[发明专利]基于图论和网络流的多能源系统通用矩阵建模方法

说明书

本发明是一种基于图论和网络流的多能源系统通用矩阵建模方法，其特征是，首先，提出了一组新的定义来构建包括储能在内的多能源系统的统一能量流网络；其次，给出了描述多能源系统拓扑结构和能量转换特性的矩阵；在此基础上，阐述了能量流方程矩阵建模过程；然后，应用矩阵分析来获得耦合矩阵。适用于结构相对简单的MES，也适于处理拓扑结构中有多个能量分配设备或转换设备的系统；不论是对于简单还是复杂的系统，都为稀疏矩阵，故计算量小。具有科学合理、实用性强、效果佳的优点。

技术领域

本发明涉及多能流系统建模技术领域，是一种基于图论和网络流的多能源系统通用矩阵建模方法。

背景技术

多能源系统的构建，打破了电、气、冷、热等多种能源供应系统各自单独规划设计和独立运行的模式，其对各类能源的分配、转化、存储和消耗等环节协调与优化配置，提高了能源系统的效率和灵活性。MES通过能源分配、转换和存储设备将多种能源进行复杂的耦合连接。而如何对这种复杂的多种能量流耦合关系进行建模，是开展MES优化运行和规划研究的基础工作。

目前，国内外学者针对为了系统地分析MES多能流耦合关系开展了广泛大量的研究。清华大学王毅、张宁等人提出将EH模型与图论理论相结合，提出EH耦合矩阵自动生成方法但该方法只针对结构简单的MES进行分析，缺少模型通用性，并且建模方法缺乏对MES的分配设备和转换设备间固有拓扑结构特征的分析，矩阵建模方法通用性的论证不足。刘天浩、张东东等人将复杂的EH模型划分为多个简单的EH模型，提出了MES分步标准化建模方法,一定程度上降低了直接建立复杂EH模型耦合矩阵的难度，但该方法在模型分解过程中需要加入虚拟节点以形成固定的子系统输入输出模式，故建模过程较为繁琐。本专利的建模方法适于处理拓扑结构中有多个能量分配设备或转换设备的系统，并且对分配设备和转换设备间固有拓扑结构特征进行分析，建立了既通用，又具有自动化的通用矩阵建模方法。

发明内容

本发明的目的是，提出一种基于图论和网络流的多能源系统通用矩阵建模方法，从而解决矩阵建模方法通用性的问题。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于图论和网络流的多能源系统通用矩阵建模方法，其特征是，它包括的内容有：

1)能量流无损网络图构建

(i)将MES中的能源转换设备、能源分配设备、储能设备以及各类负荷均抽象为节点，分别称为转换节点、分配节点、储能节点和负荷节点，以各能量流为有向支路共同形成有向图G；

(ii)在有向图G₀基础上增加源点、受点及相应支路，以及表征能源转换设备损耗的广义损耗支路，形成网络流图；

(iii)将该网络流图的源点和受点合并称为虚拟节点，形成各节点输入输出能量流代数和为零的能量流无损网络图G；相较于已有基于图论的MES建模方法，图G增加了广义损耗支路，并将储能设备与相关能量流的关系用节点-支路的二元关系加以描述；

a)广义损耗支路

设分配节点不产生损耗，能源转换节点和储能节点均有一条广义损耗支路与虚拟节点相连，以保证各设备节点能量流输入输出平衡，之所以称之为广义损耗支路，主要是因为对于能源转换节点而言其损耗能量流的取值有正、有负；

b)储能节点

储能设备的能流平衡关系表示为

式中：E_Sin表示储能设备的充放能功率；S(t)表示储能设备t时段能量存储量；Δt为相邻时段持续时间；E_Sloss表示储能设备的充放能损耗功率；令为储能设备t时段储能变化率，在能量无损网络图中储能节点的输入输出能流相等；