[发明专利]一种综合能源系统的统一建模方法在审

专利信息
申请号: 202110400826.7 申请日: 2021-04-14
公开(公告)号: CN113111515A 公开(公告)日: 2021-07-13
发明(设计)人: 张苏涵;顾伟;陆帅;陆海 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G06F30/20 分类号: G06F30/20;G06F111/04;G06F119/08
代理公司: 北京同辉知识产权代理事务所(普通合伙) 11357 代理人: 张恩慧
地址: 210024 江苏省*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 综合 能源 系统 统一 建模 方法
【说明书】:

发明公开一种综合能源系统的统一建模方法,包括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;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;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;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;本发明用统一的数学形式构建了电气热能源子系统模型,直观的刻画了各子系统状态量的传输特性,便于标准化程序开发;通过构建边界条件和初始条件的映射矩阵避免了支路分段递推迭代,降低了计算复杂度。

技术领域

本发明涉及属于能源系统建模与运行分析领域,具体的是一种综合能源系统的统一建模方法。

背景技术

以电力、热力和天然气系统为核心的综合能源系统通过多种生产、转换设备将异质能流耦合,实现了能量梯次利用与多能互补,提高了用能效率,在工程中得到广泛应用[1]。与电力系统不同,热力系统和天然气系统是典型的流体网络,能量传输过程存在较显著的动态特性,其复杂的物理特性,既给综合能源系统协同运行与控制带来了巨大的挑战,也给系统调控带来了一定的灵活性资源。随着以多能互补为特征的楼宇级、园区级综合能源系统的规模化应用,在多种能源系统集群的高效运行基础上,挖掘利用多能互补特性,实现电气热能源系统多主体协调运行,是推动能源产业转型的重要举措。

作为刻画和分析综合能源系统中各子系统耦合关系及互动机制的基本工具,其建模分析是综合能源系统仿真分析与运行优化的基础。现有关于综合能源系统的建模研究主要关注于各子系统管网静态和动态建模,对于综合能源系统的集成模型研究较少;且动态模型复杂,其运算效率难以满足事实运行的需求;而差异化的数学表征方式也不利于综合能源系统仿真、优化、分析程序的标准化开发。

考虑到上述不足,有必要从建模的角度出发,研究一种兼顾计算效率和建模复杂度的综合能源系统的统一建模方法,将不同物理系统的能源系统模型用相同的数学形式描述,便于多能网络模型的集成与运算程序的开发。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足,本发明的目的在于提供一种综合能源系统的统一建模方法,本发明根据电气热能源系统的运行特征建立描述电气热能流传输的统一数学形式的偏微分方程组,进而利用中心差商和隐式差分格式对偏微分方程组进行统一处理,并分别构建初始条件和边界条件对状态量的映射矩阵,从而建立描述支路上各状态量分布的综合能源系统时域支路模型;结合描述网络结构的拓扑方程,进一步建立综合能源系统时域网络模型,并分别根据各子系统内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。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现:

一种综合能源系统的统一建模方法,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。

进一步地,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:

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