一种面向综合能源系统的混合状态估计方法和装置与流程

1.本发明涉及综合能源技术领域，具体涉及一种面向综合能源系统的混合状态估计方法和装置。


背景技术：

2.能源按照种类主要分为电能、热能、天然气三种能源，于是针对于不同能源，能源系统主要包括电力系统、热网系统和气网系统。综合能源系统作为推动能源发展的重要力量，是多能互补、多能供应的具体表现实体，对提高能源利用率与新能源消纳能力具有重要意义。近年来，随着综合能源系统以及数据传输系统的发展，综合能源系统实时运行状态的监控变得愈发重要，对综合能源系统的输入和输出进行测量而得到的数据只能反映综合能源系统的外部特性，而综合能源系统的动态规律需要用内部(通常无法直接测量)状态变量来描述，而状态估计(state estimation)根据可获取的量测数据估算动态系统内部的状态，因此状态估计作为综合能源系统运行状态监控的重要手段之一，可以掌握综合能源系统实际态势，辨识出不良数据。
3.能源按照种类可以分为电能、热能、天然气三种能源，于是，综合能源系统可以是电力系统、热网系统和气网系统中任意两个系统或者三个系统的综合。现有技术中的状态估计方法仅对单个系统进行状态估计，若将该状态估计方法用于包括电力系统、热网系统和气网系统的混合能源系统，则会导致状态估计结果不准确。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术中状态估计结果不准确的不足，本发明提供一种面向综合能源系统的混合状态估计方法，包括：
5.根据综合能源系统的量测数据，并结合预先构建的耦合设备模型对所述综合能源系统中各节点进行状态估计，得到第一状态估计结果；
6.基于所述综合能源系统的量测数据以及预先构建的分布式状态估计模型对所述综合能源系统中的各节点进行状态估计，得到第二状态估计结果；
7.将所述第一状态估计结果和所述第二状态估计结果进行归并处理，得到综合能源系统的状态估计结果；
8.所述综合能源系统包括耦合设备和能源系统；所述耦合设备模型基于耦合设备进行构建。
9.优选的，所述能源系统包括：电力系统和热网系统；所述耦合设备包括：热电联产设备；所述热电联产设备用于连接所述电力系统与所述热网系统；所述耦合设备模型包括：为热电联产设备构建的热电联产设备模型；
10.所述综合能源系统的量测数据包括：耦合设备的量测数据和各能源系统对应的量测数据；
11.电力系统对应的量测数据包括：所述电力系统中节点的电压幅值、节点的有功功
率、节点的无功功率、所述电力系统中支路的有功功率和所述支路的无功功率；
12.热网系统对应的量测数据包括：所述热网系统中节点的压强、节点的流量、节点的热负荷、节点的供应温度、节点的返回温度和所述热网系统中管道的流量；
13.所述耦合设备的量测数据包括：所述热电联产设备的电能功率。
14.优选的，所述根据综合能源系统的量测数据，并结合预先构建的耦合设备模型对综合能源系统中各节点进行状态估计，确定第一状态估计结果，包括：
15.根据所述综合能源系统的量测数据，采用最小二乘法对所述综合能源系统进行潮流计算，得到所述热电联产设备的电能功率；
16.基于所述热电联产设备的电能功率和产热产电比，并结合所述热电联产设备模型确定所述热电联产设备的热功率，并根据所述热电联产设备的热功率计算所述热网系统中节点的温度；
17.基于所述热网系统中节点的温度确定与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果；
18.将所述与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果作为所述第一状态估计结果；
19.所述与热电联产设备存在连接关系的节点由所述综合能源系统的拓扑结构确定。
20.优选的，所述能源系统还包括气网系统；所述耦合设备还包括燃气发电设备；所述燃气发电设备用于连接所述电力系统与所述气网系统；
21.所述耦合设备模型还包括为燃气发电设备构建的燃气发电设备模型；
22.气网系统对应的量测数据包括：所述气网系统中节点的压强、节点的流量和所述气网系统中管道的流量；
23.所述耦合设备的量测数据还包括：所述燃气发电设备消耗的有功功率。
24.优选的，所述根据综合能源系统的量测数据，并结合预先构建的耦合设备模型对综合能源系统中各节点进行状态估计，确定第一状态估计结果，包括：
25.根据综合能源系统的量测数据，采用最小二乘法对所述综合能源系统进行潮流计算，得到热电联产设备的电能功率和燃气发电设备的消耗的有功功率；
26.基于热电联产设备的电能功率，并结合热电联产设备模型确定热电联产设备的热功率，并根据热电联产设备的热功率计算热网系统中节点的温度；
27.基于燃气发电设备消耗的有功功率，并结合燃气发电设备模型确定燃气发电设备的天然气流量；
28.基于热网系统中节点的温度确定与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果，并基于燃气发电设备的天然气流量确定与燃气发电设备存在连接关系的节点的状态估计结果；
29.将与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果以及与燃气发电设备存在连接关系的节点的状态估计结果作为第一状态估计结果；
30.与热电联产设备存在连接关系的节点和与燃气发电设备存在连接关系的节点由综合能源系统的拓扑结构确定。
31.优选的，所述热电联产设备模型按下式构建：
[0032][0033]
式中，d
chp,r
表示所述热电联产设备的热功率，d
chp,d
表示所述热电联产设备的电能功率；d
chp
表示所述热电联产设备的产热产电比。
[0034]
优选的，所述燃气发电设备模型按下式构建：
[0035][0036]
式中，f
tr
表示所述燃气发电设备的天然气流量，lhv表示天然气的热值，η
tr
表示所述燃气发电设备的转换效率，p
tr
表示所述燃气发电设备消耗的有功功率。
[0037]
优选的，所述基于所述综合能源系统的量测数据以及预先构建的分布式状态估计模型对所述综合能源系统中的各节点进行状态估计，得到第二状态估计结果，包括：
[0038]
基于各能源系统，将所述能源系统中预先确定的各子系统的量测数据带入到预先构建的分布式状态估计模型，采用加权最小二乘法对所述分布式状态估计模型进行状态估计得到所述能源系统中各能源子系统下各节点的状态估计结果；
[0039]
当存在节点属于至少两个子系统时，对所述节点的状态估计结果进行归并处理，确定所述节点的状态估计结果；
[0040]
从所有节点中选择与耦合设备不存在连接关系的节点的状态估计结果作为第二状态估计结果。
[0041]
优选的，所述各子系统的确定，包括：
[0042]
基于综合能源系统的拓扑结构，利用矩阵变化法将各能源系统中的所有节点进行分区得到各能源系统中的各子系统。
[0043]
优选的，所述对所述节点的状态估计结果进行归并处理，包括：
[0044]
取所述节点所在的各子系统估计后的均值为所述节点的状态估计结果。
[0045]
优选的，所述分布式状态估计模型的构建，包括：
[0046]
以能源系统中各能源子系统的状态估计误差均最小为目标，确定所述能源系统中各子系统的目标函数；
[0047]
基于所述目标函数，确定所述分布式状态估计模型的约束条件；
[0048]
所述各能源系统中各能源子系统的状态估计误差由子系统各自的量测数据、状态数据、状态数据的量测方程以及协方差矩阵确定。
[0049]
优选的，所述能源系统中各子系统的目标函数的表达式如下：
[0050][0051]
式中，a、b、
…
、n分别为某个能源系统中的各子系统；za、zb、
…
、zn分别为子系统a、b、
…
、n中所有节点构的量测量构成的量测向量；xa、xb、
…
、xn分别为子系统a、b、
…
、n中所有
节点的状态估计值构成的状态估计量；ja(x)、jb(x)、
…
、jn(x)分别为子系统a、b、
…
、n的状态估计误差ra、rb、
…
、rn分别为子系统a、b、
…
、n的协方差矩阵；ha(xa)、hb(xb)、
…
、hn(xn)分别为子系统a、b、
…
、n的状态数据的量测方程；
[0052]
所述约束条件如下式：
[0053][0054]
式中，x
ie
表示电力系统中第i个子系统的状态估计量；x
jh
表示热网系统中第j个节点的状态估计量；x
mg
表示气网系统中第m个节点的状态估计量。
[0055]
优选的，所述将第一状态估计结果和第二状态估计结果进行归并处理，得到综合能源系统的状态估计结果，包括：
[0056]
对于与所述耦合设备存在连接关系的节点，将所述第一状态估计结果作为所述综合能源系统的状态估计结果；
[0057]
对于与所述耦合设备不存在连接关系的节点，将所述第二状态估计结果作为所述综合能源系统的状态估计结果。
[0058]
基于同一种发明构思，本发明还提供一种面向综合能源系统的混合状态估计装置，包括：
[0059]
第一状态估计模块，用于根据综合能源系统的量测数据，并结合为耦合设备预先构建的耦合设备模型对综合能源系统中各节点进行状态估计，得到第一状态估计结果；
[0060]
第二状态估计模块，用于基于所述综合能源系统的量测数据以及预先构建的分布式状态估计模型对所述综合能源系统中的各节点进行状态估计，得到第二状态估计结果；
[0061]
处理模块，用于基将所述第一状态估计结果和所述第二状态估计结果进行归并处理，得到综合能源系统的状态估计结果；
[0062]
所述综合能源系统包括耦合设备和能源系统；所述耦合设备模型基于耦合设备进行构建。
[0063]
优选的，所述能源系统包括：电力系统和热网系统；所述耦合设备包括：热电联产设备；所述热电联产设备用于连接所述电力系统与所述热网系统；所述耦合设备模型包括：为热电联产设备构建的热电联产设备模型；
[0064]
所述综合能源系统的量测数据包括：耦合设备的量测数据和各能源系统对应的量测数据；
[0065]
电力系统对应的量测数据包括：所述电力系统中节点的电压幅值、节点的有功功率、节点的无功功率、所述电力系统中支路的有功功率和所述支路的无功功率；
[0066]
热网系统对应的量测数据包括：所述热网系统中节点的压强、节点的流量、节点的热负荷、节点的供应温度、节点的返回温度和所述热网系统中管道的流量；
[0067]
所述耦合设备的量测数据包括：所述热电联产设备的电能功率。
[0068]
优选的，所述第一状态估计模块具体用于：
[0069]
根据所述综合能源系统的量测数据，采用最小二乘法对所述综合能源系统进行潮流计算，得到所述热电联产设备的电能功率；
[0070]
基于所述热电联产设备的电能功率和产热产电比，并结合所述热电联产设备模型确定所述热电联产设备的热功率，并根据所述热电联产设备的热功率计算所述热网系统中
节点的温度；
[0071]
基于所述热网系统中节点的温度确定与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果；
[0072]
将所述与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果作为所述第一状态估计结果；
[0073]
所述与热电联产设备存在连接关系的节点由所述综合能源系统的拓扑结构确定。
[0074]
优选的，所述能源系统还包括气网系统；所述耦合设备还包括燃气发电设备，所述燃气发电设备用于连接所述电力系统与所述气网系统；
[0075]
所述耦合设备模型还包括为燃气发电设备构建的燃气发电设备模型；
[0076]
气网系统对应的量测数据包括：所述气网系统中节点的压强、节点的流量和所述气网系统中管道的流量；
[0077]
所述耦合设备的量测数据还包括：所述燃气发电设备消耗的有功功率。
[0078]
优选的，所述第一状态估计模块具体用于：
[0079]
根据综合能源系统的量测数据，采用最小二乘法对所述综合能源系统进行潮流计算，得到热电联产设备的电能功率和燃气发电设备的消耗的有功功率；
[0080]
基于热电联产设备的电能功率，并结合热电联产设备模型确定热电联产设备的热功率，并根据热电联产设备的热功率计算热网系统中节点的温度；
[0081]
基于燃气发电设备消耗的有功功率，并结合燃气发电设备模型确定燃气发电设备的天然气流量；
[0082]
基于热网系统中节点的温度确定与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果，并基于燃气发电设备的天然气流量确定与燃气发电设备存在连接关系的节点的状态估计结果；
[0083]
将与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果以及与燃气发电设备存在连接关系的节点的状态估计结果作为第一状态估计结果；
[0084]
与热电联产设备存在连接关系的节点和与燃气发电设备存在连接关系的节点由综合能源系统的拓扑结构确定。
[0085]
优选的，所述热电联产设备模型按下式构建：
[0086][0087]
式中，d
chp,r
表示所述热电联产设备的热功率，d
chp,d
表示所述热电联产设备的电能功率；d
chp
表示所述热电联产设备的产热产电比。
[0088]
优选的，所述燃气发电设备模型按下式构建：
[0089][0090]
式中，f
tr
表示所述燃气发电设备的天然气流量，lhv表示天然气的热值，η
tr
表示所述燃气发电设备的转换效率，p
tr
表示所述燃气发电设备消耗的有功功率。
[0091]
优选的，所述第二状态估计模块具体用于：
[0092]
基于各能源系统，将所述能源系统中预先确定的各子系统的量测数据带入到预先构建的分布式状态估计模型，采用加权最小二乘法对所述分布式状态估计模型进行状态估
计得到所述能源系统中各能源子系统下各节点的状态估计结果；
[0093]
当存在节点属于至少两个子系统时，对所述节点的状态估计结果进行归并处理，确定所述节点的状态估计结果；
[0094]
从所有节点中选择与耦合设备不存在连接关系的节点的状态估计结果作为第二状态估计结果；
[0095]
其中，所述各子系统的确定包括：基于综合能源系统的拓扑结构，利用矩阵变化法将各能源系统中的所有节点进行分区得到各能源系统中的各子系统；
[0096]
对所述节点的状态估计结果进行归并处理包括：取所述节点所在的各子系统估计后的均值为所述节点的状态估计结果。
[0097]
优选的，所述分布式状态估计模型的构建包括：
[0098]
以能源系统中各能源子系统的状态估计误差均最小为目标，确定所述能源系统中各子系统的目标函数；
[0099]
基于所述目标函数，确定所述分布式状态估计模型的约束条件；
[0100]
所述各能源系统中各能源子系统的状态估计误差由子系统各自的量测数据、状态数据、状态数据的量测方程以及协方差矩阵确定。
[0101]
优选的，所述能源系统中各子系统的目标函数的表达式如下：
[0102][0103]
式中，a、b、
…
、n分别为某个能源系统中的各子系统；za、zb、
…
、zn分别为子系统a、b、
…
、n中所有节点构的量测量构成的量测向量；xa、xb、
…
、xn分别为子系统a、b、
…
、n中所有节点的状态估计值构成的状态估计量；ja(x)、jb(x)、
…
、jn(x)分别为子系统a、b、
…
、n的状态估计误差ra、rb、
…
、rn分别为子系统a、b、
…
、n的协方差矩阵；ha(xa)、hb(xb)、
…
、hn(xn)分别为子系统a、b、
…
、n的状态数据的量测方程；
[0104]
所述约束条件如下式：
[0105][0106]
式中，x
ie
表示电力系统中第i个子系统的状态估计量；x
jh
表示热网系统中第j个节点的状态估计量；x
mg
表示气网系统中第m个节点的状态估计量。
[0107]
优选的，所述处理模块具体用于：
[0108]
对于与所述耦合设备存在连接关系的节点，将所述第一状态估计结果作为所述综合能源系统的状态估计结果；
[0109]
对于与所述耦合设备不存在连接关系的节点，将所述第二状态估计结果作为所述综合能源系统的状态估计结果。
[0110]
本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
[0111]
本技术提供的面向综合能源系统的混合状态估计方法中，根据综合能源系统的量
测数据，并结合为耦合设备预先构建的耦合设备模型对所述综合能源系统中各节点进行状态估计，得到第一状态估计结果；基于所述综合能源系统的量测数据以及预先构建的分布式状态估计模型对所述综合能源系统中的各节点进行状态估计，得到第二状态估计结果；将所述第一状态估计结果和所述第二状态估计结果进行归并处理，得到综合能源系统的状态估计结果。本技术采用：耦合设备模型和分布式状态估计模型对综合能源系统进行状态估计，并将两个模型的估计结果进行归并处理的混合状态估计，能够准确预测综合能源系统的运行状态，提高了状态估计的准确性。
[0112]
本技术基于综合能源系统的量测数据实现综合能源系统的状态估计，通过构建分布式状态估计模型能够提高状态估计的时效性，缩短状态估计的时长，且能够降低状态估计的误差，并通过耦合设备模型得到第一状态估计结果，由分布式状态估计模型得到第二状态估计结果；并将第一状态估计结果和第二状态估计结果进行归并处理，能够提高状态估计精度，进而减少了综合能源系统的资源浪费。
[0113]
通过本技术得到的综合能源系统的状态估计结果可以为综合能源系统优化调度、态势感知提供可靠的依据。
附图说明
[0114]
图1是本发明实施例中面向综合能源系统的混合状态估计方法流程图；
[0115]
图2是本发明实施例中综合能源系统结构示意图；
[0116]
图3是本发明实施例中面向综合能源系统的混合状态估计装置结构图。
具体实施方式
[0117]
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0118]
实施例1
[0119]
本发明实施例1提供了一种面向综合能源系统的混合状态估计方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：
[0120]
s101：根据综合能源系统的量测数据，并结合预先构建的耦合设备模型对综合能源系统中各节点进行状态估计，得到第一状态估计结果；
[0121]
s102：将综合能源系统的量测数据输入预先构建的分布式状态估计模型进行状态估计，得到第二状态估计结果；
[0122]
s103：将第一状态估计结果和第二状态估计结果进行归并处理，得到综合能源系统的状态估计结果。
[0123]
上述综合能源系统包括耦合设备和能源系统；
[0124]
能源系统至少包括：电力系统和热网系统，还可以包括气网系统；
[0125]
所述综合能源系统的量测数据包括：耦合设备的量测数据和各能源系统对应的量测数据；
[0126]
电力系统对应的量测数据包括：电力系统中节点的电压幅值、节点的有功功率、节点的无功功率、电力系统中支路的有功功率和支路的无功功率；
[0127]
热网系统对应的量测数据包括：热网系统中节点的压强、节点的流量、节点的热负荷、节点的供应温度、节点的返回温度和热网系统中管道的流量；
[0128]
气网系统对应的量测数据包括：气网系统中节点的压强、节点的流量和气网系统中管道的流量。
[0129]
当综合能源系统包括电力系统和热网系统时，耦合设备包括热电联产设备；耦合设备模型包括热电联产设备模型；耦合设备的量测数据包括：热电联产设备的电能功率；
[0130]
当综合能源系统包括电力系统、热网系统和气网系统时，耦合设备包括热电联产设备和燃气发电设备；耦合设备模型包括：热电联产设备模型和燃气发电设备模型；耦合设备的量测数据包括：热电联产设备的电能功率和燃气发电设备消耗的有功功率。
[0131]
热电联产设备用于连接电力系统与热网系统，燃气发电设备用于连接电力系统与气网系统。
[0132]
热电联产设备模型按下式构建：
[0133][0134]
式中，d
chp,r
表示热电联产设备的热功率，d
chp,d
表示热电联产设备的电能功率；d
chp
表示热电联产设备的产热产电比；
[0135]
燃气发电设备模型按下式构建：
[0136][0137]ftr
表示燃气发电设备的天然气流量，lhv表示天然气的热值，η
tr
表示燃气发电设备的转换效率，p
tr
表示燃气发电设备消耗的有功功率。
[0138]
根据综合能源系统的量测数据，并结合预先构建的耦合设备模型对综合能源系统中各节点进行状态估计，确定第一状态估计结果，包括：
[0139]
1)当综合能源系统包括电力系统、热网系统和气网系统时：
[0140]
根据综合能源系统的量测数据，采用最小二乘法对所述综合能源系统进行潮流计算，得到热电联产设备的电能功率和燃气发电设备的消耗的有功功率；
[0141]
基于热电联产设备的电能功率，并结合热电联产设备模型确定热电联产设备的热功率，并根据热电联产设备的热功率计算热网系统中节点的温度；
[0142]
基于燃气发电设备消耗的有功功率，并结合燃气发电设备模型确定燃气发电设备的天然气流量；
[0143]
基于热网系统中节点的温度确定与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果，并基于燃气发电设备的天然气流量确定与燃气发电设备存在连接关系的节点的状态估计结果；
[0144]
将与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果以及与燃气发电设备存在连接关系的节点的状态估计结果作为第一状态估计结果；
[0145]
与热电联产设备存在连接关系的节点和与燃气发电设备存在连接关系的节点由综合能源系统的拓扑结构确定。
[0146]
2)当综合能源系统包括电力系统和热网系统时：
[0147]
根据综合能源系统的量测数据，采用最小二乘法对所述综合能源系统进行潮流计算，得到热电联产设备的电能功率；
[0148]
基于热电联产设备的电能功率，并结合热电联产设备模型确定热电联产设备的热
功率，并根据热电联产设备的热功率计算热网系统中节点的温度；
[0149]
基于热网系统中节点的温度确定与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果；
[0150]
将与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果作为第一状态估计结果；
[0151]
与热电联产设备存在连接关系的节点和与燃气发电设备存在连接关系的节点由综合能源系统的拓扑结构确定。
[0152]
产热产电比可以采用标准计算方式预先确定；
[0153]
燃气发电设备的转换效率由所述燃气发电设备本身确定，可以采用理论值进行计算；
[0154]
天然气的热值：不同的天然气其热值不同但差异很小，可以依据城市燃气的热值标准确定也可以采用现有手段对天然气的热值动态监测并计算。
[0155]
拓扑结构包括：综合能源系统中所有的耦合设备、所有节点以及耦合设备、节点之间的连接关系确定；电力系统中的节点、热网系统中的节点和气网系统中的节点，统称为节点。
[0156]
基于现有的矩阵变化法根据量测量相关性对各能源系统进行分区处理，构建分布式状态估计模型，在各能源系统中实现分布式状态估计；其具体过程包括：
[0157]
1、基于拓扑关系中各量测量的相关性，利用矩阵变化法对各能源系统进行分区：
[0158]
(1)首先构建节点关联矩阵
[0159]
基于综合能源系统的拓扑结构构建节点关联矩阵a，其中a的行、列号分别对应节点编号，对角元素表示各节点所关联的支路数即为节点度；非对角位置上存储相应的支路编号，且该元素的行、列号分别对应该支路两端的节点编号。此外，由于该矩阵是对称的，因此构建的节点关联矩阵a为上三角阵。
[0160]
(2)基于构建好的节点关联矩阵利用矩阵变换进行分区：
[0161]
搜索a中对角元素值为1的节点。然后，在矩阵的非对角位置上搜索与该节点相关联的非零元素。其次，记录该非零元素及其关联的行、列号。同时，将该位置上的非零元素置0即消去该支路，并将该支路所关联节点的度减1。采用同样的搜索、记录和减度方法，如此反复，直到节点关联矩阵中节点度都不为1为止。然后基于记录下来的节点和支路形成一个或者多个子系统。
[0162]
2、基于分区好的子系统构建分布式状态估计模型，包括：
[0163]
以电力系统中电力子系统的状态估计误差(由电力子系统的量测数据、状态数据、状态数据的量测方程以及协方差矩阵确定)、热网系统中热网子系统的状态估计误差以及气网系统中气网子系统的状态估计误差均最小为目标，确定分布式状态估计模型的目标函数；
[0164]
基于目标函数，确定分布式状态估计模型的约束条件。
[0165]
电力系统中电力子系统的状态估计误差由电力子系统、热网子系统以及气网子系统各自的量测数据、状态数据、状态数据的量测方程以及协方差矩阵确定。
[0166]
目标函数按下式确定：
[0167][0168]
式中，a、b、
…
、n分别为某个能源系统中的各子系统；
[0169]
za、zb、
…
、zn分别为子系统a、b、
…
、n中所有节点构的量测量构成的量测向量；
[0170]
xa、xb、
…
、xn分别为子系统a、b、
…
、n中所有节点的状态估计值构成的状态量；这里各节点的状态估计值就是本函数要求取的值；
[0171]
ja(x)、jb(x)、
…
、jn(x)分别为子系统a、b、
…
、n的状态估计误差，由该子系统中所有节点的状态估计误差得到；各节点状态估计误差是以潮流计算的结果为基准值，由状态估计结果与该基准值的差值确定的。
[0172]
ha(xa)、hb(xb)、
…
、hn(xn)分别为子系统a、b、
…
、n的状态数据的量测方程；
[0173]
ra、rb、
…
、rn分别为子系统a、b、
…
、n的协方差矩阵；
[0174]
所述约束条件包括：电力系统零等式约束、热网系统零等式约束、气网系统零等式约束其表达式如下：
[0175][0176]
式中，x
ie
表示电力子系统中第i个子系统的状态估计向量(由电力子系统中第i个子系统下所有节点的状态估计值构成，也可以理解为电力子系统中任意一个子系统下所有节点的状态估计值)；x
jh
表示热网系统中第j个子系统的状态估计数据(由热网系统中第j个子系统下所有节点的状态估计值构成，也可以理解为热网系统中任意一个子系统下所有节点的状态估计值构成)；x
mg
表示气网系统中第m个子系统的状态估计数据(由气网系统中第m个子系统下所有节点的状态估计值构成，也可以理解为气网系统中任意一个子系统下所有节点的状态估计值构成)。零等式约束的原理可以参考申请号为201010129859.4的已授权专利，本发明中的零等式约束与该专利不同的是对状态估计的零等式约束。
[0177]
3、将综合能源系统的量测数据和多个分区结果输入分布式状态估计模型，采用加权最小二乘法对分布式状态估计模型进行状态估计，得到与热电联产设备不存在连接关系的节点的状态估计结果以及与燃气发电设备不存在连接关系的节点的状态估计结果；
[0178]
将与热电联产设备不存在连接关系的节点的状态估计结果以及与燃气发电设备不存在连接关系的节点的状态估计结果作为第二状态估计结果。
[0179]
上述s103中，基于第一状态估计结果对第二状态估计结果进行归并处理，得到综合能源系统的状态估计结果，包括：
[0180]
对于与热电联产设备和/或燃气发电设备存在连接关系的节点，将第一状态估计结果作为综合能源系统的状态估计结果；
[0181]
对于与热电联产设备和/或燃气发电设备不存在连接关系的节点，将第二状态估计结果作为综合能源系统的状态估计结果。
[0182]
为了验证本技术实施例1中混合状态估计方法的准确性，以图2所示的综合能源系
统结构示意图为例进行说明。
[0183]
如图2所示，热网系统包括节点nh1至节点nh17，电力系统包括节点ne1至节点ne30，气网系统包括节点ng1至节点ng12。热网系统和电力系统之间通过热电联产设备chp(combined heat and power)耦合，电力系统与气网系统之间通过燃气发电设备p2g耦合。图2中，耦合节点(即与耦合设备存在连接关系的节点)包括节点nh2、节点ne2、节点ne26和节点ng1。利用本发明的子系统分区方法，基于图2给出的综合能源系统结构示意图的拓扑结构，将综合能源系统划分为多个子系统：
[0184]
其中，气网系统子系统1包括节点ng1、节点ng2、节点ng3和节点ng11，气网系统子系统2包括节点ng6、节点ng7、节点ng8和节点ng11，气网系统子系统3包括节点ng2、ng3、4、ng5、ng7、ng8、ng9、ng10、ng11和ng12。
[0185]
热网系统子系统1包括节点nh1、节点nh2、节点nh3和节点nh4，热网子子系统2包括节点ng4、节点ng5、节点ng6和节点ng7，热网子系统3包括节点nh6、节点nh8、节点nh9和节点nh10，热网子系统4包括节点ng9、节点ng10、节点ng11、节点ng12和节点ng13，热网子系统5包括节点ng14、节点ng15、节点ng16和节点ng17。
[0186]
电网系统子系统1包括节点ne12、节点ne13和节点ne14，电网子系统2包括节点ne24、节点ne25和节点ne26，电网子系统3包括节点ne6、节点ne9、节点ne10和节点ne11，电网子系统4包括节点ne27、节点ne29和节点ne30，电网子系统5包括节点ne1、节点ne2、节点ne3、节点ne4、节点ne5、节点ne6、节点ne7、节点ne8和节点ne28，电网子系统6包括节点ne10、节点ne12、节点ne14节点ne15、节点ne16、节点ne17、节点ne18、节点ne19、节点ne20、节点ne21、节点ne22、节点ne23和节点ne24。
[0187]
具体如表1所示：
[0188]
表1
[0189][0190]
基于上述数据，采用混合状态估计的过程为：
[0191]
首先，本实施例利用耦合设备模型各节点进行状态估计，并取耦合节点：nh2、ne2、ne26和ng1的状态估计结果作为第一状态估计结果；
[0192]
然后根据分区处理后的各子系统，分别对各子系统进行状态估计，得到各节点的状态结果，对于有节点被多个子系统重复估计的取各子系统估计后的均值，以气网子系统为例，上述节点ng11被三个系统都进行了估计，因此节点ng11取3次估计的均值。将分区处理后的所有节点中除nh2、ne2、ne26和ng1外的所有节点的状态估计结果作为第二状态估计
结果；
[0193]
将第一状态估计结果和第二状态估计结果合并得到最终的状态估计结果。
[0194]
采用混合状态估计得到的热网系统估计结果与仅对单个热网状态估计结果对比图如表2所示：
[0195]
表2
[0196][0197][0198]
采用混合状态估计得到的气网系统估计结果与最小二乘法的气网系统状态估计结果对比图如表3所示：
[0199]
表3
[0200][0201]
通过表2和表3可以看出，与最小二乘法对比，本技术实施例提供的混合状态估计方法状态估计误差小，具有较高的状态估计精度。
[0202]
实施例2
[0203]
基于同一发明构思，本发明实施例2提供了一种面向综合能源系统的混合状态估计装置，如图3所示，包括：
[0204]
第一状态估计模块，用于根据综合能源系统的量测数据，并结合为耦合设备预先构建的耦合设备模型对综合能源系统中各节点进行状态估计，得到第一状态估计结果；
[0205]
第二状态估计模块，用于基于所述综合能源系统的量测数据以及预先构建的分布式状态估计模型对所述综合能源系统中的各节点进行状态估计，得到第二状态估计结果；
[0206]
处理模块，用于基将所述第一状态估计结果和所述第二状态估计结果进行归并处理，得到综合能源系统的状态估计结果。
[0207]
所述综合能源系统包括耦合设备和能源系统；
[0208]
所述能源系统包括：电力系统和热网系统；所述耦合设备包括：热电联产设备；所述热电联产设备用于连接所述电力系统与所述热网系统；所述耦合设备模型包括：为热电联产设备构建的热电联产设备模型；
[0209]
所述综合能源系统的量测数据包括：耦合设备的量测数据和各能源系统对应的量测数据；
[0210]
电力系统对应的量测数据包括：所述电力系统中节点的电压幅值、节点的有功功率、节点的无功功率、所述电力系统中支路的有功功率和所述支路的无功功率；
[0211]
热网系统对应的量测数据包括：所述热网系统中节点的压强、节点的流量、节点的
热负荷、节点的供应温度、节点的返回温度和所述热网系统中管道的流量；
[0212]
所述耦合设备的量测数据包括：所述热电联产设备的电能功率。
[0213]
当能源系统包括：电力系统和热网系统时第一状态估计模块具体用于：
[0214]
根据所述综合能源系统的量测数据，采用最小二乘法对所述综合能源系统进行潮流计算，得到所述热电联产设备的电能功率；
[0215]
基于所述热电联产设备的电能功率和产热产电比，并结合所述热电联产设备模型确定所述热电联产设备的热功率，并根据所述热电联产设备的热功率计算所述热网系统中节点的温度；
[0216]
基于所述热网系统中节点的温度确定与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果；
[0217]
将所述与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果作为所述第一状态估计结果；
[0218]
所述与热电联产设备存在连接关系的节点由所述综合能源系统的拓扑结构确定。
[0219]
能源系统还包括气网系统；所述耦合设备还包括燃气发电设备，所述燃气发电设备用于连接所述电力系统与所述气网系统；
[0220]
所述耦合设备模型还包括为燃气发电设备构建的燃气发电设备模型；
[0221]
气网系统对应的量测数据包括：所述气网系统中节点的压强、节点的流量和所述气网系统中管道的流量；
[0222]
所述耦合设备的量测数据还包括：所述燃气发电设备消耗的有功功率。
[0223]
当能源系统包括：电力系统、热网系统和气网系统时：第一状态估计模块具体用于：
[0224]
根据综合能源系统的量测数据，采用最小二乘法对所述综合能源系统进行潮流计算，得到热电联产设备的电能功率和燃气发电设备的消耗的有功功率；
[0225]
基于热电联产设备的电能功率，并结合热电联产设备模型确定热电联产设备的热功率，并根据热电联产设备的热功率计算热网系统中节点的温度；
[0226]
基于燃气发电设备消耗的有功功率，并结合燃气发电设备模型确定燃气发电设备的天然气流量；
[0227]
基于热网系统中节点的温度确定与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果，并基于燃气发电设备的天然气流量确定与燃气发电设备存在连接关系的节点的状态估计结果；
[0228]
将与热电联产设备存在连接关系的节点的状态估计结果以及与燃气发电设备存在连接关系的节点的状态估计结果作为第一状态估计结果；
[0229]
与热电联产设备存在连接关系的节点和与燃气发电设备存在连接关系的节点由综合能源系统的拓扑结构确定。
[0230]
所述热电联产设备模型按下式构建：
[0231][0232]
式中，d
chp,r
表示所述热电联产设备的热功率，d
chp,d
表示所述热电联产设备的电能功率；d
chp
表示所述热电联产设备的产热产电比。
[0233]
所述燃气发电设备模型按下式构建：
[0234][0235]
式中，f
tr
表示所述燃气发电设备的天然气流量，lhv表示天然气的热值，η
tr
表示所述燃气发电设备的转换效率，p
tr
表示所述燃气发电设备消耗的有功功率。
[0236]
所述第二状态估计模块具体用于：
[0237]
基于各能源系统，将所述能源系统中预先确定的各子系统的量测数据带入到预先构建的分布式状态估计模型，采用加权最小二乘法对所述分布式状态估计模型进行状态估计得到所述能源系统中各能源子系统下各节点的状态估计结果；
[0238]
当存在节点属于至少两个子系统时，对所述节点的状态估计结果进行归并处理，确定所述节点的状态估计结果；
[0239]
从所有节点中选择与耦合设备不存在连接关系的节点的状态估计结果作为第二状态估计结果；
[0240]
其中，所述各子系统的确定包括：基于综合能源系统的拓扑结构，利用矩阵变化法将各能源系统中的所有节点进行分区得到各能源系统中的各子系统；
[0241]
对所述节点的状态估计结果进行归并处理包括：取所述节点所在的各子系统估计后的均值为所述节点的状态估计结果。
[0242]
所述分布式状态估计模型的构建包括：
[0243]
以能源系统中各能源子系统的状态估计误差均最小为目标，确定所述能源系统中各子系统的目标函数；
[0244]
基于所述目标函数，确定所述分布式状态估计模型的约束条件；
[0245]
所述各能源系统中各能源子系统的状态估计误差由子系统各自的量测数据、状态数据、状态数据的量测方程以及协方差矩阵确定。
[0246]
所述能源系统中各子系统的目标函数的表达式如下：
[0247][0248]
式中，a、b、
…
、n分别为某个能源系统中的各子系统；za、zb、
…
、zn分别为子系统a、b、
…
、n中所有节点构的量测量构成的量测向量；xa、xb、
…
、xn分别为子系统a、b、
…
、n中所有节点的状态估计值构成的状态估计量；ja(x)、jb(x)、
…
、jn(x)分别为子系统a、b、
…
、n的状态估计误差ra、rb、
…
、rn分别为子系统a、b、
…
、n的协方差矩阵；ha(xa)、hb(xb)、
…
、hn(xn)分别为子系统a、b、
…
、n的状态数据的量测方程；
[0249]
所述约束条件如下式：
[0250][0251]
式中，x
ie
表示电力系统中第i个子系统的状态估计量；x
jh
表示热网系统中第j个节
点的状态估计量；x
mg
表示气网系统中第m个节点的状态估计量。
[0252]
所述处理模块具体用于：
[0253]
对于与所述耦合设备存在连接关系的节点，将所述第一状态估计结果作为所述综合能源系统的状态估计结果；
[0254]
对于与所述耦合设备不存在连接关系的节点，将所述第二状态估计结果作为所述综合能源系统的状态估计结果。
[0255]
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本技术时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
[0256]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0257]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0258]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0259]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0260]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的保护范围之内。