本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制領(lǐng)域，特別涉及一種多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合建模方法。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的逐漸枯竭以及隨之帶來(lái)的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，世界各國(guó)開始大力發(fā)展可再生能源。由于大部分可再生能源發(fā)電的出力特性具有隨機(jī)性和間歇性，如果大規(guī)模并網(wǎng)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊。

傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)在建模與分析時(shí)，一般將風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等多種能源形式分開處理，常忽略不同能源之間的相互作用或做近似處理。將風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等多種能源形式相結(jié)合，克服單一的風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和效率提升，為可再生能源有效接入電網(wǎng)提供了一種新的解決思路。然而，隨著分布式能源應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，多種能源系統(tǒng)的耦合和聯(lián)系日益緊密。因此，多領(lǐng)域集成化仿真與控制是目前迫切需要解決的問題之一，而全面考慮風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等能源同質(zhì)化耦合的建模問題及分析技術(shù)是其核心問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合建模方法。該方法可以包含多種能量范疇，并可解決多種非線性問題；準(zhǔn)確反映多能源系統(tǒng)內(nèi)部的信號(hào)流向、功率流向和能量流向，便于對(duì)照實(shí)物建立系統(tǒng)模型；狀態(tài)變量具有確定的物理意義，便于對(duì)多能源系統(tǒng)進(jìn)行性能分析；可以進(jìn)行組件化建模，修改模型迅速方便；可以按照一定規(guī)則直接由功率鍵合圖模型求得系統(tǒng)狀態(tài)方程，配合適當(dāng)程序，甚至可以直接由功率鍵合圖模型得到系統(tǒng)的響應(yīng)，該方法應(yīng)用功率鍵合圖理論。因此在多能源系統(tǒng)中以統(tǒng)一的方式處理風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等多種能源形式的建模與分析問題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，包含信息量大及動(dòng)力學(xué)建模過程規(guī)則化等特點(diǎn)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合建模方法，包括以下步驟：

步驟1，分析多種異質(zhì)能源的基本物理特性，結(jié)合多種異質(zhì)能源的時(shí)空分布特性和波動(dòng)特性差異，建立多種異質(zhì)能源的數(shù)學(xué)模型；

基于功率鍵合圖理論，通過多種異質(zhì)能源的數(shù)學(xué)模型，建立多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型；

步驟2，分析多種異質(zhì)能源參與互補(bǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度的可控能力，辨識(shí)多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型的關(guān)鍵特征參數(shù)；

步驟3，將多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型的輸出與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型的精度；

步驟4，分析多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型對(duì)不同典型運(yùn)行場(chǎng)景的適用性，并驗(yàn)證多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型在不同典型運(yùn)行場(chǎng)景中所顯現(xiàn)的特性是否與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)基本一致，如果不一致，為精度較低，則優(yōu)化調(diào)整多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型的關(guān)鍵特征參數(shù)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟1中，所述多種異質(zhì)能源包括風(fēng)、光、水、氣、火和儲(chǔ)能。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟1中，所述同質(zhì)化是指將多種異質(zhì)能源的能量輸出形式進(jìn)行統(tǒng)一。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟1中，基于功率鍵合圖理論，通過多種異質(zhì)能源的數(shù)學(xué)模型，揭示多種異質(zhì)能源系統(tǒng)能量隨時(shí)間、空間變化的基本規(guī)律，建立多時(shí)間尺度下的多種異質(zhì)能源同質(zhì)化耦合模型。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟2中，所述關(guān)鍵特征參數(shù)包括能源的波動(dòng)區(qū)間、爬坡率、轉(zhuǎn)換速率、安全約束和可控裕度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟3中，所述實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為實(shí)際運(yùn)行中多種異質(zhì)能源的輸出能量。

本發(fā)明所述的一種多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合建模方法，可以包含多種能量范疇，并可解決多種非線性問題；準(zhǔn)確反映多能源系統(tǒng)內(nèi)部的信號(hào)流向、功率流向和能量流向，便于對(duì)照實(shí)物建立系統(tǒng)模型；狀態(tài)變量具有確定的物理意義，便于對(duì)多能源系統(tǒng)進(jìn)行性能分析；可以進(jìn)行組件化建模，修改模型迅速方便；可以按照一定規(guī)則直接由功率鍵合圖模型求得系統(tǒng)狀態(tài)方程，配合適當(dāng)程序，甚至可以直接由功率鍵合圖模型得到系統(tǒng)的響應(yīng)，該方法應(yīng)用功率鍵合圖理論。因此在多能源電力系統(tǒng)中以統(tǒng)一的方式處理風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等多種能源形式的建模與分析問題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，包含信息量大及動(dòng)力學(xué)建模過程規(guī)則化等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明有如下附圖：

圖1本發(fā)明所述方法的示意圖；

圖2本發(fā)明所述方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1～2所示，本發(fā)明所述的一種多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合建模方法，包括如下步驟：

步驟1.基于功率鍵合圖理論，建立多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型。分析多種異質(zhì)能源的基本物理特性，在多種異質(zhì)能源基本物理特性的基礎(chǔ)上，考慮多種異質(zhì)能源的時(shí)空分布特性和波動(dòng)特性差異，建立多種異質(zhì)能源的數(shù)學(xué)模型；

采用功率鍵合圖理論，從能量守恒的基本原理出發(fā)，通過風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等多種異質(zhì)能源的數(shù)學(xué)模型，揭示多種異質(zhì)能源系統(tǒng)能量隨時(shí)間、空間變化的基本規(guī)律，建立多時(shí)間尺度下的風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等多種異質(zhì)能源同質(zhì)化耦合模型。

所述多種異質(zhì)能源包括風(fēng)、光、水、氣、火和儲(chǔ)能；所述“儲(chǔ)能”包括電化學(xué)儲(chǔ)能(蓄電池)、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)熱等。

在軟件平臺(tái)上，基于多種異質(zhì)能源的基本物理特性，搭建風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站等單一能源的數(shù)學(xué)模型，每個(gè)數(shù)學(xué)模型都有其對(duì)應(yīng)的構(gòu)成元件。由于每一種能源的輸出電能特性存在差異，因此，需要依據(jù)功率鍵合圖理論，在軟件平臺(tái)上，將單一能源的數(shù)學(xué)模型整合為統(tǒng)一形式的電能輸出，使每種能源都具備相同的特性。

步驟2.辨識(shí)多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型關(guān)鍵特征參數(shù)。分析風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等多種能源參與互補(bǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度的可控能力，辨識(shí)多種能源的波動(dòng)區(qū)間、爬坡率、轉(zhuǎn)換速率、安全約束和可控裕度等關(guān)鍵特征參數(shù)。

所述關(guān)鍵特征參數(shù)，通過多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型輸出電能的基本特性，就可以辨識(shí)(分析)得到這些參數(shù)。

步驟3.基于實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型的精度。通過將多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型的輸出與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)(包括風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等多種能源的輸出能量)進(jìn)行對(duì)比，分析上述建立的多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型的精度。

步驟4.分析多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型對(duì)不同典型運(yùn)行場(chǎng)景的適用性，優(yōu)化調(diào)整多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型關(guān)鍵特征參數(shù)。電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，能源側(cè)會(huì)存在很多種不同的典型運(yùn)行場(chǎng)景，比如風(fēng)光、風(fēng)光水火等。因此需要驗(yàn)證多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型在不同典型運(yùn)行場(chǎng)景中所顯現(xiàn)的特性是否與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)基本一致，如果不一致，為精度較低，則需要對(duì)多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型的關(guān)鍵特征參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

所述精度較低，也就是說(shuō)：多能源系統(tǒng)同質(zhì)化耦合模型輸出的電能的關(guān)鍵特征參數(shù)(包括能源的波動(dòng)區(qū)間、爬坡率、轉(zhuǎn)換速率、安全約束和可控裕度等)與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)不符。此時(shí)，就需要調(diào)整模型中的各構(gòu)成元件，以優(yōu)化輸出的電能，即優(yōu)化關(guān)鍵特征參數(shù)。

功率鍵合圖方法以一種統(tǒng)一的方法對(duì)系統(tǒng)各部分功率流的構(gòu)成、轉(zhuǎn)換、相互間邏輯關(guān)系及物理特征等進(jìn)行描述即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)模型的充分且完備的定義描述。一方面，它對(duì)功率流描述上的模塊化結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)本身各部分物理結(jié)構(gòu)及各種動(dòng)態(tài)影響因素之間具有明確而形象的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于理解其物理意義；另一方面，它與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型即狀態(tài)方程之間存在著其它方法無(wú)法比擬的一致性，系統(tǒng)的狀態(tài)方程的數(shù)量是與儲(chǔ)能元件的數(shù)量一致的，可以根據(jù)系統(tǒng)的功率鍵合圖有規(guī)律地推導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，在具體表達(dá)方式上，功率鍵合圖方法將各類工程系統(tǒng)所涉及到的多種物理參量，從功率流的角度出發(fā)，統(tǒng)一歸納為四種系統(tǒng)變量：勢(shì)、流、動(dòng)量和變位。同時(shí)，采用若干基本構(gòu)成元素，諸如功率鍵、作用元、源、結(jié)點(diǎn)、變換器和回轉(zhuǎn)器等來(lái)表征系統(tǒng)基本物理特征和功率轉(zhuǎn)換與守恒的基本聯(lián)接方式。功率鍵合圖所定義的系統(tǒng)變量和構(gòu)成元素都具有特定的物理含義并由一組專門的圖形或字母符號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。因此，采用功率鍵合圖理論，建立的風(fēng)、光、水、氣、火、儲(chǔ)等多種能源形式的同質(zhì)化耦合模型具有協(xié)調(diào)一致性。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或裝飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。