一种安全预防控制方法、装置、控制设备及存储介质与流程

本发明涉及综合能源系统的安全控制技术领域，尤其涉及一种安全预防控制方法、装置、控制设备及存储介质。

背景技术：

风电、光伏等可再生清洁能源的使用成了一种必然趋势，而这些可再生能源不确定性高，发电量不易控制，接入电网容易引起电网波动。因此，仅以电网作为能量传输的载体已渐渐不能满足需求。在这种情况下，以电、热、冷、气多种形式传输能量的能源互联网就有其优越性。

现如今，能源互联网的示范也越来越多。在上述多能网络中，热电联供网络目前发展最为迅速，自20世纪开始，在全球范围内就开始逐步建立热网。目前，热网在丹麦、瑞典、德国、芬兰等欧洲国家都有了一定程度的普及，对于电热耦合多能流网络的建模和潮流计算已经有了一系列的研究成果。然而，目前对于电热耦合多能流网络的安全控制问题的研究还比较缺乏，其中预防控制这一块内容还非常空白。预防控制是给出系统的运行状态，使得系统在正常状况下以及遇到故障时，能够保持稳定的一种安全控制手段，是系统安全控制的第一道防线。在电力系统中，很早就已经引入了预防控制的理论，目前有关电力系统预防控制的研究已趋于成熟，但是对电热耦合多能流网络的预防控制，还处于各个起步阶段。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种安全预防控制方法、装置、控制设备及存储介质，实现对电热耦合多能流系统安全控制分析，以保障系统的安全稳定运行。

第一方面，本发明实施例提供了一种安全预防控制方法，该方法包括：

构建电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数；

构建所述电热耦合多能流系统的约束条件；

根据所述目标函数和约束条件构建安全预防控制的调度模型；

根据所述调度模型对所述电热耦合多能流系统进行安全预防控制。

第二方面，本发明实施例还提供了一种安全预防控制装置，该装置包括：

控制函数模块，用于构建电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数；

约束条件模块，用于构建所述电热耦合多能流系统的约束条件；

控制模型模块，用于根据所述目标函数和约束条件构建安全预防控制的调度模型；

执行控制模块，用于根据所述调度模型对所述电热耦合多能流系统进行安全预防控制。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的安全预防控制方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种控制设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例提供的安全预防控制方法。

本发明实施例，通过构建电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数和约束条件，然后根据所述目标函数和约束条件构建安全预防控制的调度模型，最后根据所述调度模型对所述电热耦合多能流系统进行安全预防控制。实现对电热耦合多能流系统安全控制分析，以保障系统的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种安全预防控制方法的流程示意图；

图2是本发明涉及的电热耦合多能流系统拓扑图；

图3是电热耦合多能流系统中抽气式供热机组电热关系示意图；

图4是供热网络示意图；

图5是本发明实施例提供的一种安全预防控制装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种控制设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种安全预防控制方法的流程示意图，该方法可以由本发明实施例提供的控制设备来执行，该控制设备可采用软件和/或硬件方式实现，该方法具体包括如下步骤：

步骤110、构建电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数；

本发明涉及考虑热网特性的电热耦合系统安全预防控制方法，弥补了预防控制方法在电热耦合系统的空白，形成一种考虑电网和热网间耦合关系的电热耦合多能流安全控制。与单独电网的预防控制相比，在电热耦合网络中对单独电网进行预防控制会导致热出力无法满足热负荷要求。本发明考虑了热网特性，在保证系统安全运行的情况下，使得系统更为经济化，并且通过对热网热力模型和水力模型的搭建求解，使得热损失更为精确，有利于增大电网的调节裕度，具有明显的优越性。在电热耦合多能流网络应用本发明后，可以为多能流系统的安全控制守好第一道防线。本发明涉及的系统拓扑图如图2所示，其中，bi为母线，ti为变压器，pgi为发电功率，phi为供热功率，pdi电负荷，ph,load为热负荷。

本实施例中，建立一个基于抽汽式供热机组的热电联产机组电热耦合多能流系统的故障预防和控制的目标函数如下：

其中，ax，bx，cx分别是热电机组运行成本系数，cv为热电机组运行参数，pgx为第x台热电机组的发电功率，phx为第x台热电机组的供热功率，ax，bx，cx，cv为已知参数，pgx，phx为决策变量。

此处电热耦合多能流系统的故障预防和控制的目标函数即为安全预防控制目标函数。

步骤120、构建所述电热耦合多能流系统的约束条件；

本实施例中，电热耦合多能流系统的约束条件包括：电热耦合多能流系统正常运行状态下的电网运行约束条件、电热耦合多能流系统故障运行状态下的电网运行约束条件、电热耦合多能流系统中供热机组的热电联产机组运行约束条件以及电热耦合多能流系统的热网约束条件。

具体构建各个约束条件的过程如下所述。

1、构建电热耦合多能流系统正常运行状态下的电网运行约束条件如下：

其中，pgi,pdi,θi,θj分别为电热耦合多能流系统中第i个节点的有功注入功率、需求功率、相角以及第j个节点的相角，xij为电网节点导纳矩阵y的第i行、第j列元素的虚部，节点导纳矩阵y中的第i行和第j列元素的虚部与电热耦合多能流系统中的节点一一对应，电网节点导纳矩阵y从电网调度中心获取。sij为电网第i个节点和第j个节点之间的支路i、j的功率流量，pgi,pdi,θi,θj和sij为决策变量，xij和为已知参数。

2、构建电热耦合多能流系统故障运行状态下的电网运行约束条件如下：

其中，k表示电热耦合多能流系统的故障集，pgm,pdm,θm,θn分别为电热耦合多能流系统中第m个节点的有功注入功率、需求功率、相角以及第n个节点的相角，xmn为电网节点导纳矩阵m中第m行、第n列元素的虚部，与节点一一对应，电网节点导纳矩阵m从电网调度中心获取，smn为电网第m个节点和第j个节点之间的支路mn的功率流量。

3、构建电热耦合多能流系统中供热机组的热电联产机组运行约束条件。

图3是电热耦合多能流系统中抽气式供热机组电热关系示意图。基于该关系建立基于抽汽式供热机组的热电联产机组运行约束条件如下：

其中，公式(1)中，pgx为第x台热电机组的发电功率，phx为第x台热电机组的供热功率，phxmax为第x台热电联产机组的供热上限；

公式(2)表示给定供热功率时热电机组的发电功率上限，公式(3)和公式(4)为两段直线，分别表示给定供热功率时热电机组发电功率的下限，phm为热电机组发电功率最小时所对应的供热功率；

由公式(1)-公式(4)组成的区域即为热电机组发电功率和供热功率的可行域，其中k1,k2,k3为热电联产机组电热耦合关系斜率，k1,k2,k3根据设定的发电功率p1,p2,p3,p4和设定的供热功率phm,phmax计算得到，其中pgx，phx为决策变量，k1,k2,k3，p1,p2,p3,p4，phm,phmax均为已知参数。

4、构建电热耦合多能流系统的热网约束条件。

图4为供热网络示意图，为了精确考虑供热网络中的热损失，需要考虑热网特性，建立热网约束条件如下：

上述公式中，a,b分别表示热源节点和热负荷节点，qb,pha为热负荷大小及供热功率，在热网中，分为供水网络和回水网络，因此公式中的tsb,tsa,trb,tra分别为各节点上供水管道的温度和回水管道的温度，cp,λ,lab分别是工质比热容、管道中质量流量、导热系数以及管道长度，tob,te为负荷节点出水温度和热网环境温度。最后一个公式表示负荷所需求的温度区间，其中tob,te和cp,λ,lab为已知参数，tsb为决策变量。

步骤130、根据所述目标函数和约束条件构建安全预防控制的调度模型；

步骤140、根据所述调度模型对所述电热耦合多能流系统进行安全预防控制。

根据电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数和各个约束条件构建安全预防控制的调度模型，求解该调度模型，得到电热耦合多能流系统的故障预防和安全控制的调度结果，用以对电热耦合多能流系统进行安全预防控制。其中，所述安全预防控制包括根据调度模型控制电热耦合多能流系统中热电机组的发电功率和供热功率。

本实施例的技术方案，通过构建电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数和约束条件，然后根据所述目标函数和约束条件构建安全预防控制的调度模型，最后根据所述调度模型对所述电热耦合多能流系统进行安全预防控制。实现对电热耦合多能流系统安全控制分析，以保障系统的安全稳定运行。

图5是本发明实施例提供的一种安全预防控制装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明任意实施例提供的安全预防控制方法，如图5所示，该装置包括：控制函数模块501、约束条件模块502、控制模型模块503和执行控制模块504。

控制函数模块501，用于构建电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数；

约束条件模块502，用于构建所述电热耦合多能流系统的约束条件；

控制模型模块503，用于根据所述目标函数和约束条件构建安全预防控制的调度模型；

执行控制模块504，用于根据所述调度模型对所述电热耦合多能流系统进行安全预防控制。

本实施例提供的安全预防控制装置，通过构建电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数和约束条件，然后根据所述目标函数和约束条件构建安全预防控制的调度模型，最后根据所述调度模型对所述电热耦合多能流系统进行安全预防控制。实现对电热耦合多能流系统安全控制分析，以保障系统的安全稳定运行。

在上述实施例的基础上，所述安全预防控制目标函数为：

其中，ax，bx，cx分别是热电机组运行成本系数，cv为热电机组运行参数，pgx为第x台热电机组的发电功率，phx为第x台热电机组的供热功率，ax，bx，cx，cv为已知参数，pgx，phx为决策变量。

在上述实施例的基础上，约束条件模块502还包括：

构建所述电热耦合多能流系统正常运行状态下的电网运行约束条件。

在上述实施例的基础上，约束条件模块502还包括：

构建所述电热耦合多能流系统故障运行状态下的电网运行约束条件。

在上述实施例的基础上，约束条件模块502还包括：

构建所述电热耦合多能流系统中供热机组的热电联产机组运行约束条件。

在上述实施例的基础上，约束条件模块502还包括：

构建所述电热耦合多能流系统的热网约束条件。

在上述实施例的基础上，执行控制模块504还包括：

根据所述调度模型控制所述电热耦合多能流系统中热电机组的发电功率和供热功率。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明所有实施例提供的安全预防控制方法：也即，该程序被处理器执行时实现：通过构建电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数和约束条件，然后根据所述目标函数和约束条件构建安全预防控制的调度模型，最后根据所述调度模型对所述电热耦合多能流系统进行安全预防控制。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或控制设备上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

图6是本发明实施例提供的一种控制设备的结构示意图，该控制设备可集成本发明实施例提供的安全预防控制装置。参见图6，控制设备600可以包括：存储器601，处理器602及存储在存储器601上并可在处理器602运行的计算机程序，所述处理器602执行所述计算机程序时实现如本发明实施例所述的安全预防控制方法。

本发明实施例提供的控制设备，通过构建电热耦合多能流系统的安全预防控制目标函数和约束条件，然后根据所述目标函数和约束条件构建安全预防控制的调度模型，最后根据所述调度模型对所述电热耦合多能流系统进行安全预防控制。实现对电热耦合多能流系统安全控制分析，以保障系统的安全稳定运行。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。