一种多能源系统同质化耦合建模方法与流程

本发明涉及电力系统运行与控制领域，特别涉及一种多能源系统同质化耦合建模方法。

背景技术：

随着化石能源的逐渐枯竭以及随之带来的环境问题日益严重，世界各国开始大力发展可再生能源。由于大部分可再生能源发电的出力特性具有随机性和间歇性，如果大规模并网，会对电网的稳定运行造成冲击。

传统的能源系统在建模与分析时，一般将风、光、水、气、火、储等多种能源形式分开处理，常忽略不同能源之间的相互作用或做近似处理。将风、光、水、气、火、储等多种能源形式相结合，克服单一的风力发电或光伏发电的不稳定性，实现能源的优势互补和效率提升，为可再生能源有效接入电网提供了一种新的解决思路。然而，随着分布式能源应用范围的不断扩大，多种能源系统的耦合和联系日益紧密。因此，多领域集成化仿真与控制是目前迫切需要解决的问题之一，而全面考虑风、光、水、气、火、储等能源同质化耦合的建模问题及分析技术是其核心问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种多能源系统同质化耦合建模方法。该方法可以包含多种能量范畴，并可解决多种非线性问题；准确反映多能源系统内部的信号流向、功率流向和能量流向，便于对照实物建立系统模型；状态变量具有确定的物理意义，便于对多能源系统进行性能分析；可以进行组件化建模，修改模型迅速方便；可以按照一定规则直接由功率键合图模型求得系统状态方程，配合适当程序，甚至可以直接由功率键合图模型得到系统的响应，该方法应用功率键合图理论。因此在多能源系统中以统一的方式处理风、光、水、气、火、储等多种能源形式的建模与分析问题，具有结构简明，包含信息量大及动力学建模过程规则化等特点。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种多能源系统同质化耦合建模方法，包括以下步骤：

步骤1，分析多种异质能源的基本物理特性，结合多种异质能源的时空分布特性和波动特性差异，建立多种异质能源的数学模型；

基于功率键合图理论，通过多种异质能源的数学模型，建立多能源系统同质化耦合模型；

步骤2，分析多种异质能源参与互补协调调度的可控能力，辨识多能源系统同质化耦合模型的关键特征参数；

步骤3，将多能源系统同质化耦合模型的输出与实际运行数据进行对比，分析多能源系统同质化耦合模型的精度；

步骤4，分析多能源系统同质化耦合模型对不同典型运行场景的适用性，并验证多能源系统同质化耦合模型在不同典型运行场景中所显现的特性是否与实际运行数据基本一致，如果不一致，为精度较低，则优化调整多能源系统同质化耦合模型的关键特征参数。

在上述技术方案的基础上，步骤1中，所述多种异质能源包括风、光、水、气、火和储能。

在上述技术方案的基础上，步骤1中，所述同质化是指将多种异质能源的能量输出形式进行统一。

在上述技术方案的基础上，步骤1中，基于功率键合图理论，通过多种异质能源的数学模型，揭示多种异质能源系统能量随时间、空间变化的基本规律，建立多时间尺度下的多种异质能源同质化耦合模型。

在上述技术方案的基础上，步骤2中，所述关键特征参数包括能源的波动区间、爬坡率、转换速率、安全约束和可控裕度。

在上述技术方案的基础上，步骤3中，所述实际运行数据为实际运行中多种异质能源的输出能量。

本发明所述的一种多能源系统同质化耦合建模方法，可以包含多种能量范畴，并可解决多种非线性问题；准确反映多能源系统内部的信号流向、功率流向和能量流向，便于对照实物建立系统模型；状态变量具有确定的物理意义，便于对多能源系统进行性能分析；可以进行组件化建模，修改模型迅速方便；可以按照一定规则直接由功率键合图模型求得系统状态方程，配合适当程序，甚至可以直接由功率键合图模型得到系统的响应，该方法应用功率键合图理论。因此在多能源电力系统中以统一的方式处理风、光、水、气、火、储等多种能源形式的建模与分析问题，具有结构简明，包含信息量大及动力学建模过程规则化等特点。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明所述方法的示意图；

图2本发明所述方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1～2所示，本发明所述的一种多能源系统同质化耦合建模方法，包括如下步骤：

步骤1.基于功率键合图理论，建立多能源系统同质化耦合模型。分析多种异质能源的基本物理特性，在多种异质能源基本物理特性的基础上，考虑多种异质能源的时空分布特性和波动特性差异，建立多种异质能源的数学模型；

采用功率键合图理论，从能量守恒的基本原理出发，通过风、光、水、气、火、储等多种异质能源的数学模型，揭示多种异质能源系统能量随时间、空间变化的基本规律，建立多时间尺度下的风、光、水、气、火、储等多种异质能源同质化耦合模型。

所述多种异质能源包括风、光、水、气、火和储能；所述“储能”包括电化学储能(蓄电池)、电动汽车、储热等。

在软件平台上，基于多种异质能源的基本物理特性，搭建风电场、光伏电站等单一能源的数学模型，每个数学模型都有其对应的构成元件。由于每一种能源的输出电能特性存在差异，因此，需要依据功率键合图理论，在软件平台上，将单一能源的数学模型整合为统一形式的电能输出，使每种能源都具备相同的特性。

步骤2.辨识多能源系统同质化耦合模型关键特征参数。分析风、光、水、气、火、储等多种能源参与互补协调调度的可控能力，辨识多种能源的波动区间、爬坡率、转换速率、安全约束和可控裕度等关键特征参数。

所述关键特征参数，通过多能源系统同质化耦合模型输出电能的基本特性，就可以辨识(分析)得到这些参数。

步骤3.基于实际运行数据，分析多能源系统同质化耦合模型的精度。通过将多能源系统同质化耦合模型的输出与实际运行数据(包括风、光、水、气、火、储等多种能源的输出能量)进行对比，分析上述建立的多能源系统同质化耦合模型的精度。

步骤4.分析多能源系统同质化耦合模型对不同典型运行场景的适用性，优化调整多能源系统同质化耦合模型关键特征参数。电力系统在实际运行中，能源侧会存在很多种不同的典型运行场景，比如风光、风光水火等。因此需要验证多能源系统同质化耦合模型在不同典型运行场景中所显现的特性是否与实际运行数据基本一致，如果不一致，为精度较低，则需要对多能源系统同质化耦合模型的关键特征参数进行优化调整。

所述精度较低，也就是说：多能源系统同质化耦合模型输出的电能的关键特征参数(包括能源的波动区间、爬坡率、转换速率、安全约束和可控裕度等)与实际运行数据不符。此时，就需要调整模型中的各构成元件，以优化输出的电能，即优化关键特征参数。

功率键合图方法以一种统一的方法对系统各部分功率流的构成、转换、相互间逻辑关系及物理特征等进行描述即可实现对该系统模型的充分且完备的定义描述。一方面，它对功率流描述上的模块化结构与系统本身各部分物理结构及各种动态影响因素之间具有明确而形象的一一对应关系，便于理解其物理意义；另一方面，它与系统动态数学模型即状态方程之间存在着其它方法无法比拟的一致性，系统的状态方程的数量是与储能元件的数量一致的，可以根据系统的功率键合图有规律地推导出相应的数学模型，在具体表达方式上，功率键合图方法将各类工程系统所涉及到的多种物理参量，从功率流的角度出发，统一归纳为四种系统变量：势、流、动量和变位。同时，采用若干基本构成元素，诸如功率键、作用元、源、结点、变换器和回转器等来表征系统基本物理特征和功率转换与守恒的基本联接方式。功率键合图所定义的系统变量和构成元素都具有特定的物理含义并由一组专门的图形或字母符号来标识。因此，采用功率键合图理论，建立的风、光、水、气、火、储等多种能源形式的同质化耦合模型具有协调一致性。

以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或装饰，均落在本发明的保护范围内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。