出口压力-节点压力的变化量、压缩机出口压力-管道流量的变化量、燃气轮机有功出力-节点电压的变化量、燃气轮机有功出力-支路潮流的变化量。

所述压缩机出口压力-节点压力的变化量具体为：

当前节点天然气压力值和天然气压力安全限额的差值、与气压裕量求和；求和结果与天然气负荷压力对压缩机出口压力的参数灵敏度矩阵做商。

所述压缩机出口压力-管道流量的变化量具体为：