綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin課件

1、綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin1綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin2綜述1綜合能源建模2基礎(chǔ)功能與算法3典型場景4綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin3能源互聯(lián)網(wǎng).智能電網(wǎng).綜合能源服務(wù)微網(wǎng)泛能網(wǎng)泛能網(wǎng) 智能電網(wǎng)以電為核心能源互聯(lián)網(wǎng) 多種能源協(xié)調(diào)優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin4與能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系 綜合能源系統(tǒng)受傳統(tǒng)能源領(lǐng)域?qū)W者和企業(yè)關(guān)注，能源互聯(lián)網(wǎng)則更為it 行業(yè)所推崇。 綜合能源系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的物理載體綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin5典型場景綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin6系統(tǒng)架構(gòu)用戶特性分析能源調(diào)度控制中心大數(shù)據(jù)及云計算中心能量管理系統(tǒng)建模營銷服務(wù)中心多能流優(yōu)化調(diào)控安全評估

2、與預(yù)警多能流穩(wěn)態(tài)計算能源調(diào)控需求側(cè)管理 能源生產(chǎn)輸配電網(wǎng)輸配電網(wǎng)分布式能源微網(wǎng)光纖接入wifi3g/4g公網(wǎng)電力專網(wǎng)接入主站二級站子站能源消費智慧用能決策支持電動汽車網(wǎng)上營業(yè)廳用電信息系統(tǒng)預(yù)測系統(tǒng)峰值分析策略管理運行管理能源調(diào)度系統(tǒng)控制安全保護經(jīng)濟運行智能管網(wǎng)多能表計能源結(jié)算能效管理綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin7硬件架構(gòu)綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin8資源平臺軟件軟件架構(gòu)綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin9綜述1綜合能源建模2基礎(chǔ)功能與算法3公司概括4綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin10熱力模型圖模庫一體化新能源模型電力模型新能源設(shè)備建模包括了光伏、風(fēng)機、儲能等新能源模型電能相關(guān)設(shè)備的建模包括了傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)絡(luò)、配

3、電網(wǎng)絡(luò)以及新能源發(fā)電模型非電能相關(guān)設(shè)備的建模包括了熱、冷等能源的生產(chǎn)、消耗、多能轉(zhuǎn)換等容器關(guān)系、拓撲關(guān)系、映射關(guān)系通過圖模庫一體化方法，自動構(gòu)建出電力系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)的對象之間的容器關(guān)系和拓撲關(guān)系，并自動建立圖元對象與數(shù)據(jù)庫對象之間的映射關(guān)系。多能建模綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin11主控制區(qū)（hostcontrolarea）子控制區(qū)(subcontrolarea）廠站（substation）分接頭調(diào)節(jié)器（tapchanger）電壓等級（voltagelevel）間隔（bay）隔離開關(guān)（disconnector）斷路器（breaker）接地刀閘（grounddisconnector）母線段（busb

4、arsection）同步電機（synchronousmachine）電能用戶（energyconsumer）補償器（compensator）變壓器（powertransformer）變壓器繞組（transformerwinding）-省調(diào)以上可能沒有建模電網(wǎng)cim模型綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin12設(shè)備容器綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin13熱網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型新模型 繼承模型 描述對象 heatplant powersystemresource熱電廠 heatstationsubstation 加熱站relaypump primemover 中繼泵heatline aclinesegment 熱網(wǎng)管valv

5、e breaker 閥門connectivitynode connectivitynode 連接點 terminalterminal端子thermalload energyconsumer 熱負荷綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin14熱網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型容器： 熱電廠 heatplant、加熱站（或者是減壓站） heatstation、壓力等級 pressurelevel設(shè)備： 中繼泵relaypump、熱負荷thermalload、熱網(wǎng)管heatline、水泵waterpump、閥門 valve 測點類型：壓力、溫度、流量。綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin15天然氣網(wǎng)絡(luò)模型新模型 繼承模型 描述對象 gastan

6、k powersystemresource燃氣罐 gasstationsubstation 燃氣站regulatordevice 調(diào)壓裝置gaslineaclinesegment 燃氣管valve breaker 閥門connectivenode connectivenode 連接點 terminalterminal端子綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin16天然氣網(wǎng)絡(luò)模型 容器：燃氣站 gasstation 設(shè)備：調(diào)壓箱regulator box、調(diào)壓裝置 regulator device、燃氣管gasline、閥門 valve、燃氣儲罐 gastank 測點類型：壓力、溫度、流量、儲量。綜合能源系統(tǒng)

7、基礎(chǔ)qwbin17水力模型新模型 繼承模型 描述對象 waterplant powersystemresource水廠 waterstationsubstation 加壓站relaypump primemover 中繼泵watertank 水塔waterline aclinesegment 水網(wǎng)管valve breaker 閥門 connectivenode connectivenode 連接點 terminalterminal端子綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin18綜述1綜合能源建模2基礎(chǔ)功能與算法3典型場景4綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin19基礎(chǔ)功能多能建模 擴展cim模型的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)圖、模、庫一

8、體化建模，形成多種能源的模型體系多能狀態(tài)估計 冷、熱、氣、電等多種能源的網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合狀態(tài)估計多能安全預(yù)警 冷、熱、氣、電等多種能源的網(wǎng)絡(luò)的n-1評估多能流優(yōu)化調(diào)控 多能流優(yōu)化調(diào)度控制。綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin20電力網(wǎng)絡(luò)分析功能綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin21主控制區(qū)（hostcontrolarea）子控制區(qū)(subcontrolarea）廠站（substation）分接頭調(diào)節(jié)器（tapchanger）電壓等級（voltagelevel）間隔（bay）隔離開關(guān)（disconnector）斷路器（breaker）接地刀閘（grounddisconnector）母線段（busbarsection）同

9、步電機（synchronousmachine）電能用戶（energyconsumer）補償器（compensator）變壓器（powertransformer）變壓器繞組（transformerwinding）-省調(diào)以上可能沒有建模綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin22綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin23三繞組變壓器折合標(biāo)幺值后的模型為： 雙繞組變壓器折合標(biāo)幺值后的模型為： 線路模型：綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin24根據(jù)開關(guān)和刀閘狀態(tài)，由根據(jù)開關(guān)和刀閘狀態(tài)，由節(jié)點模型節(jié)點模型( (物理模型物理模型) )確定電網(wǎng)的電氣連接關(guān)確定電網(wǎng)的電氣連接關(guān)系，形成計算母線、電氣島系，形成計算母線、電氣島-計算模型計算模型。

10、 scadascada提供的開關(guān)信息和量測數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)分析的數(shù)據(jù)來源提供的開關(guān)信息和量測數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)分析的數(shù)據(jù)來源, ,網(wǎng)絡(luò)拓撲分析為公網(wǎng)絡(luò)拓撲分析為公用模塊，是狀態(tài)估計、潮流計算等其它應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)用模塊，是狀態(tài)估計、潮流計算等其它應(yīng)用軟件的基礎(chǔ). . 1.1.廠站母線分析廠站母線分析: :根據(jù)開關(guān)的閉合狀態(tài)和元件的退出恢復(fù)形成計算母線根據(jù)開關(guān)的閉合狀態(tài)和元件的退出恢復(fù)形成計算母線. .功能功能是分析一廠站的同一電壓等級內(nèi)的節(jié)點由閉合開關(guān)聯(lián)接組成多少個母線是分析一廠站的同一電壓等級內(nèi)的節(jié)點由閉合開關(guān)聯(lián)接組成多少個母線, ,其其結(jié)果是將廠站劃分為若干個計算母線結(jié)果是將廠站劃分為若干個計算母線. .

11、 2.2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析: :分析整個電網(wǎng)有閉合支路聯(lián)接組成多少個電氣島分析整個電網(wǎng)有閉合支路聯(lián)接組成多少個電氣島(island),(island),每個電氣島是有電氣聯(lián)系的母線的集合每個電氣島是有電氣聯(lián)系的母線的集合, ,計算以此為單位劃分網(wǎng)絡(luò)方程計算以此為單位劃分網(wǎng)絡(luò)方程. .綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin25stauna1una2 ldaldblnab1lnabldcstcstbunc4lnab2lnbcxfc123stacba1cba2cba3nda3nda2nda4nda5cba4cba5cba6nda6nda7cba7cba8 cba9una2una1nda1ldacbb1c

12、bb2cbb4ndb2ndb1ndb3ndb4ldbstblnab2nda8lnbcstcndc5ndc6cbc6ndc8xfcndc7unccbc2ndc1cbc3ndc2ndc4ndc3cbc4cbc5cbc1lnaclnab1cbb3ldc綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin2636546549871 11 012312987n o d es b u s 1s b u s 2d b u s 1d b u s 2d b u s 3s b u s 1s b u s 2綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin27狀態(tài)估計利用采集的信息估算電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，主要功狀態(tài)估計利用采集的信息估算電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，

13、主要功能有能有: :1. 1. 給出電網(wǎng)中各母線的電壓和相角，各線路和變壓器的潮流，各給出電網(wǎng)中各母線的電壓和相角，各線路和變壓器的潮流，各母線的負荷和各發(fā)電廠的發(fā)電機出力母線的負荷和各發(fā)電廠的發(fā)電機出力. . 2. 2. 估計有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置；估計有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置；3. 3. 不良數(shù)據(jù)檢測與辨識不良數(shù)據(jù)檢測與辨識: :開關(guān)錯誤辨識開關(guān)錯誤辨識, ,遙測數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)檢測遙測數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)檢測和辨識和辨識 ; ; 綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin28csgc-3000/open3000/cc-2000a/d-5000iec-61970模型軟件平臺訪問接口數(shù)據(jù)預(yù)校核壞數(shù)據(jù)識別狀態(tài)估

14、計模型校核數(shù)據(jù)質(zhì)量評估（數(shù)據(jù)整合）綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin29綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin30 iiiijijvqpqp量測方程: h(x)= )(),(),(),(),(iiijijiijijiijijijijijijvvvqvpvqvp ijijijijijjiiijijijijijjiijiijijjiijji2iijijijijjiijji2iijijij)cosbsin(gvvq)sinbcos(gvvpbcosvvgsinvvyc)(bv)v,(qcosvvgcosvvgv)v,(p viix )()()(1xhzrxhzxjt 綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin31ems發(fā)展應(yīng)用的歷史其

15、實就是狀態(tài)估計與潮流計算發(fā)展變得歷史.1970年f.c scheweppe最早提出用最小二乘狀態(tài)估計算法,后來日趨成熟,r.e.larson等用卡爾漫濾波逐次狀態(tài)估計算法研究.目前主要用的估計方法有:1.基本加權(quán)最小二乘法.xxxxy基本加權(quán)最小二乘法,占用內(nèi)存量大,計算時間長,但估計質(zhì)量最高.)()(xxhh 綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin32 razzz vx ),(),()(vhvhxhra za包括pij ,pi, zr包括 qij,qi,vi00 rahvh1cos0sin ijij 0vvvji )()()()(llllbvbaa )()()()(140140rrtraatabrbvb

16、brbva ,)()(,)()()()(140)()()(140)(llrrrrlllaaaalvhzrbvbvhzrbva 把量測數(shù)據(jù)的有功,無功分開處理,這里為ba p- 的jacobi 矩陣, br為 p-v的 jacobi矩陣.)(),( vhbaa)(),(vvhbrr 綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin33maxyvvvmaxyyyvvv razzz vx ),(),()(vhvhxhra za包括pij ,pi, zr包括 qij,qi,vikp, kq 是-收斂標(biāo)志綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin34潮流計算是根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運行條件,求出整個網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài).,(cossin)(sincos)

17、g id ii jijijijijjig id ii jijijijijjippvv gbqqvv gbjiij 潮流方程如下,g為發(fā)電機,d為負荷gij為母線導(dǎo)納矩陣的電電導(dǎo),bij為母線導(dǎo)納矩陣電納,vivj為線電壓潮流基本模型是一個高維的非線性方程組,潮流計算本質(zhì)是解一個非線性方程,基本的方法是賦初值,循環(huán)疊代,從數(shù)值計算的角度來看,非線性方程的解不只一個,不是每一個非線性方程組可以用循環(huán)疊代獲得有效解,常用的方法有:牛頓-拉夫遜法,p-q分解法等綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin35電壓初始化 計算 qp ,qp,yv , ijijijijijjiidigiijijijijijjiidigib

18、gvvqqqbgvvppp)cossin()sincos(, vvpqvppqp )()()1(kkk )()()1(kkkvvv 牛頓-拉夫遜是求解非線性方程的有效方法,是潮流計算最重要最基本的算法,是其他派生算法的基礎(chǔ).綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin36 vvpqvppqp )()()1(kkk )()()1(kkkvvv 00 qvp0 . 11cos0sin xrijij vbqbp 形成矩陣b,b并分解因子 計算 pqp,n電壓初始化 計算 qqp,nvvp-q分解法收斂速度快,占用內(nèi)存小,是目前電力系統(tǒng)計算普遍使用的一種算法, vvppqp 00綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin37 預(yù)想事故

19、分析（contingency analysis，ca）對由于支路開斷，而使系統(tǒng)產(chǎn)生電氣設(shè)備（變壓器/線路）過負荷、母線電壓異常等不安全狀態(tài)，需要事先進行安全分析，即：針對預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)的故障（線路、變壓器、發(fā)電機）及其組合，確定他們對電力系統(tǒng)安全運行產(chǎn)生的影響，以便當(dāng)事故發(fā)生時，及時有效地采取校正措施。實時態(tài)下，安全分析利用狀態(tài)估計的結(jié)果作為其計算的基本網(wǎng)絡(luò)模型。 研究態(tài)下，安全分析利用以前保存的潮流計算實例作為其計算的基本網(wǎng)絡(luò)模型。綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin38功能：按調(diào)度員的需要方便地設(shè)定預(yù)想故障 安全評定，并按照對電力系統(tǒng)安全影響的危害程度，對支路排序 分析嚴重故障后的系統(tǒng)狀態(tài) 算法

20、：補償法，根據(jù)疊加原理，把預(yù)想事故網(wǎng)絡(luò)等值為兩個網(wǎng)絡(luò)，計算潮流直流潮流法，用代替常用的有校驗，全部條線路任意開斷條后，運行狀態(tài)校驗靈敏度法，把開斷看做正常運行的擾動，計算系統(tǒng)變化sin綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin39基于最優(yōu)潮流的優(yōu)化調(diào)度 求出在滿足：最小運行費、最小網(wǎng)損、消除越限的最小控制量、控制變量和狀態(tài)變量的值 發(fā)電機有功出力、移相器相角、凈功率交換、有功負荷（切負荷） 發(fā)電機電壓（發(fā)電機無功出力）、變壓器變比、并聯(lián)電容器和電抗器、無功負荷綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin40時間分級的有功調(diào)度控制實時控制日前計劃滾動計劃實時調(diào)度24h4h15m10s時間分級模型預(yù)測控制 (h-mpc)滾動預(yù)測：

21、逐級消除預(yù)測偏差；通過動態(tài)優(yōu)化：超前調(diào)整慢速機組，留出快速機組下調(diào)裕度，提高下旋備綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin41電力系統(tǒng)分析與熱力計算基爾霍夫電流定律（kcl）基爾霍夫電壓定律 （kvl）熱力管網(wǎng)流量 q壓力 p熱量 q電力網(wǎng)絡(luò)電流 i電壓有功 p 基爾霍夫流量壓降定律綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin42基爾霍夫電流定律（kcl）集總電路中，在任意時刻，對任何一個結(jié)點，集總電路中，在任意時刻，對任何一個結(jié)點，所有流出該結(jié)點的支路電流的代數(shù)和為零所有流出該結(jié)點的支路電流的代數(shù)和為零。綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin43kcl的使用求求ir答案：答案：2a綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin44基爾霍夫電壓定律（kvl

22、） 集總電路中，在任意時刻，沿任何一個回路，集總電路中，在任意時刻，沿任何一個回路，所有支路電壓的代數(shù)和為零所有支路電壓的代數(shù)和為零。求求u答案：答案：12v綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin45電力網(wǎng)絡(luò)潮流計算綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin46潮流計算牛頓法綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin47熱網(wǎng)計算方程 綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin48熱網(wǎng)計算方程 綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin49熱力計算方程 綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin50熱網(wǎng)計算方程 綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin51熱力計算方程 綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin52基礎(chǔ)算法:與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算相似節(jié)點流量ag+g0=0管段壓力 atp=p管段流量 g=c*p p 節(jié)

23、點流量ag+go=0管段溫度降 att=t管段流量 g=c*t ta 節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣； g, g0節(jié)點流量向量； p,p0 節(jié)點壓力向量；c*p管段的阻力系數(shù)倒數(shù)矩陣， c*t管段的降溫系數(shù)倒數(shù)矩陣，與導(dǎo)納陣相似綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin53算法輸入與輸出 管網(wǎng)：管段長度、管段直徑、管段保溫層、厚度管段流量、管段壓降、管段溫降、管段流速 節(jié)點：節(jié)點流量、節(jié)點壓力、節(jié)點溫度 計算結(jié)果模塊：輸出水力熱力計算的結(jié)果綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin54典型場景4綜合能源建模2基礎(chǔ)功能與算法3綜述1綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin55典型場景綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin56節(jié)點類型綜合能源系統(tǒng)基礎(chǔ)qwbin57電熱耦合網(wǎng)絡(luò)多能流計算電熱耦合網(wǎng)絡(luò)熱電耦合(chp)供熱網(wǎng)絡(luò)電力網(wǎng)絡(luò)熱網(wǎng)管道10開斷時分開分析和聯(lián)合分析電網(wǎng)和熱網(wǎng)能流區(qū)別水力計算供水熱力計算負荷計算回水熱力計算熱源計算水力計算電網(wǎng)潮流計算熱網(wǎng)熱流計算耦合元件約束電熱耦合網(wǎng)絡(luò)模型和多能流計算12345678-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6電網(wǎng)線路編號功率(mw)熱網(wǎng)管道10斷開:電網(wǎng)線路功率 分 開 分 析聯(lián) 合 分 析051