一种综合能源系统㶲流分配解析追踪方法

本发明属于综合能源系统能源品质分析，涉及综合能源系统领域、综合能源系统有效能利用领域、电力系统领域、热力系统领域、燃气系统领域，特别涉及一种综合能源系统流分配解析追踪方法。

背景技术：

1、目前，全国统一的能源大市场还未完全形成，仍存在众多堵点、痛点，市场的区域分割、行业分割等问题还较严重。统一能源市场的构建促使能源商品属性愈发凸显，更加公平合理的能源价格机制亟待完善；“双碳”战略的推进促使各类可再生能源大量接入，多种可再生能源的消纳比例及消纳路径尚不明晰。

2、在过去的大量研究中传统电力潮流追踪算法为电力市场价格、绿电消纳方面提供了有力支撑。但是，随着能源互联网的不断演进和多能互补技术的发展，综合能源系统逐步发展为人类社会能源的主要承载形式，对多种能源价格制定和多种可再生能源协同消纳提出了更高的要求。由于分摊机制不合理、能源行业之间利益冲突等多方面因素，电力、天然气、热力市场基本采用单独定价，从经济层面上阻碍了能源互联协同发展；同时，不可再生能源具有能源品质的高低之分，可再生能源亦是如此，大量绿电、绿氢、地热等可再生能源被开发利用，其中，以光伏、风机为主的绿电占比最大，如何促进多种可再生能源协同消纳是双碳目标推进过程中的关键问题。借助综合能源系统流分配解析追踪方法，将综合能源系统的源-网-荷-储各环节的流分配关系直观的展示给能源供应商、用能用户以及决策机构，为我国能源系统高质量发展、建立统一能源市场提供重要技术支撑。

3、综上所述，现有电力系统潮流追踪计算方法在含有电、气、热等多能源耦合的综合能源系统中存在局限性。作为多种能源形式的共有属性，能够统一表征综合能源系统的有效能，能够明晰综合能源系统中有效能在网络中的流动踪迹。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中不能明晰综合能源系统中有效能在网络中的流动踪迹，基于等效流机理模型建立了综合能源系统流追踪模型，提出了一种综合能源系统流分配解析追踪方法，本发明可用于计算综合能源系统的有效能在网络中的流动踪迹，为综合能源系统的能源价格制定，构建以为交易对象的综合能源市场提供依据，为明晰可再生能源消纳路径和比例，促进可再生能源消纳提供技术支撑。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种综合能源系统流分配解析追踪方法，包括：

4、s1.确定目标综合能源系统的网络拓扑信息、多能管线参数、多能负荷位置、多能源端位置、能源站设备参数及运行方式；

5、s2.通过综合能源系统表系统获取非平衡节点负荷数据，建立综合能源系统等效流机理模型；

6、(201)所述综合能源系统表系统为安装在综合能源系统中各关键节点的装置，能够直接测量各关键节点的参数，所述参数包括但不限于势、流、负荷源端

7、(202)所述综合能源系统等效流机理模型，包括电力系统等效流机理模型、天然气系统等效流机理模型、热力系统等效流机理模型和能源站模型：

8、s3.根据直接流计算方法，计算综合能源系统流分布情况，并建立综合能源系统路；所述综合能源系统路定义为由支路、阻抗、源、负荷各元件组成的流回路；

9、s4.对综合能源系统路进行综合能源系统网络无损化处理，以确保线路始端和末端的流一致；

10、s5.构建综合能源系统所有节点的总流向量、所有节点的注入流向量和所有节点上源端流向量的关系，并形成节点-负荷流分配矩阵d；

11、s6.推导综合能源系统的源端-负荷、源端-支路的流分配关系。

12、进一步的，步骤s1中，所述综合能源系统的网络拓扑信息包括电力系统、天然气系统、氢能系统、热力系统、冷力系统的拓扑结构；所述综合能源系统的多能管线参数包括电力系统线路电阻、电抗、长度、型号，天然气系统管道长度、直径、型号，热力及冷力管道长度、直径、热传导系数和粗糙度；综合能源系统的多能负荷位置包括电力负荷、天然气负荷、氢能负荷、热力负荷、冷力负荷在拓扑中的位置；综合能源系统的多能源端位置包括电源、天然气门站、氢能门站、供热源、供冷源在拓扑中的位置；综合能源系统的能源站设备参数及运行方式包括能源站内部能源转换机组配置、机组型号、出力比例；所述电源包括发电厂和分布式新能源。

13、进一步的，步骤(202)中，

14、所述电力系统等效流机理模型中，电力线路流表示为节点压与电力系统支路介质流率的乘积形式：

15、式中：为电力节点压，等于节点电压

16、电力线路损表示为压差与电力系统支路介质流率的乘积形式：

17、

18、式中：和分别为线路两端节点压，分别等于两端节点电压和

19、电力节点注入流ee,q表示为节点压与节点注入电流的乘积形式：

20、

21、式中：为节点注入电流的共轭，选取电流由电力系统向节点内部注入为正方向，此时电源、电负荷、连接节点对应的ee,q分别为负值、正值、0；

22、ne,l维电力线路流列向量ee、ne,l维电力线路损列向量δee、ne,n维电力节点注入流列向量ee,q分别表示为：

23、

24、

25、

26、式中：ae,-和ae分别为电力系统的流出节点-支路关联矩阵和节点-支路关联矩阵，阶数均为ne,n×ne,l；和分别为ne,n维电力节点压列向量和ne,n维电力节点注入电流共轭列向量；为ne,l维电力线路电流共轭列向量；

27、所述天然气系统等效流机理模型中，天然气管道流表示为节点压与天然气系统介质流率mg的乘积形式：

28、eg＝ugmg                                 (37)

29、式中：ug为天然气节点压，等于节点势pg；

30、天然气管道损表示为压差与天然气系统介质流率mg的乘积形式：

31、δeg＝(ug1-ug2)mg                             (38)

32、式中：ug1和ug2分别为管道两端节点压，分别等于两端节点势pg1和pg2；

33、天然气节点注入流eg,q表示为节点压与节点注入气流率的乘积形式：

34、eg,q＝ugmg,q                                  (39)

35、式中：mg,q为节点注入气流率，选取气流由天然气系统向节点内部注入为正方向，此时气源、气负荷、连接节点对应的eg,q分别为负值、正值、0；

36、ng,p维天然气管道流列向量eg、ng,p维天然气管道损列向量δeg、ng,n维天然气节点注入流列向量eg,q分别表示为：

37、

38、

39、eg,q＝diag(ug)mg,q                                 (42)

40、式中：ag,-和ag分别为天然气系统的流出节点-支路关联矩阵和节点-支路关联矩阵，阶数均为ng,n×ng,p；ug和mg,q分别为ng,n维天然气节点压列向量和ng,n维天然气节点注入气流率列向量；

41、所述热力系统等效流机理模型中，热力支路流表示为节点压与对应热力系统支路介质流率mh的乘积：

42、eh＝uhmh                                    (43)

43、热力支路损表示为支路两端节点压差与对应热力系统支路介质流率mh的乘积：

44、δeh＝(uh1-uh2)mh                               (44)

45、式中：uh1和uh2分别为热力支路两端的节点压；

46、热力节点注入流eh,q表示为节点压与节点注入水质量流率的乘积：

47、eh,q＝(ps-pr)mh,q＝uhmh,q                            (45)

48、式中：mh,q为节点注入水质量流率，当该节点为热负荷节点时，mh,q为热负荷水流率mh,l；当该节点为热源节点时，mh,q为热源水流率mh,s；当该节点为连接节点时，mh,q为0；

49、nh,p维热力支路流列向量eh、nh,p维热力支路损列向量δeh、nh,n维热力节点注入流列向量eh,q分别表示为：

50、

51、

52、eh,q＝diag(uh)mh,q                                (48)

53、式中：ah,-和ah分别为供水网络的流出节点-支路关联矩阵，供水网络节点-支路关联矩阵；uh为nh,n维热力节点压列向量；mh,q为热力节点水流率列向量；mh为对应管道水流率向量；

54、所述能源站模型，以节点损表示能源站流模型，该部分损等于能源站在电力系统中消耗或供应的电能eeh,e、天然气系统中消耗或供应的燃料eeh,g、热力系统中消耗或供应的热量eeh,h之和，即能源站等效电力、天然气、热力节点的节点注入流之和：

55、

56、进一步的，步骤s4中，所述综合能源系统网络无损化处理，将损由管线两端的节点承担，表示为：

57、

58、式中：enode,noloss为无损化后的节点流向量；en为无损化前的节点流向量；a为综合能源系统的节点-支路关联矩阵；δeloss为管线损向量；

59、无损化处理后的综合能源系统源端节点流向量和负荷端节点流向量，分别表示为：

60、

61、式中：esourse为源端节点流向量；eload为负荷端节点流向量；

62、无损化处理后的综合能源系统管线流向量表示为：

63、

64、式中，enoloss为无损化后的管线流向量；e为无损化前的管线流向量。

65、进一步的，步骤s5具体如下：

66、保证节点流出流的平衡，流出节点的总流的向量关系表示为：

67、enode-a2enoloss＝eload                                (53)

68、式中：enode为无损化后的节点流向量；enoloss为无损化后的管线流向量；a2为流出节点的节点-支路关联矩阵；eload为负荷端节点流向量，可为零；

69、将式(23)展开，得：

70、

71、即，

72、denode＝eload                                    (55)

73、式中，d为节点-负荷流分配矩阵。

74、进一步的，步骤s6具体如下：

75、综合能源系统源端流列向量写为：

76、esource＝diag(esource)-1[1；1；…；1]                             (56)

77、得到综合能源系统的源端流列向量与节点流列向量的关系为：

78、esource＝diag(esource)-1diag(enode)-1enode                          (57)

79、由步骤s5中定义的节点-负荷流分配矩阵，存在节点流与负荷的关系enode＝(d)-1eload，eload为负荷端节点流向量，则得到源端和负荷之间的关系为：

80、esource＝diag(esource)-1diag(enode)-1(d)-1eload                        (58)

81、因此，综合能源系统的源端-负荷流的关联矩阵表示为：

82、rs-l＝diag(esource)-1diag(enode)-1(d)-1                          (59)

83、对于支路流分配系数和流出节点的分配系数相同，则有源端-支路关联矩阵：

84、rs-p＝-rs-la1                                   (60)

85、式中：a1为注入节点的节点-支路关联矩阵；根据源端-负荷流的关联矩阵rs-l和源端-支路关联矩阵rs-p，能够实现不需要任何分配原则，计算出综合能源系统源端-负荷、源端-支路的流分配比例关系。

86、本发明还提供一种综合能源系统流分配解析追踪装置，包括：

87、数据存储单元，用于存储目标综合能源系统的网络拓扑信息、多能管线参数、多能负荷位置、多能源端位置、能源站设备参数及运行方式；

88、综合能源系统等效流机理模型生成单元，用于根据综合能源系统表系统获取非平衡节点负荷数据生成综合能源系统等效流机理模型，综合能源系统等效流机理模型包括电力系统等效流机理模型、天然气系统等效流机理模型、热力系统等效流机理模型和能源站模型；

89、计算单元，用于根据直接流计算方法，计算综合能源系统流分布情况，并建立综合能源系统路；

90、处理单元，用于对综合能源系统路进行综合能源系统网络无损化处理，以确保线路始端和末端的流一致；

91、求解单元，用于根据节点的总流向量、流出节点的流向量和节点上负荷流向量的关系形成节点-负荷流分配矩阵d，最终推导综合能源系统的源端-负荷、源端-支路的流分配关系。

92、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现所述综合能源系统流分配解析追踪方法的步骤。

93、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现所述综合能源系统流分配解析追踪方法的步骤。

94、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

95、1、与传统电力系统潮流追踪方法相比，本发明兼顾了综合能源系统中不同形式能量存在的“量”、“质”差异，基于作为多种能源形式的共有属性，能够统一表征综合能源系统的有效能。

96、2、本发明基于等效流机理模型，建立的综合能源系统流分配解析追踪方法，能够明晰综合能源系统中有效能在网络中的流动踪迹，能够计算出综合能源系统各个源端对支路、负荷的有效能贡献分配比例关系。

97、3、本发明应用前景广阔，本发明综合考虑能量的“量”和“质”建立综合能源系统等效流机理模型，提出综合能源系统流分配解析追踪模型，在实际工程中可求解已知非平衡节点条件下的综合能源系统流分配关系；随着能源互联日益密切，能源市场对能源价格机制的提出了更高的要求，满足用能需求的前提下，考虑到具备商品属性，决策者以为交易对象，利用综合能源系统流分配解析追踪方法，建立一种合理、公平、有效的成本分配方法，打破行业壁垒，作为制定能源价格的技术支撑。

98、4、不可再生能源具有能源品质的高低之分，可再生能源亦是如此。如今，大量绿电、绿氢、地热等可再生能源被开发利用，其中，以光伏、风机为主的绿电占比最大，同时电能的能源品质最高，以综合能源系统流分配解析追踪方法计算出综合能源系统的源-网-荷的有效能分配关系，能够清楚地判断可再生能源向综合能源系统的各个环节中供给的不同品质能源的分配比例和分配路径，用以指导多种可再生能源的协同消纳。为绿电、绿氢、地热等大量可再生能源打上“绿色标签”。

99、5、随着能源互联网进程的推进，以及用户对能源品质要求的提高，综合能源供应端对综合能源系统状态估计基础数据的高效维护以及综合能源系统在线安全分析与多能运行调度水平提出了更高的要求。能源互联网提出了面向综合能源系统的能量管理系统(integrated energy system energy management system,ies-ems)，未来ies-ems将进一步考虑能源品质的提升或新增流分析功能模块，会导致大量的数据监采设备及其产生的复杂不良数据涌现，不良数据检测与辨识将成为综合能源系统状态估计的重要功能之一，成为综合能源系统在线安全分析和运行调控的重要保证。为了保证后续综合能源系统有效能状态估计的合格率，可以利用流追踪计算辨识不良量测数据，通过流追踪计算对不良量测的过滤和校正，可以减少不良量测对拓扑错误辨识的影响，提高拓扑错误辨识的精度。