[发明专利]一种电热综合能源系统动态安全控制方法

说明书

本发明公开了一种电热综合能源系统动态安全控制方法，包括：10)基于中心隐式差分格式的热网动态模型，推导边界条件和初始条件的传输矩阵，建立管道等值模型；20)基于管道等值模型，结合网络拓扑方程，建立热网动态的源‑荷方程；30)基于电网潮流模型和热网动态源‑荷方程，建立电力、热力网络的灵敏度计算式，结合耦合设备模型，建立电热综合能源系统的全局映射关系，构建动态安全控制方法。

技术领域

本发明涉及能源系统建模与运行分析领域，具体的是一种电热综合能源系统动态安全控制方法。

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

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种电热综合能源系统动态安全控制方法，本发明推导了差分格式的热网动态模型中初始条件和边界条件的传输系数，建立了状态量分布的管道等值模型，结合拓扑方程，构造了热网动态的源-荷方程，揭示了源荷映射关系，通过电热综合能源系统的全局灵敏度计算式，提出了动态安全控制策略。为电热综合能源系统的安全运行提供了理论指导。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种电热综合能源系统动态安全控制方法，包括以下步骤：

步骤10)基于中心隐式差分格式的热网动态模型，推导边界条件和初始条件的传输系数，建立管道等值模型；

步骤20)基于管道等值模型，结合网络拓扑方程，建立热网动态的源-荷方程；

步骤30)基于电网潮流模型和热网动态源-荷方程，建立电力、热力网络的灵敏度计算式，结合耦合设备模型，建立电热综合能源系统的全局映射关系，构建动态安全控制方法。

进一步地，所述步骤10)的具体为：

步骤101)根据中心隐式差分格式，建立热网动态模型为：

式中，i和j分别表示管道温度分布的空间步和时间步，T为以环境温度为参考值的管道温度，表示管道第i处分段在时刻j的温度，μ_1-3为用于表述温度传输特性构建常系数项，具体为：

其中，Δx和Δt为差分的空间和时间步长；v为管道流速，r为管道热阻系数；

步骤102)将初始条件、边界条件和管道末端温度用向量形式表示，并引入排列组合计算式同时定义简化系数项初始条件T⁰、边界条件T₀以及管道末端温度T_M向量如式(5)所示：