綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)2025/5/11齊文斌綜述1綜合能源建模2基礎(chǔ)功能與算法3典型場景4能源互聯(lián)網(wǎng).智能某著名企業(yè).綜合能源服務(wù)微網(wǎng)泛能網(wǎng)

智能某著名企業(yè)以電為核心能源互聯(lián)網(wǎng)

多種能源協(xié)調(diào)優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系綜合能源系統(tǒng)受傳統(tǒng)能源領(lǐng)域?qū)W者和企業(yè)關(guān)注，能源互聯(lián)網(wǎng)則更為IT行業(yè)所推崇。綜合能源系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的物理載體典型場景系統(tǒng)架構(gòu)用戶特性分析能源調(diào)度控制中心大數(shù)據(jù)及云計算中心能量管理系統(tǒng)建模營銷服務(wù)中心多能流優(yōu)化調(diào)控安全評估與預(yù)警多能流穩(wěn)態(tài)計算能源調(diào)控需求側(cè)管理能源生產(chǎn)輸配某著名企業(yè)分布式能源微網(wǎng)光纖接入wifi3G/4G公網(wǎng)電力專網(wǎng)接入主站二級站子站能源消費智慧用能決策支持電動汽車網(wǎng)上營業(yè)廳用某著名企業(yè)息系統(tǒng)預(yù)測系統(tǒng)峰值分析策略管理運行管理能源調(diào)度系統(tǒng)控制安全保護(hù)經(jīng)濟(jì)運行智能管網(wǎng)多能表計能源結(jié)算能效管理硬件架構(gòu)資源平臺軟件軟件架構(gòu)綜述1綜合能源建模2基礎(chǔ)功能與算法3公司概括4熱力模型圖模庫一體化新能源模型

電力模型新能源設(shè)備建模包括了光伏、風(fēng)機(jī)、儲能等新能源模型電能相關(guān)設(shè)備的建模包括了傳統(tǒng)的輸某著名企業(yè)絡(luò)、配某著名企業(yè)絡(luò)以及新能源發(fā)電模型非電能相關(guān)設(shè)備的建模包括了熱、冷等能源的生產(chǎn)、消耗、多能轉(zhuǎn)換等容器關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系、映射關(guān)系通過圖模庫一體化方法，自動構(gòu)建出電力系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)的對象之間的容器關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系，并自動建立圖元對象與數(shù)據(jù)庫對象之間的映射關(guān)系。多能建模主控制區(qū)（HostControlArea）子控制區(qū)(SubControlArea）廠站（Substation）分接頭調(diào)節(jié)器（TapChanger）電壓等級（VoltageLevel）間隔（Bay）隔離開關(guān)（Disconnector）斷路器（Breaker）接地刀閘（GroundDisconnector）母線段（BusbarSection）同步電機(jī)（SynchronousMachine）電能用戶（EnergyConsumer）補(bǔ)償器pensator）變壓器（PowerTransformer）變壓器繞組（TransformerWinding）<--省調(diào)以上可能沒有建模某著名企業(yè)CIM模型設(shè)備容器熱網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型新模型繼承模型描述對象HeatPlantPowerSystemResource熱電廠HeatstationSubstation加熱站RelaypumpPrimeMover中繼泵HeatLineAclinesegment熱網(wǎng)管valveBreaker閥門ConnectivityNodeConnectivityNode連接點Terminalterminal端子thermalLoadEnergyConsumer熱負(fù)荷熱網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型容器：

熱電廠HeatPlant、加熱站（或者是減壓站）Heatstation、壓力等級PressureLevel設(shè)備：

中繼泵Relaypump、熱負(fù)荷thermalLoad、熱網(wǎng)管HeatLine、水泵Waterpump、閥門valve測點類型：壓力、、流量。天然氣網(wǎng)絡(luò)模型新模型繼承模型描述對象GastankPowerSystemResource燃?xì)夤轌asstationSubstation燃?xì)庹緍egulatordevice

調(diào)壓裝置GasLineAclinesegment燃?xì)夤躹alveBreaker閥門ConnectiveNodeConnectiveNode連接點terminalterminal端子天然氣網(wǎng)絡(luò)模型容器：燃?xì)庹綠asstation設(shè)備：調(diào)壓箱regulatorbox、調(diào)壓裝置regulatordevice、燃?xì)夤蹽asLine、閥門valve、燃?xì)鈨轌astank測點類型：壓力、、流量、儲量。水力模型新模型繼承模型描述對象WaterPlantPowerSystemResource水廠WaterstationSubstation加壓站RelaypumpPrimeMover中繼泵WaterTank

水塔WaterLineAclinesegment水網(wǎng)管valveBreaker閥門ConnectiveNodeConnectiveNode連接點Terminalterminal端子綜述1綜合能源建模2基礎(chǔ)功能與算法3典型場景4基礎(chǔ)功能多能建模擴(kuò)展CIM模型的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)圖、模、庫一體化建模，形成多種能源的模型體系多能狀態(tài)估計冷、熱、氣、電等多種能源的網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合狀態(tài)估計多能安全預(yù)警冷、熱、氣、電等多種能源的網(wǎng)絡(luò)的N-1評估多能流優(yōu)化調(diào)控多能流優(yōu)化調(diào)度控制。電力網(wǎng)絡(luò)分析功能電力系統(tǒng)模型主控制區(qū)（HostControlArea）子控制區(qū)(SubControlArea）廠站（Substation）分接頭調(diào)節(jié)器（TapChanger）電壓等級（VoltageLevel）間隔（Bay）隔離開關(guān)（Disconnector）斷路器（Breaker）接地刀閘（GroundDisconnector）母線段（BusbarSection）同步電機(jī)（SynchronousMachine）電能用戶（EnergyConsumer）補(bǔ)償器pensator）變壓器（PowerTransformer）變壓器繞組（TransformerWinding）<--省調(diào)以上可能沒有建模設(shè)備量測屬性三繞組變壓器折合標(biāo)幺值后的模型為：

雙繞組變壓器折合標(biāo)幺值后的模型為：

線路模型：電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型網(wǎng)絡(luò)拓樸分析功能:根據(jù)開關(guān)和刀閘狀態(tài)，由節(jié)點模型(物理模型)確定某著名企業(yè)的電氣連接關(guān)系，形成計算母線、電氣島---計算模型。SCADA提供的開關(guān)信息和量測數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)分析的數(shù)據(jù)來源,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鰹楣媚K，是狀態(tài)估計、潮流計算等其它應(yīng)用軟件的基礎(chǔ).包括兩個基本步驟:1.廠站母線分析:根據(jù)開關(guān)的閉合狀態(tài)和元件的退出恢復(fù)形成計算母線.功能是分析一廠站的同一電壓等級內(nèi)的節(jié)點由閉合開關(guān)聯(lián)接組成多少個母線,其結(jié)果是將廠站劃分為若干個計算母線.2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析:分析整個某著名企業(yè)有閉合支路聯(lián)接組成多少個電氣島(Island),每個電氣島是有電氣聯(lián)系的母線的集合,計算以此為單位劃分網(wǎng)絡(luò)方程.STAUNA1UNA2LDALDBLNAB1LNABLDCSTCSTBUNC4LNAB2LNBCXFC123STACBA1CBA2CBA3NDA3NDA2NDA4NDA5CBA4CBA5CBA6NDA6NDA7CBA7CBA8CBA9UNA2UNA1NDA1LDACBB1CBB2CBB4NDB2NDB1NDB3NDB4LDBSTBLNAB2NDA8LNBCSTCNDC5NDC6CBC6NDC8XFCNDC7UNCCBC2NDC1CBC3NDC2NDC4NDC3CBC4CBC5CBC1LNACLNAB1CBB3LDC網(wǎng)絡(luò)拓樸分析舉例狀態(tài)估計(StateEstimation)狀態(tài)估計利用采集的信息估算電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，主要功能有:1.給出某著名企業(yè)中各母線的電壓和相角，各線路和變壓器的潮流，各母線的負(fù)荷和各發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)出力.2.估計有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置；3.不良數(shù)據(jù)檢測與辨識:開關(guān)錯誤辨識,遙測數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)檢測和辨識;

總體框架CSGC-3000/OPEN3000/CC-2000A/D-5000IEC-61970模型軟件平臺訪問接口數(shù)據(jù)預(yù)校核壞數(shù)據(jù)識別狀態(tài)估計模型校核數(shù)據(jù)質(zhì)量評估（數(shù)據(jù)整合）功能與算法流程狀態(tài)估計模型支路模型量測量

z=量測方程:h(x)=待求狀態(tài)量狀態(tài)估計基礎(chǔ)算法(1)EMS發(fā)展應(yīng)用的歷史其實就是狀態(tài)估計與潮流計算發(fā)展變得歷史.1970年F.CScheweppe最早提出用最小二乘狀態(tài)估計算法,后來日趨成熟,R.E.Larson等用卡爾漫濾波逐次狀態(tài)估計算法研究.目前主要用的估計方法有:1.基本加權(quán)最小二乘法.取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)Z

由x計算HTR-1H,HTR-1[z-h]

解方程

X=HTR-1HHTR-1[z-h]l++l=1,x賦初值YN基本加權(quán)最小二乘法,占用內(nèi)存量大,計算時間長,但估計質(zhì)量最高.Za包括Pij,Pi,,Zr包括Qij,Qi,Vi２．快速分解法思路把量測數(shù)據(jù)的有功,無功分開處理,這里為BaP-

的Jacobi矩陣,Br為

P-V的

Jacobi矩陣.狀態(tài)估計算法(2)２．快速分解法計算初始化

KP=KQ=Fl=1

求解自由相量a

解方程求l++讀入量測數(shù)據(jù)YN

求解自由相量b

解方程求

KP=T

KQ=T?YN

KP=F

KQ=T

KP=T?YYNN

KQ=F

Za包括Pij,Pi,,Zr包括Qij,Qi,Vi狀態(tài)估計算法(3)KP,KQ是Ｐ-Ｐ-Ｖ收斂標(biāo)志潮流計算是根據(jù)某著名企業(yè)結(jié)構(gòu)及運行條件,求出整個網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài).潮流方程如下,G為發(fā)電機(jī),D為負(fù)荷Gij為母線導(dǎo)納矩陣的電電導(dǎo),Bij為母線導(dǎo)納矩陣電納,ViVj為線電壓潮流基本模型是一個高維的非線性方程組,潮流計算本質(zhì)是解一個非線性方程,基本的方法是賦初值,循環(huán)疊代,從數(shù)值計算的角度來看,非線性方程的解不只一個,不是每一個非線性方程組可以用循環(huán)疊代獲得有效解,常用的方法有:牛頓-拉夫遜法,P-Q分解法等調(diào)度員潮流(DispatcherPowerFlow)電壓初始化

計算

計算修正量修正V計算Jacobi矩陣YN牛頓-拉夫遜是求解非線性方程的有效方法,是潮流計算最重要最基本的算法,是其他派生算法的基礎(chǔ).牛頓-拉夫遜潮流算法基本假設(shè):形成矩陣B’,B’’并分解因子

計算

計算修正量修正NY電壓初始化

計算

計算修正量修正NYP-Q分解法收斂速度快,占用內(nèi)存小,是目前電力系統(tǒng)計算普遍使用的一種算法,潮流計算P-Q分解法(快速分解法)

預(yù)想事故分析（ContingencyAnalysis，CA）對由于支路開斷，而使系統(tǒng)產(chǎn)生電氣設(shè)備（變壓器/線路）過負(fù)荷、母線電壓異常等不安全狀態(tài)，需要事先進(jìn)行安全分析，即：針對預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)的故障（線路、變壓器、發(fā)電機(jī)）及其組合，確定他們對電力系統(tǒng)安全運行產(chǎn)生的影響，以便當(dāng)事故發(fā)生時，及時有效地采取校正措施。實時態(tài)下，安全分析利用狀態(tài)估計的結(jié)果作為其計算的基本網(wǎng)絡(luò)模型。研究態(tài)下，安全分析利用以前保存的潮流計算實例作為其計算的基本網(wǎng)絡(luò)模型。預(yù)想事故分析(CA)功能：１．按調(diào)度員的需要方便地設(shè)定預(yù)想故障２．安全評定，并按照對電力系統(tǒng)安全影響的危害程度，對支路排序．３．分析嚴(yán)重故障后的系統(tǒng)狀態(tài)．

預(yù)想事故分析功能及算法算法：１．補(bǔ)償法，根據(jù)疊加原理，把預(yù)想事故網(wǎng)絡(luò)等值為兩個網(wǎng)絡(luò)，計算潮流．２．直流潮流法，用代替．常用的有Ｎ－１校驗，全部Ｎ條線路任意開斷１條后，運行狀態(tài)校驗．３．靈敏度法，把開斷看做正常運行的擾動，計算系統(tǒng)變化．基于最優(yōu)潮流的優(yōu)化調(diào)度求出在滿足：最小運行費、最小網(wǎng)損、消除越限的最小控制量、控制變量和狀態(tài)變量的值發(fā)電機(jī)有功出力、移相器相角、凈功率交換、有功負(fù)荷（切負(fù)荷）發(fā)電機(jī)電壓（發(fā)電機(jī)無功出力）、變壓器變比、并聯(lián)電容器和電抗器、無功負(fù)荷時間分級的有功調(diào)度控制實時控制日前計劃滾動計劃實時調(diào)度24h4h15m10s時間分級模型預(yù)測控制(H-MPC)滾動預(yù)測：逐級消除預(yù)測偏差；通過動態(tài)優(yōu)化：超前調(diào)整慢速機(jī)組，留出快速機(jī)組下調(diào)裕度，提高下旋備電力系統(tǒng)分析與熱力計算基爾霍夫電流定律

（KCL）

基爾霍夫電壓定律

（KVL）熱力管網(wǎng)流量q壓力p熱量Q電力網(wǎng)絡(luò)電流I電壓Ｖ有功P基爾霍夫流量壓降定律基爾霍夫電流定律（KCL）集總電路中，在任意時刻，對任何一個結(jié)點，所有流出該結(jié)點的支路電流的代數(shù)和為零。KCL的使用求iR答案：2A基爾霍夫電壓定律（KVL）集總電路中，在任意時刻，沿任何一個回路，所有支路電壓的代數(shù)和為零。求u答案：12V電力網(wǎng)絡(luò)潮流計算潮流計算－牛頓法熱網(wǎng)計算方程

熱網(wǎng)計算方程

熱力計算方程

熱網(wǎng)計算方程

熱力計算方程

基礎(chǔ)算法:與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算相似節(jié)點流量AG+G0=0管段壓力ATP=ΔP管段流量G=C*pΔP

節(jié)點流量AG+Go=0管段ATT=ΔT管段流量G=C*tΔtA節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣；G,G0節(jié)點流量向量；P,P0節(jié)點壓力向量；C*p管段的阻力系數(shù)倒數(shù)矩陣，C*t管段的降倒數(shù)矩陣，與導(dǎo)納陣相似算法輸入與輸出管網(wǎng)：管段長度、管段直徑、管段保、厚度管段流量、管段壓降、管段、管段流速節(jié)點：節(jié)點流量、節(jié)點壓力、節(jié)點計算結(jié)果模塊：輸出水力熱力計算的結(jié)果典型場景4綜