一种基于不同能源类型的微网全能流建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电网的建模方法，具体涉及一种基于不同能源类型的微网全能流建 模方法。
【背景技术】
[0002] 随着环境的日益恶化和不可再生能量的逐渐减少，W风能、太阳能为代表的可再 生清洁能量发电技术得到了迅猛发展。小型风力发电、光伏发电等灵活、分散地接入用户侧 配网，提高了局部供电可靠性、减少输电损耗、一次能量利用率和减少了废气排放。送种方 式接入配网的风、光发电系统等统称为分布式发电。微电网是指由分布式发电、储能、负荷 和保护控制装置一起集成的独立智能系统，它既可W并网运行，也可W离网运行。
[0003] 能源互联网其实是W互联网理念构建的新型信息能源融合"广域网"，它W大电网 为"主干网"，微电网为"局域网"，W开放对等的信息能源一体化架构，真正实现能源的双向 按需传输和动态平衡使用，因此可W最大限度地适应新能源的接入。微电网是能源互联网 中的基本组成元素，通过新能源发电、微能源的采集、汇聚与分享W及微电网内的储能或用 电消纳形成"局域网"。
[0004] 针对目前的微电网中的动态特性和能量表征问题，目前尚无系统化的表征方法。 在现有方法中，往往是把热力系统与电力系统分割开来，通过不同量化因子，对他们进行分 别控制和管理，从而忽略了他们之间相互关联和相互禪合的关系，不能系统化的描述各个 环节能量流通的特征，全面性的评估各环节经济效益。因此，需要提供一种针对目前的微电 网中的动态特性和能量表征问题的系统化的表征方法。把热力系统与电力系统结合起来， 将不同量化因子统一起来予W控制和管理，充分考虑其间相互关联和相互禪合的关系，W 系统化描述各个环节能量流通的特征，全面评估各环节经济效益。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于不同能源类型的微网全能流 建模方法。该方法从能量、装置、信息的角度出发，把热力系统与电力系统作为一个统一的 整体，进行相互关联和相互禪合，并通过数字抽象表征的方式，描述微电网中不同类型能量 的产生、转换、传输、储存及利用过程。该方法通过能流的数字表征，实现不同类型能源的统 一量化，W此为基础可W对微电网整体和部分环节能效利用进行综合分析评估，并针对能 效较低的环节，进行优化改进，从而实现多级精细化管理，提高全局能量优化利用水平。
[0006] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的
[0007] 本发明提供一种基于不同能源类型的微网全能流建模方法，其改进之处在于，所 述方法包括下述步骤：
[0008] (1)构建全能流模型，包括能量与能流分析、能量转换环节分析、能量分配环节分 析、能量存储环节分析、能量利用环节和能量管理环节分析；
[0009] (2)构建全能流网络模型。
[0010] 进一步地，所述步骤（1)的全能流模型包括能量类元素、装置类元素和信息类元 素；能量类元素是能源互联网通过装置类元素进行转换利用的主体，信息类元素是能量类 元素、装置类元素的抽象描述；
[0011] 所述能量类元素包括不同类型的一次能源和二次能源；装置类元素包括不同类型 能量产生、转换、传输、储存、利用装置及控制装置；信息类元素包括不同类型能量的数字模 型和各个设备的数字模型。
[0012] 进一步地，所述步骤（1)的能量与能流分析包括；由有效能量Ex和无效能量An组 成的能量E，其表达式如下：
[001 引E=Ex+An1)；
[0014] 能量的品位是指单位能量所具有可用能的比例；设定能量数量参数为Q，品位参 数为A，能源的单位转换参数为K，则能量的另一表达形式如下：
[001 引E=KAQ
[0016] 所述能流指的是W微电网系统中各设备单元或各个供能与用能子系统为节点，并 在各节点之间沿着特定的流动路径形成具有的能量网络；能流等于能量势除W能量阻。
[0017] 进一步地，所述步骤（1)的所述能量转换环节分析通过能量转换装置进行，能量 转换装置是全能流模型中对能量形式或特性进行转换的装置，包括不同能量类型的转换装 置和不同能量特性的转换装置；不同能量类型的转换装置包括发电机和电动机；不同能量 特性的转换装置包括变压器和变流器；能流按流程分为输入能量、回收能量和损失能量； 根据能量守恒的原则，能量转换环节的能流公式为：
[001 引Em=Eids巧re巧。ut_l+Ewt_2 如；
[001引其中；Em是总输入能量；Eim是损失的能量、E。是回收利用能量、是输出的第 1种能量，包括电能、E。。, 2是输出的第2种能量，包括热能。
[0020] 进一步地，所述步骤（1)中，所述能量分配环节分析通过能量分配装置进行，能量 分配装置是全能流模型中对能量进行分配或转供的装置，能量分配装置包括能够自动调节 馈线容量的变压器和自动调节的电力电子变压器，根据网路用能需求，自动进行分配、调节 和储存；根据能量守恒原则的能量分配环节能流公式为：
[002d Ein_i+Ein_2 = Ei0s+Est0re_i巧store_2+E0uuW0ut_2 4);
[0022] 其中；Em_i是第1个输入能量，包括光伏发的电量、Ei"_2是第2个输入能量，包括风 电发的电量、Eim是损失的能量、Egt"。1是第1个储能装置存储的能量、Egt"。2是第2个储能 装置存储的能量、Ef。是回收利用能量、Ewti是输出给第1条馈线的能量、E。。, 2是输出给第 2条馈线的能量。
[0023] 进一步地，所述步骤（1)的能量存储环节分析通过能量存储装置进行，能量储存 装置是全能流模型中对能量进行储存的装置，能量储存装置包括蓄电池和蓄热装置；在能 量供给富裕时储存多余的能量，在能量供给不足时释放储存的能量；根据能量守恒的原则， 能量存储环节的能流公式为：
[0024] E"〇re_l+Eself=Ei〇s+E"〇re_〇ut5)；
[002引其中化,"。1是储能装置存储的能量、Ewif是储能装置本体产生的能量、Eim是储能 装置损失的能量、Egt"。。。,是储能装置输出的能量。
[0026] 进一步地，所述步骤（1)的能量利用环节分析通过能量利用装置进行，能量利用 装置是全能流模型中对能量进行利用或消耗的装置，能量利用装置包括电灯和暖气；根据 能量守恒的原则的能量利用环节的能流公式为：
[0027] Em = Eks+Ewt 6)；
[0028]其中；E。。,是总输出能量瓜。是在总输入能量；Eim是损失的总能量。
[0029] 进一步地，所述步骤（1)中，能量管理环节分析通过能量管理装置进行，表征能量 的信息流在各装置之间进行流通和交互；能量管理装置是对能流信息进行分析处理和全局 优化管理的系统平台，包括微电网的能量管理系统；能流信息包括能量的品质信息、数量信 息和能流的流速信息。
[0030] 进一步地，所述步骤（2)中，所述全能流网络模型由装置类元素连接起来，构成能 源输送通道组合，用于能量的流通和利用，包括全局优化层、分布自治层和就地接入层。
[0031] 进一步地，所述全局优化层是指区域范围内多级微电网的能源互联，通过电能的 形式来传输与转供，传输距离为Ikm-lOkm;分布式自治层是指局部地区内单个微电网的能 源互联，通过电能或热能的形式来传输与转供，传输距离为lOOm-lkm;就地接入层为单个 能源装置的接入与利用，各种能源向冷、热、电需求能源转换。
[0032] 进一步地，所述全能流网络模型的能流公式如下：
[003引 E。" =E"-Ei0s=Dm正in 7)；
[0034]其中；E。。,是总输出能量瓜。是在总输入能量；Eim是损失的总输入能量化。是全 能流模型的表征系数。
[0035] 与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
[0036] 本发明提出的一种基于不同能源类型的微网全能流建模方法，用统一量化的全能 流数字模型系统化地描述了能流在产生、转换、传输、储存及利用过程中的能量特性。本发 明的方法用集总化约束，还可灵活用于单个设备的能源统一量化分析。在实际应用时，根据 需求，可W自由灵活的选择能源网络中的各个环节，全面考虑各种状况和约束下的影响因 子，系统化地建立对应的全能流模型，实现微电网中不同形式能源的统一量化分析。
【附图说明】
[0037] 图1是本发明提供的全能流模型图；
[0038] 图2是本发明提供的能量转换环节模型示意图；
[0039] 图3是本发明提供的能量分配环节模型示意图；
[0040] 图4是本发明提供的能量储存环节模型示意图；
[0041] 图5是本发明提供的能量利用环节模型示意图；
[0042] 图6是本发