一种电-热耦合多能流网络状态估计方法

摘要

本发明涉及一种电‑热耦合多能流网络状态估计方法，属于综合能源系统的运行和控制技术领域。本方法弥补了热网在状态估计方面的空白，形成了一种考虑电网和热网间耦合关系的电‑热耦合多能流状态估计。与单独状态估计相比，本方法有利于提高网络的估计效果，尤其在电‑热耦合多能流网络端口量测不准确的情况下，本方法具有明显的优越性。目前热网的自动化水平尚且不能满足本方法的需求，本方法的应用需要在热网安装更多的量测设施。成功在电‑热耦合多能流网络应用本方法后，可以得到精度更高的全局一致基态潮流解，为后续的电‑热耦合多能流网络在线安全评估、优化调度打下基础。

主权项

一种电‐热耦合多能流网络状态估计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立一个电‑热耦合多能流网络状态估计的目标函数，如下：$\min \left({\left(\left[\begin{array}{c}{z}_e\\ z_h\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{h}_e\left(x_e\right)\\ h_h\left(x_h\right)\end{array}\right]\right)}^T{R}^{-1}\right(\left[\begin{array}{c}{z}_e\\ z_h\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{h}_e\left(x_e\right)\\ h_h\left(x_h\right)\end{array}\right]\left)\right)$其中：z_e为电网量测值，包括电‐热耦合多能流网络的电网中第i个节点的电压幅值V_i、有功功率P_i和无功功率Q_i以及电网第i个节点和第j个节点间支路ij的有功功率P_ij和无功功率Q_ij，上述电网量测值从电‐热耦合多能流网络的电网的数据采集与监视控制系统中采集；z_h为热网量测值，包括电‐热耦合多能流网络的热网中第k个节点的压强p_k、注出流量L_k、供水温度T_sk、回水温度T_rk和热负荷φ_k以及热网中第k个节点和第l个节点间管道kl的流量m_kl，上述热网量测值从电‐热耦合多能流网络的热网的数据采集与监视控制系统中采集；x_e为电网状态量，x_e＝[V_i θ_i]^T，V_i、θ_i分别为电网第i个节点的电压幅值和相角，x_h为热网状态量，x_h＝[p_k T_sk T_rk]^T，p_k、T_sk、T_rk分别为热网第k个节点的压强、供水温度和回水温度，R为量测值的协方差矩阵，T为矩阵转置，h_e为电网潮流计算方程：$\left\{\begin{array}{c}{P}_i=V_i\Sigma V_j\left(G_{ij}\cos \right({\theta }_i-{\theta }_j)+B_{ij}\sin ({\theta }_i-{\theta }_j\left)\right)\\ Q_i=V_i\Sigma V_j\left(G_{ij}\sin \right({\theta }_i-{\theta }_j)-B_{ij}\cos ({\theta }_i-{\theta }_j\left)\right)\\ P_{ij}=-V_i^2{G}_{ij}+V_i{V}_j\left(G_{ij}\cos \right({\theta }_i-{\theta }_j)+B_{ij}\sin ({\theta }_i-{\theta }_j\left)\right)\\ Q_{ij}=V_i^2(B_{ij}-b_c)+V_i{V}_j\left(G_{ij}\sin \right({\theta }_i-{\theta }_j)-B_{ij}\cos ({\theta }_i-{\theta }_j\left)\right)\end{array}\right.$上述电网潮流计算方程中，G_ij为电网节点导纳矩阵Y第i行、第j列元素的实部，B_ij为电网节点导纳矩阵Y第i行、第j列元素的虚部，电网节点导纳矩阵Y从电网调度中心获取；b_c为电网支路的等效对地电纳，从电网调度中心获取；h_h为热网潮流计算方程：$\left\{\begin{array}{c}{L}_k=\underset{<k,l>\in {\mathrm{Pipe}}_k}{\Sigma }\frac{1}{\sqrt{K_{kl}}}\frac{p_l-p_k}{\sqrt{|p_l-p_k|}}\\ m_{kl}=\frac{1}{\sqrt{K_{kl}}}\frac{p_k-p_l}{\sqrt{|p_k-p_l|}}\\ {\phi }_k=C_p{L}_k(T_{sk}-T_{rk})=C_p\left(\underset{<k,l>\in {\mathrm{Pipe}}_k}{\Sigma }\frac{1}{\sqrt{K_{kl}}}\frac{p_l-p_k}{\sqrt{|p_l-p_k|}}\right)(T_{sk}-T_{rk})\end{array}\right.$上述热网潮流计算方程中，K_kl为一个热网中节点k与节点l之间管道kl的管道直径、管道长度和管道摩擦系数相关的系数，K_kl的取值范围为10～500帕/(千克/秒)²，C_p为水的比热容，C_p取值为4182焦耳/(千克·开尔文)；(2)建立电‐热耦合多能流网络状态估计的约束条件，包括：(2‐1)电‐热耦合多能流网络中的热电联供机组产热产电约束：热电联供机组的产电功率P_CHP和产热功率φ_CHP满足下述两种关系中的一种：a、当热电联供机组为燃气轮机或往复式活塞内燃机时，热电联供机组的产热产电满足以下关系：$c_{CHP}=\frac{{\phi }_{CHP}}{P_{CHP}}$其中：c_CHP为燃气轮机或往复式活塞内燃机产电产热比，c_CHP从燃气轮机或往复式活塞内燃机的产品说明书中获取；b、当热电联供机组为蒸汽轮机时，热电联供机组的产热产电满足下述关系：$Z_{CHP}=\frac{{\phi }_{CHP}}{P_{con}-P_{CHP}}$其中：Z_CHP为蒸汽轮机单位产电改变量引起的产热改变量，P_con为蒸汽轮机的最大产电功率，Z_CHP、P_con从蒸汽轮机的产品说明书中获取；(2‐2)电‐热耦合多能流网络中热网的供水网络节点与回水网络节点之间的流量约束：L_sk+L_rk＝0其中：L_sk为热网中节点k在供水网络的注出流量，L_rk为热网中节点k在回水网络的注出流量；(3)利用拉格朗日乘子法将步骤(2)中的约束条件和步骤(1)中的目标函数构成一个拉格朗日函数，利用牛顿‐拉夫逊法，求解该拉格朗日函数，得到电‐热耦合多能流网络状态估计的结果。