[发明专利]一种多时间尺度电热综合能源系统静态安全控制方法

说明书

本发明公开了一种多时间尺度电热综合能源系统静态安全控制方法，包括：10)基于热力系统动态模型，推导热力系统时序的状态演变关于初始条件和不同时刻边界条件、环境温度的数值关系；20)确立电热综合能源系统中系统运行的控制量和受控量，分别建立电力子系统和热力子系统中受控量关于控制量的灵敏度矩阵；30)结合电力系统和热力系统耦合关系，建立电热综合能源系统的全局灵敏度矩阵，进而根据运行限制计算调整控制量，构建静态安全控制策略。

技术领域

本发明属于能源系统建模与运行分析领域，具体来说，涉及一种多时间尺度电热综合能源系统静态安全控制方法。

背景技术

日益增长的环境问题和能源危机促进了能源技术的变革，电热综合能源系统作为能源变革的一种主要形式，有助于提高电能和热能利用的互补性，并在实际工程中得到了广泛应用。然而，由于电力系统和热力系统的多时间尺度特性差异，电热综合能源组的模型本质上一组复杂的高维的常数和偏微分方程组，其求解十分复杂。此外，由于电能在电力系统中以光速进行传播，其往往能在毫秒级达到稳定；而热能在热力系统中通过工质流动进行传播，在控制指令下达后需要一定延时才能达到稳定，因此电力系统中的控制时间尺度一般较短，而热力系统的控制时间尺度一般较长。

现有研究一般依据控制时刻的能流计算结果制定安全控制策略，但由于热力系统的控制时间间隔较长，在控制时间间隔之间的动态过程演变往往被忽略了，从而导致控制策略的制定较为片面。此外，现有研究一般采用稳态模型进行建模分析，而忽略了电热综合能源系统内的动态与多时间尺度特性，所得结果与真实情况存在较大差异。并且，由于热力与水力耦合，现有研究一般通过优化方法或交替迭代求解方法对电热综合能源系统的静态安全问题进行分析，缺乏一种准确的、定量的安全控制策略，针对运行过程中可能出现的状态越限进行调整，从而保证系统运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种多时间尺度电热综合能源系统静态安全控制方法，该方法直观的建立起系统内动态状态演变与初始条件、时序边界条件和环境温度的数值关系，进而明确电力子系统和热力子系统内的控制量和受控量，并分别构建了子系统内的灵敏度矩阵。以电热耦合关系为基础，建立了电热综合能源系统的全局灵敏度矩阵，并给出了不同控制策略下的调整量确定方案。为电热综合能源系统运行的静态安全提供了理论指导。

为解决上述技术问题，本技术方案采用一种多时间尺度电热综合能源系统静态安全控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤10)基于热力系统动态模型，推导热力系统时序的状态演变关于初始条件和不同时刻边界条件、环境温度的数值关系；

步骤20)确立电热综合能源系统中系统运行的控制量和受控量，分别建立电力子系统和热力子系统中受控量关于控制量的灵敏度矩阵；

步骤30)结合电力系统和热力系统耦合关系，建立电热综合能源系统的全局灵敏度矩阵，进而根据运行限制计算调整控制量，构建静态安全控制策略。

作为本发明的进一步介绍，所述的步骤10)具体包括：

步骤101)根据热力系统动态特性，构建差分式热力系统动态模型，可表示为：

式中，k和i分别表示管道温度分布的空间步和时间步，T为管道温度，表示管道温度在k处分段在时刻i的温度，T_a为环境温度，λ₁和λ₂表示为用于简化表述构建常系数项，其具体可表示为：

其中，τ为差分的时间步长；m为管道质量流量，v为管道流速，r为管道热阻系数；T_a为环境温度；C_ρ为工质比热容；D表示管道内径。