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专利号: 2019109629558
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑非理想通信条件下基于能量枢纽的综合能源系统超短期调度方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)分析综合能源系统耦合组件——能量枢纽的物理特性与经济性要求;

(2)根据步骤(1)中的结果,建立基于能量枢纽的综合能源系统经济性目标函数,以及能够保证系统安全稳定经济运行的运行约束;

(3)建立考虑能量耦合的综合能源系统运行优化模型与运行策略;

(4)初始化综合能源系统中热‑电耦合系统的系统参数和系统初始变量;

(5)在不同时间尺度下,利用分布式一致性算法,对耦合系统中的快慢系统进行“滚动交互式”运行优化模型求解;具体为:从快慢不同的两种时间尺度分别考虑电力能源、天然气和热能的运行控制,并且将功率差额作为中间量协调两层控制过程;

选取一致性算法作为快系统控制方法,以各电能输出单元的增量成本作为一致性变量,并采用“领导者‑跟随者”模式,仅需通过系统中同类型相邻单元之间的信息交互,实现电能出力单元的功率控制;对于综合能源系统中的气、热、电三种负荷,电力负荷及其控制网络对时间响应的要求较高,所以,快系统控制中各电力输出单元之间的通信频率较高;电力负荷的波动对系统中各单元的电能出力造成了影响,由于综合能源系统的能量之间存在耦合性,并且存在CHP这样的热电耦合机组,所以,电力负荷的波动对热能出力控制也会产生影响;在快系统控制中,提取CHP机组中的热能输出功率作为两层功率控制的交互信息,并加入到慢系统控制的约束条件中,实现不同时间尺度的系统协同控制;

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ΔQ=Q ‑Qgc                          (19)综合能源系统中热负荷发生变化时,为了保持系统安全稳定运行并降低供热和供气的运行成本,需要重新分配系统中各单元的热出力和气体输出量;慢系统控制中选取供热和气体压缩的增量成本作为一致性变量,并采用与快系统控制相同的方式,通过系统中同类型邻居节点之间的信息传递,实现热能和天然气输出的分布式控制;由于热、气两种负荷的控制网络对时间响应的要求较低,所以,慢系统控制中各节点之间的通信频率较低;考虑到系统中能量之间的耦合性,在慢系统控制的约束条件中,以考虑电力负荷波动后的热功率缺额作为慢系统控制中的总热能需求,实现对整个综合能源系统的协调控制;

(6)考虑非理想通信条件下,改进分布式控制算法,耦合系统优化运行模型的求解;

(7)判断求解结果是否满足系统出力与负荷状态安全稳定运行的要求,满足则输出结果结束优化;不满足则返回第(5)步。

2.如权利要求1所述的考虑非理想通信条件下基于能量枢纽的综合能源系统超短期调度方法,其特征在于,步骤(1)中,分析综合能源系统耦合组件——能量枢纽的物理特性与经济性要求具体为:分析能量枢纽的基本结构;根据能量枢纽中的输入和输出变量关系,使用如式(1)所示的关联矩阵对相应的能量转换过程进行数学建模;

式中,cij表示第i种能源转换到第j种能源的转换关联系数,代表能量枢纽内部的逻辑函数关系,L是能量枢纽的输入量;P是能量枢纽的输出量;

电力‑天然气典型能量枢纽主要包括五种能量转换设备,分别为电力变压器、电力锅炉、热电联产机组、天然气炉以及天然气压缩机;基于能量流动方式,式(1)的具体数学形式写为:式中,η表示相应转换器的转换效率;ν表示能量分配系数,与枢纽的内部逻辑有关;天然气在输入侧通过三条支路注入,能量分配系统定量表示了天然气注入各支路的数量;根据能量转换定律,能量分配系数变量必须满足如下关系:νg,CHP+νg,FUR+νg,g=1                    (3)νe,T+νe,EB=1                       (4)分析能量枢纽各组件成本函数;控制策略的目标为提高能量枢纽运行的经济性,因此需要对能量枢纽的运行成本进行数学建模;选取的典型能量枢纽结构中包含的5种能量转换设备之间的运行成本。

3.如权利要求2所述的考虑非理想通信条件下基于能量枢纽的综合能源系统超短期调度方法,其特征在于,选取的典型能量枢纽结构中包含的5种能量转换设备之间的运行成本具体为:对于电力变压器,除前期设备投资成本外,其运行成本主要来自于电力能源供给侧的发电成本,电力变压器的运行成本公式如下:式中,αet、βet和γet表示发电成本系数,Pet表示电力变压器的输入电功率,并且输入输出的电功率比例恒定;

对于电力热锅炉,除前期投资成本外,由于本质上为通过电加热水产生热量,因此其运行成本形式上与电力变压器类似,与电能输入功率有关;而由于存在不同类型能量的转换过程,电力热锅炉的成本公式如下:式中,αeb、βeb和γeb表示电热锅炉的运行成本系数,Peb表示电热锅炉的输入电功率,且发热效率保持恒定;

对于CHP热电联产机组,其能量转换过程为天然气转换为电能和热能,为简化求解计算过程,假设输出的电能和热能功率的比率保持恒定;CHP机组的运行成本形式如下:式中,αgchp、βgchp和γgchp表示热电联产机组的运行成本系数,Pgc表示CHP机组输出的电功率;

对于天然气炉,其能量转换为燃烧天然气加热相关组件发出热量,并且需要对热烟气中的余热进行回收,因此天然气炉运行成本与输出热功率之间为非线性关系,天然气炉的运行成本公式如下:式中,αgf、βgf和γgf表示天然气炉的运行成本系数,Qgf表示天然气炉输出的热功率;

最后,对于天然气压缩机,尽管不存在能量类型的转换,但是为保证供气质量,天然气供给前需要进行气体压缩处理;考虑到气体压缩过程的物理特性,天然气压缩机的运行成本与所压缩的气体体积有关,数学上仍为非线性;通过分析气体压缩机运行原理,天然气压缩机的运行成本公式如下:式中,αgc、βgc和γgc表示天然气压缩机的运行成本系数,Vgc表示天然气压缩机输入的天然气体积,且气体压缩效率保持恒定。

4.如权利要求1所述的考虑非理想通信条件下基于能量枢纽的综合能源系统超短期调度方法,其特征在于,步骤(6)中,考虑非理想通信条件的分布式控制算法具体为:与理想通信网络相比,非理性通信网络主要考虑三个因素:①通信时延;②信道噪声;

③时变拓扑;

1)通信时延和信道噪声

在能量枢纽进行通信时,由于不同能源系统的监控系统不同、传输数据种类和数量较多、测量误差以及外界干扰因素,通信网络中将不可避免地出现通信时延和信道噪声问题,这里的通信时延是指能量枢纽之间交互信息的时延;因此,由智能体j传输到智能体i的状态信息变为:yi,j(k)=xj(k‑τi.j(k))+ηi,j(k)                   (26)式中:τi.j(k)为在时刻k状态信息由第j个智能体传递到第i个智能体的传输延迟;ηi.j(k)为在时刻k的信道噪声;

2)时变拓扑

由于智能体的运行或通信传输发生故障时,通信拓扑也将发生改变,这导致一致性算法无法收敛;在经济调控中,时变拓扑主要考虑两种情况:①机组功率达到极限退出运行;

②传输信道发生故障;

对于智能体i来说,通过实时监测其机组输出功率是否越限,以及其与相邻智能体之间通信是否发生故障,从而对其对应的元素aij(j=1,2,…,n)做出相应修正,同理lij也得到修正。