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1、综合能源系统基础,2022/1/14,齐文斌,综述,1,综合能源建模,2,基础功能与算法,3,典型场景,4,能源互联网.智能电网.综合能源服务,微网,泛能网,智能电网以电为核心,能源互联网 多种能源协调优化,综合能源系统,与能源互联网的关系,综合能源系统受传统能源领域学者和企业关注，能源互联网则更为IT 行业所推崇。综合能源系统是能源互联网的物理载体,典型场景,系统架构,智慧用能,决策支持,电动汽车,网上营业厅,用电信息系统,预测系统,峰值分析,策略管理,运行管理,能源调度,系统控制,安全保护,经济运行,智能管网,多能表计,能源结算,能效管理,硬件架构,资源,平台,软件,软件架构,综述,1,综
2、合能源建模,2,基础功能与算法,3,公司概括,4,新能源设备建模包括了光伏、风机、储能等新能源模型,电能相关设备的建模包括了传统的输电网络、配电网络以及新能源发电模型,非电能相关设备的建模包括了热、冷等能源的生产、消耗、多能转换等,容器关系、拓扑关系、映射关系通过图模库一体化方法，自动构建出电力系统与热力系统的对象之间的容器关系和拓扑关系，并自动建立图元对象与数据库对象之间的映射关系。,多能建模,电网CIM模型,设备容器,热网网络模型,热网网络模型,容器： 热电厂 HeatPlant、加热站（或者是减压站） Heatstation、压力等级 PressureLevel设备： 中继泵Relayp
3、ump、热负荷thermalLoad、热网管HeatLine、水泵Waterpump、阀门 valve 测点类型：压力、温度、流量。,天然气网络模型,天然气网络模型,容器：燃气站 Gasstation设备：调压箱regulator box、调压装置 regulator device、燃气管GasLine、阀门 valve、燃气储罐 Gastank测点类型：压力、温度、流量、储量。,水力模型,综述,1,综合能源建模,2,基础功能与算法,3,典型场景,4,基础功能,19,www.sf-,电力网络分析功能,电力系统模型,设备量测属性,三绕组变压器折合标幺值后的模型为：双绕组变压器折合标幺值后的模型为
4、：,线路模型：,电力系统数学模型,网络拓朴分析,功能:根据开关和刀闸状态，由节点模型(物理模型)确定电网的电气连接关系，形成计算母线、电气岛-计算模型。SCADA提供的开关信息和量测数据是网络分析的数据来源,网络拓扑分析为公用模块，是状态估计、潮流计算等其它应用软件的基础.包括两个基本步骤:1.厂站母线分析:根据开关的闭合状态和元件的退出恢复形成计算母线.功能是分析一厂站的同一电压等级内的节点由闭合开关联接组成多少个母线,其结果是将厂站划分为若干个计算母线.2.系统网络分析:分析整个电网有闭合支路联接组成多少个电气岛(Island),每个电气岛是有电气联系的母线的集合,计算以此为单位划分网络方
5、程.,网络拓朴分析举例,状态估计(State Estimation),状态估计利用采集的信息估算电力系统的实时运行状态，主要功能有:1. 给出电网中各母线的电压和相角，各线路和变压器的潮流，各母线的负荷和各发电厂的发电机出力. 2. 估计有载调压变压器的分接头位置；3. 不良数据检测与辨识:开关错误辨识,遥测数据中的坏数据检测和辨识 ;,总体框架,CSGC-3000/OPEN3000/CC-2000A/D-5000,IEC-61970模型,软件平台访问接口,数据预校核,坏数据识别,状态估计,模型校核,数据质量评估,（数据整合）,功能与算法流程,状态估计模型,支路模型,量测量 z=,量测方程:
6、h(x)=,待求状态量,状态估计基础算法(1),EMS发展应用的历史其实就是状态估计与潮流计算发展变得历史.1970年F.C Scheweppe最早提出用最小二乘状态估计算法,后来日趋成熟,R.E.Larson等用卡尔漫滤波逐次状态估计算法研究.目前主要用的估计方法有:1.基本加权最小二乘法.,基本加权最小二乘法,占用内存量大,计算时间长,但估计质量最高.,Za包括Pij ,Pi, Zr包括 Qij,Qi,Vi,快速分解法思路,把量测数据的有功,无功分开处理,这里为Ba P- 的Jacobi 矩阵, Br为 P-V的 Jacobi矩阵.,状态估计算法(2),快速分解法,Za包括Pij ,Pi,
7、 Zr包括 Qij,Qi,Vi,状态估计算法(3),KP, KQ 是-收敛标志,潮流计算是根据电网结构及运行条件,求出整个网络的运行状态.,潮流方程如下,G为发电机,D为负荷Gij为母线导纳矩阵的电电导,Bij为母线导纳矩阵电纳,ViVj为线电压,潮流基本模型是一个高维的非线性方程组,潮流计算本质是解一个非线性方程,基本的方法是赋初值,循环叠代,从数值计算的角度来看,非线性方程的解不只一个,不是每一个非线性方程组可以用循环叠代获得有效解,常用的方法有:牛顿-拉夫逊法,P-Q分解法等,调度员潮流(Dispatcher Power Flow),牛顿-拉夫逊是求解非线性方程的有效方法,是潮流计算最重
8、要最基本的算法,是其他派生算法的基础.,牛顿-拉夫逊潮流算法,基本假设:,P-Q分解法收敛速度快,占用内存小,是目前电力系统计算普遍使用的一种算法,潮流计算P-Q分解法(快速分解法),预想事故分析（Contingency Analysis，CA）对由于支路开断，而使系统产生电气设备（变压器/线路）过负荷、母线电压异常等不安全状态，需要事先进行安全分析，即：针对预先设定的电力系统的故障（线路、变压器、发电机）及其组合，确定他们对电力系统安全运行产生的影响，以便当事故发生时，及时有效地采取校正措施。实时态下，安全分析利用状态估计的结果作为其计算的基本网络模型。 研究态下，安全分析利用以前保存的潮流
9、计算实例作为其计算的基本网络模型。,预想事故分析(CA),功能：按调度员的需要方便地设定预想故障 安全评定，并按照对电力系统安全影响的危害程度，对支路排序 分析严重故障后的系统状态,预想事故分析功能及算法,算法：补偿法，根据叠加原理，把预想事故网络等值为两个网络，计算潮流直流潮流法，用代替常用的有校验，全部条线路任意开断条后，运行状态校验灵敏度法，把开断看做正常运行的扰动，计算系统变化,基于最优潮流的优化调度,求出在满足：最小运行费、最小网损、消除越限的最小控制量、控制变量和状态变量的值发电机有功出力、移相器相角、净功率交换、有功负荷（切负荷）发电机电压（发电机无功出力）、变压器变比、并联电容
10、器和电抗器、无功负荷,电力系统分析与热力计算,基尔霍夫电流定律（KCL）基尔霍夫电压定律 （KVL）,热力管网流量 q压力 p热量 Q,电力网络电流 I电压有功 P,基尔霍夫流量压降定律,基尔霍夫电流定律（KCL）,集总电路中，在任意时刻，对任何一个结点，所有流出该结点的支路电流的代数和为零。,KCL的使用,求iR,答案：2A,基尔霍夫电压定律（KVL）,集总电路中，在任意时刻，沿任何一个回路，所有支路电压的代数和为零。,求u,答案：12V,电力网络潮流计算,潮流计算牛顿法,热网计算方程,(1)管段压力降计算公式 = j=1,2,3p 管段j的阻力系数； 管段j的压力降； 管段j的流量； ，
11、根据流态确定。,热网计算方程,(2)节点流量连续方程 =1 + =0 管段j与节点i的关联元素。 1，管段j与节点i关联，且是管段的起点 -1，管段j与节点i关联，且是管段的终点 0，管段j与节点i不关联； 节点i的节点流量。,热力计算方程,(3)环能量方程 =1 =0 管网环路与管段的关联元素， 1，管段j在第i个环中，管段的方向与环的方向一致 -1，管段j在第i个环中，管段的方向与环的方向相反 0，管段j不在第i个环中,热网计算方程,(4)管段温度降计算公式 = j=1,2,3p 管段j的降温系数； 管段j的温度降； 管段j的流量； ， 根据流态确定。,热力计算方程,(5)环热力能量方程
12、=1 =0 管网环路与管段的关联元素， 1，管段j在第i个环中，且管段j的方向与环的方向一致 -1，管段j在第i个环中，且管段的方向与环的方向相反 0，管段j不在第i个环中,基础算法:与电力系统稳态计算相似,节点流量AG+G0=0管段压力 ATP=P管段流量 G=C*p P,节点压力,节点流量AG+Go=0管段温度降 ATT=T管段流量 G=C*t t,节点温度T,A 节点关联矩阵； G, G0节点流量向量； P,P0 节点压力向量；C*p管段的阻力系数倒数矩阵， C*t管段的降温系数倒数矩阵，与导纳阵相似,算法输入与输出,管网：管段长度、管段直径、管段保温层、厚度管段流量、管段压降、管段温降
13、、管段流速节点：节点流量、节点压力、节点温度计算结果模块：输出水力热力计算的结果,典型场景,4,综合能源建模,2,基础功能与算法,3,综述,1,典型场景,节点类型,电热耦合网络多能流计算,57,电热耦合网络,热网管道10开断时分开分析和联合分析电网和热网能流区别,电热耦合网络模型和多能流计算,电热耦合网络相互影响机理和安全评估,58,发生故障后热网不同时间尺度模型,电热耦合网络相互影响机理,热网管道10开断不同时间尺度流量变化,电热耦合系统静态安全分析,多种新能源接入电网的优化控制,电-热协调优化调度控制系统功能,调度EMS,电-热协调优化调度控制,AGC负荷预测,电网模型,功率预测控制,负荷侧电热能源协同,电源侧电热能源协同,电力、热力（负荷/源）预测及约束下的动态平衡优化调度,1.于尔铿,刘广一,周京阳. 能量管理系统 (EMS). 科学出版社,1998年11月.2.吴文传.电力系统自动化. 清华大学出版社, 2011年.3.王锡凡.现代电力系统分析. 科学出版社,2003年3月.4.汪茂泽. 输配气管网的模拟与分析. 石油工业出版社，1993. 5.林成森. 数值分析. 科学出版社,2007年.,学习书目,解决方案与产品中心,62,