[发明专利]一种综合能源系统的统一建模方法

权利要求书

1.一种综合能源系统的统一建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10)根据电气热系统的运行特征明确各子系统的状态量，建立综合能源系统的统一数学方程；

步骤20)利用中心差商及隐式差分格式将统一数学方程离散化，并分别构建初始条件和边界条件对状态量的映射矩阵；

步骤30)根据初始/边界条件映射矩阵建立综合能源系统时域支路模型，进而结合网络拓扑方程建立时域网络模型；

步骤40)根据电气热子系统的边界条件分布对时域网络模型进行优化，建立各类状态量之间的直接解析形式。

2.根据权利要求1所述的一种综合能源系统的统一建模方法，其特征在于，所述步骤10)具体包括：

步骤101)根据电气热系统的运行特征明确各子系统的状态量，电力系统包括电压U和电流I；天然气系统包括气压p和流量q；热力系统包括温度T和热功率Q；

步骤102)分别以电气热系统为研究对象，建立描述各子系统内状态量分布的特征方程；对于电力系统，描述电流传输的方程组表示为：

式中，x和t为空间和时间，R，L，G和C分别为单位长度的支路电阻、电感和对地电导和电容；

对于热力系统，描述热能传输的方程组表示为：

式中，m和v分别为管道中的质量流量和流量流速，λ_h为管道热阻，c为水的比热容，r为用于简化表述构建的常数；

对于天然气系统，描述天然气等温传输过程的方程组表示为：

式中，S为管道截面积，v_a为气体声速，w为管道平均流速，D为管道内径，λ_g为管道摩擦系数，为重力加速度，θ为管道倾角。

步骤103)根据各子系统特征方程的相似性，建立综合能源系统的统一数学方程，表示为：

其中，K₁和K₂为常系数矩阵，f和g为两组状态量。对于电力系统，状态量u和K₁，K₂为：

对于热力系统，状态量u和K₁，K₂为：

对于天然气系统，状态量u和K₁，K₂为：

3.根据权利要求2所述的一种综合能源系统的统一建模方法，其特征在于，所述步骤20)具体如下：

步骤201)利用中心差商及隐式差分格式将统一数学方程离散化，将式(5)在(x_i+1/2,t_j+1/2)处展开，得到：

式中，i和j分别为空间和时间方向的差分网格编号。式(8)中状态量及其偏微分项可分别表示为式(9)，其中，表示第i个空间点，第j个时间点的状态量；

将式(9)代入式(8)得到：

式中，μ_1-3为各状态分量对应的常系数映射矩阵；

步骤202)建立相邻时刻各状态量的映射关系，构造相邻时刻初始条件和边界条件对状态量的映射矩阵；建立相邻时刻各状态量的映射关系表示为：

式中，是相对于的初始条件，为边界条件，常系数矩阵χ和ξ的分别为相邻时刻初始条件和边界条件的映射矩阵；为便于表述，假设χ和ξ写为：

式中，M为空间分段总数，ξ₁和ξ₂分别为ξ中的第1行和第2行向量；

步骤203)将相邻时刻各状态量的映射关系推广至任意时刻，得到：

式中，N为时间分段总数；为初始条件；系数矩阵χ^k反映了初始条件向k时刻状态的传递；假设β为初始条件的对全研究时段的映射矩阵，且β_k为β中的第k行，则β中各元素表示为：

步骤204)结合式(14)和式(15)，并假设时刻1至时刻N的边界条件对全研究时段的状态量的映射矩阵为α，则α中的各元素表示为：