基于通用能量母线的综合能源系统建模方法与流程

本发明涉及一种综合能源系统建模方法。特别是涉及一种基于通用能量母线的综合能源系统建模方法。
背景技术：
：综合能源系统涵盖了电/气/热/冷等多种能源形式，打破了传统供能系统单独规划、单独设计和独立运行的模式，通过不同类型能源的有机协调和协同优化，为分布式可再生能源的高比例消纳与高效利用提供了新的视角和思路。随着能源相关技术水平的不断提高，综合能源系统中涉及的能源设备类型、系统运行模式以及耦合环节形式愈发复杂，对综合能源系统的建模分析与优化仿真提出了新的挑战。因此，研究掌握综合能源系统的通用化、标准化、可扩展化的建模方法，是开展后续综合能源系统相关研究的首要前提，对后续系统规划、运行、分析评价等问题的研究与探索也具有重要意义。目前已有的综合能源系统建模方法还存在一些不足，例如部分方法多针对某一特定系统进行单独建模，所建立的模型不具备通用性；部分建模方法仅考虑系统的外部特性也即输入输出特性，忽略了系统的内部环节，所建立的模型难以体现综合能源系统内部各转换设备间的耦合互补特性。而基于通用能量母线模型的综合能源系统建模方法可以准确表达系统中各设备之间的能量传递关系，通过采用电力系统中母线模型的定义，建立扩展的通用能量母线模型，通过定义源设备、转换设备、储能设备以及负荷等设备模型，可以有效实现综合能源系统建模的标准化和可扩展性。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是，提供一种具备标准化、通用化、可扩展的综合能源系统建模的基于通用能量母线的综合能源系统建模方法。本发明所采用的技术方案是：一种基于通用能量母线的综合能源系统建模方法，包括如下步骤：1)对于给定的综合能源系统，首先输入综合能源系统中包含能源设备的能量形式、类型及能量流拓扑关系，将综合能源系统中的能量流汇集点按能量形式进行分类，并建立对应的能量母线模型；2)将综合能源系统中的能源设备按源设备模型、转换设备模型、储能设备模型以及负荷模型这四种模型进行分类；3)将分类后的转换设备模型转化为标准转换设备模型；4)根据各能源设备的输入输出能量形式以及综合能源系统中的实际能量流路径，将分类后的源设备模型、标准转换设备模型、储能设备模型以及负荷模型与能量母线模型进行连接，形成综合能源系统通用能量母线模型。步骤1)所述的能量母线模型是将电力系统中的电力母线模型定义扩展至综合能源系统中，将所承载的能量形式由电力系统中的电能量扩展至综合能源系统中包含的能量形式。步骤2)所述的：(1)源设备模型：是指用于向综合能源系统提供能量输入的设备，源设备只含有输出支路；(2)转换设备模型：是指综合能源系统内部实现能量单向转换的设备，转换设备同时含有输入支路以及输出支路，转换设备分为单输入单输出、单输入多输出、多输入单输出以及多输入多输出四类设备；(3)储能设备模型：是指综合能源系统内部实现能量存储的设备，储能设备的模型共用一条输入输出支路；(4)负荷模型：根据能量类型分为不同的种类，负荷仅含有输入支路。步骤3)所述的将综合能源系统中的转换设备转化为标准模型，是将单输入多输出、多输入单输出以及多输入多输出的转换设备均转化为单输入单输出的转换设备与虚拟母线的组合，所述的虚拟母线是用来表示转换设备的标准模型中的拓扑连接关系的能量母线模型本发明的基于通用能量母线的综合能源系统建模方法，是一种具备标准化、通用化、可扩展的综合能源系统建模的方法。本发明的方法立足于实现综合能源系统建模方法的标准化、通用化及可扩展，综合考虑系统中能量类型、设备类型、拓扑约束，通过建立通用能量母线式的综合能源系统模型，实现综合能源系统建模的标准化和可扩展，为后续系统能量流分析、规划、运行等问题的研究打下基础。本发明的方法适用于集中能源站、海岛以及产业园区等用户级或区域级综合能源系统的建模，这类场景具有能源形式多样化、供用能设备相对集中、能源传输损耗影响较小等特点。附图说明图1是本发明基于通用能量母线的综合能源系统建模方法的流程图；图2是本发明中综合能源系统转换设备的标准化模型构成图；图3是某园区实际综合能源系统能量流路径图；图4是是根据某园区实际综合能源系统所建立的通用能量母线模型结构图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明的基于通用能量母线的综合能源系统建模方法做出详细说明。如图1所示，本发明的基于通用能量母线的综合能源系统建模方法，包括如下步骤：1)对于给定的综合能源系统，首先输入综合能源系统中包含能源设备的能量形式、类型及能量流拓扑关系，将综合能源系统中的能量流汇集点按能量形式进行分类，并建立对应的能量母线模型；所述的能量母线模型是将电力系统中的电力母线模型定义扩展至综合能源系统中，将所承载的能量形式由电力系统中的电能量扩展至综合能源系统中包含的能量形式。对于本实施例，综合能源系统中包含的能量形式包括电、热、冷以及热水，这四类能量流的汇集点可以建立四条能量母线模型，分别为电母线、热母线、冷母线以及热水母线。2)将综合能源系统中的能源设备按源设备模型、转换设备模型、储能设备模型以及负荷模型这四种模型进行分类；其中：(1)所述的源设备模型：是指用于向综合能源系统提供能量输入的设备，源设备只含有输出支路，通常包括外部电网、光伏发电、太阳能热水器等设备；(2)所述的转换设备模型：是指综合能源系统内部实现能量单向转换的设备，转换设备同时含有输入支路以及输出支路，转换设备分为单输入单输出(siso)、单输入多输出(simo)、多输入单输出(miso)以及多输入多输出(mimo)四类设备；(3)所述的储能设备模型：是指综合能源系统内部实现能量存储的设备，储能设备的模型共用一条输入输出支路；(4)所述的负荷模型：根据能量类型分为不同的种类，负荷仅含有输入支路。对于本实施例，源设备模型包括外部电网、光伏发电系统以及太阳能热水系统的模型；转换设备模型包括常规冷水机组、冰蓄冷机组、地源热泵、蓄热式电锅炉、换热装置以及生活热水箱的模型；储能设备模型包括铅酸储能、蓄冰槽、蓄冷水箱以及蓄热水箱的模型，负荷模型包括电负荷、热负荷、冷负荷以及热水负荷的模型。3)将分类后的转换设备模型转化为标准转换设备模型；所述的将综合能源系统中的转换设备转化为标准模型，是将单输入多输出、多输入单输出以及多输入多输出的转换设备均转化为单输入单输出的转换设备与虚拟母线的组合，所述的虚拟母线是用来表示转换设备的标准模型中的拓扑连接关系的能量母线模型。将综合能源系统中的转换设备转化为标准模型的方法如表1所示：表1综合能源系统中标准转换设备模型转化方法对于本实施例，需要进行标准化处理的转换设备模型包括冰蓄冷机组、地源热泵、蓄热式电锅炉的模型，如图2所示。4)根据图3所示的各能源设备的输入输出能量形式以及综合能源系统中的实际能量流路径，将分类后的源设备模型、标准转换设备模型、储能设备模型以及负荷模型与能量母线模型进行连接，形成如图4所示的综合能源系统通用能量母线模型。对于本实施例，综合能源系统中的能源设备模型及输入输出能量形式见表2：表2本实施例中能源设备模型及输入输出能量形式能源设备设备模型输入能量形式输出能量形式外部电网源设备——电光伏发电源设备——电太阳能热水器源设备——热水常规冷水机组转换设备电冷冰蓄冷机组转换设备电冷地源热泵转换设备电冷、热蓄热式电锅炉转换设备电热换热装置转换设备冷、热冷、热、热水生活热水箱转换设备热水热水铅酸电池储能设备电电蓄冰槽储能设备冷冷蓄冷水箱储能设备冷冷蓄热水箱储能设备热热电负荷负荷电——热负荷负荷热——冷负荷负荷冷——热水负荷负荷热水——根据上表所列出的输入输出能源形式，将相应的能源设备与其对应的能量母线连接，由此即可得到图3所示的综合能源系统通用能量母线模型。当前第1页12