综合能源系统基础-2018-qwbin

综合能源系统基础2019/12/15齐文斌综述1综合能源建模2基础功能与算法3典型场景4能源互联网.智能电网.综合能源服务微网泛能网智能电网以电为核心能源互联网多种能源协调优化综合能源系统与能源互联网的关系•综合能源系统受传统能源领域学者和企业关注，能源互联网则更为IT行业所推崇。•综合能源系统是能源互联网的物理载体典型场景系统架构用户特性分析能源调度控制中心大数据及云计算中心能量管理系统建模营销服务中心多能流优化调控安全评估与预警多能流稳态计算能源调控需求侧管理能源生产输配电网分布式能源微网光纤接入wifi3G/4G公网电力专网接入主站二级站子站能源消费智慧用能决策支持电动汽车网上营业厅用电信息系统预测系统峰值分析策略管理运行管理能源调度系统控制安全保护经济运行智能管网多能表计能源结算能效管理硬件架构资源平台软件软件架构综述1综合能源建模2基础功能与算法3公司概括4热力模型图模库一体化新能源模型电力模型新能源设备建模包括了光伏、风机、储能等新能源模型电能相关设备的建模包括了传统的输电网络、配电网络以及新能源发电模型非电能相关设备的建模包括了热、冷等能源的生产、消耗、多能转换等容器关系、拓扑关系、映射关系通过图模库一体化方法，自动构建出电力系统与热力系统的对象之间的容器关系和拓扑关系，并自动建立图元对象与数据库对象之间的映射关系。多能建模主控制区（HostControlArea）子控制区(SubControlArea）厂站（Substation）分接头调节器（TapChanger）电压等级（VoltageLevel）间隔（Bay）隔离开关（Disconnector）断路器（Breaker）接地刀闸（GroundDisconnector）母线段（BusbarSection）同步电机（SynchronousMachine）电能用户（EnergyConsumer）补偿器（Compensator）变压器（PowerTransformer）变压器绕组（TransformerWinding）--省调以上可能没有建模电网CIM模型设备容器热网网络模型新模型继承模型描述对象HeatPlantPowerSystemResource热电厂HeatstationSubstation加热站RelaypumpPrimeMover中继泵HeatLineAclinesegment热网管valveBreaker阀门ConnectivityNodeConnectivityNode连接点Terminalterminal端子thermalLoadEnergyConsumer热负荷热网网络模型•容器：热电厂HeatPlant、加热站（或者是减压站）Heatstation、压力等级PressureLevel•设备：中继泵Relaypump、热负荷thermalLoad、热网管HeatLine、水泵Waterpump、阀门valve•测点类型：压力、温度、流量。天然气网络模型新模型继承模型描述对象GastankPowerSystemResource燃气罐GasstationSubstation燃气站regulatordevice调压装置GasLineAclinesegment燃气管valveBreaker阀门ConnectiveNodeConnectiveNode连接点terminalterminal端子天然气网络模型•容器：燃气站Gasstation•设备：调压箱regulatorbox、调压装置regulatordevice、燃气管GasLine、阀门valve、燃气储罐Gastank•测点类型：压力、温度、流量、储量。水力模型新模型继承模型描述对象WaterPlantPowerSystemResource水厂WaterstationSubstation加压站RelaypumpPrimeMover中继泵WaterTank水塔WaterLineAclinesegment水网管valveBreaker阀门ConnectiveNodeConnectiveNode连接点Terminalterminal端子综述1综合能源建模2基础功能与算法3典型场景4基础功能19多能建模扩展CIM模型的基础上，实现图、模、库一体化建模，形成多种能源的模型体系多能状态估计冷、热、气、电等多种能源的网络的联合状态估计多能安全预警冷、热、气、电等多种能源的网络的N-1评估多能流优化调控多能流优化调度控制。电力网络分析功能电力系统模型主控制区（HostControlArea）子控制区(SubControlArea）厂站（Substation）分接头调节器（TapChanger）电压等级（VoltageLevel）间隔（Bay）隔离开关（Disconnector）断路器（Breaker）接地刀闸（GroundDisconnector）母线段（BusbarSection）同步电机（SynchronousMachine）电能用户（EnergyConsumer）补偿器（Compensator）变压器（PowerTransformer）变压器绕组（TransformerWinding）--省调以上可能没有建模设备量测属性TableObject{ID;NAME;//DESCRIPTION;//TERMINAL0_ID;//首端端点IDTERMINAL1_ID;//末端端点IDEQUIPMENTCONTAINER_ID;//容器IDEQUIPMENTCONTAINER_TABLEID;//容器表IDmeasId;measIdx;}TABLEMEASUREMENT{ID;//量测的IDTERMINAL_ID;//端点MEASUREMENTTYPE_ID;//量测类型POWERSYSTEMRESOURCE_ID;//设备IDPOWERSYSTEMRESOURCE_TABLEID;//设备表IDPOINTID0;//POINTTABLEID0;//POINTID1;//Pmu_DataCfg表中对应测点的IDPOINTTABLEID1;//Pmu_DataCfg_ID＝1006POINTID2;//POINTTABLEID2;//ObjLinkNext}TABLEAnaloginput{ID;name[32];type;pointNum;rtuID;value;}TABLEstatusinput{iD;name[32];type;pointNum;rtuID;value;}TABLEPMU_datacfg{ID;NAME[32];DESCRIPTION[32];TYPE;PMUID;PMUIDX;VALUE;}三绕组变压器折合标幺值后的模型为：双绕组变压器折合标幺值后的模型为：线路模型：电力系统数学模型网络拓朴分析•功能:根据开关和刀闸状态，由节点模型(物理模型)确定电网的电气连接关系，形成计算母线、电气岛---计算模型。•SCADA提供的开关信息和量测数据是网络分析的数据来源,网络拓扑分析为公用模块，是状态估计、潮流计算等其它应用软件的基础.•包括两个基本步骤:•1.厂站母线分析:根据开关的闭合状态和元件的退出恢复形成计算母线.功能是分析一厂站的同一电压等级内的节点由闭合开关联接组成多少个母线,其结果是将厂站划分为若干个计算母线.•2.系统网络分析:分析整个电网有闭合支路联接组成多少个电气岛(Island),每个电气岛是有电气联系的母线的集合,计算以此为单位划分网络方程.STAUNA1UNA2LDALDBLNAB1LNABLDCSTCSTBUNC4LNAB2LNBCXFC123STACBA1CBA2CBA3NDA3NDA2NDA4NDA5CBA4CBA5CBA6NDA6NDA7CBA7CBA8CBA9UNA2UNA1NDA1LDACBB1CBB2CBB4NDB2NDB1NDB3NDB4LDBSTBLNAB2NDA8LNBCSTCNDC5NDC6CBC6NDC8XFCNDC7UNCCBC2NDC1CBC3NDC2NDC4NDC3CBC4CBC5CBC1LNACLNAB1CBB3LDC3654654987111012312987NodeSbus1Sbus2Dbus1Dbus2Dbus3Sbus1Sbus2网络拓朴分析举例状态估计(StateEstimation)状态估计利用采集的信息估算电力系统的实时运行状态，主要功能有:1.给出电网中各母线的电压和相角，各线路和变压器的潮流，各母线的负荷和各发电厂的发电机出力.2.估计有载调压变压器的分接头位置；3.不良数据检测与辨识:开关错误辨识,遥测数据中的坏数据检测和辨识;总体框架CSGC-3000/OPEN3000/CC-2000A/D-5000IEC-61970模型软件平台访问接口数据预校核坏数据识别状态估计模型校核数据质量评估（数据整合）SCADA遥测数据SCADA遥信数据模型参数历史信息遥测数据预处理测点PQIV不匹配线路变压器PQIV不匹配变压器分接头错误PQIV量测越限母线PQI量测不平衡母线电压不合理多源数据误差过大线路变压器PQI量测不平衡遥测数据突变及刷新失败平行线路PQI量测差异过大串并补两端无PQIV量测遥信数据预处理开关刀闸不匹配遥测遥信不匹配刀闸并母线母线分裂运行电磁环网模型参数预处理线路变压器RXGB参数缺失补偿器RXGB参数缺失线路变压器X值过小线路变压器R/X比值过大可疑遥测标记添加人工伪遥测可疑遥信标记添加人工伪遥信可疑参数标记添加人工估计参数变电站局部拓扑估计变电站局部拓扑估计变电站局部拓扑估计交直流混合状态估计直流等值残差分析不良数据检测辨识变电站局部拓扑估计等值交流系统状态估计变电站局部拓扑估计潮流补偿增广状态估计界面显示报表输出数据预处理专家系统变电站局部拓扑估计非二次准则无偏状态估计状态估计模型支路模型iiiijijVQPQP量测量z=量测方程:h(x)=)(),(),(),(),(iiijijiijijiijijijijijijVVVQVPVQVPijijijijijjiiijijijijijjiijiijijjiijji2iijijijijjiijji2iijijij)cosθBsinθ(GVVQ)sinθBcosθ(GVVPθθθbcosθVVgsinθVVYc)(bV)V,(θQcosθVVgcosθVVgV)V,(θP待求状态量ViiX)]([)]([)(1xhzRXhzXJT状态估计基础算法(1)EMS发展应用的历史其实就是状态估计与潮流计算发展变得历史.1970年F.CScheweppe最早提出用最小二乘状态估计算法,后来日趋成熟,R.E.Larson等用卡尔漫滤波逐次状态估计算法研究.目前主要用的估计方法有:1.基本加权最小二乘法.取网络数据Z由x计算HTR-1H,HTR-1[z-h]解方程X=HTR-1HHTR-1[z-h]xl++xxxl=1,x赋初值YN基本加权最小二乘法,占用内存量大,计算时间长,但估计质量最高.)()(xxhHraZZzVx),(),()(VhVhxhraZa包括Pij,Pi,,Zr包括Qij,Qi,Vi２．快速分解法思路00rahVh1cos0sinijij0VVVji)()()()(llllbVBaA)]()[()]()[(140140rrTraaTaBRBVBBRBVA],)()[(],)()[()()(140)()()(140)(llrrrrlllaaaalVhzRBVbVhzRBVa把量测数据的有功,无功分开处理,这里为BaP-的Jacobi矩阵,Br为P-V的Jacobi矩阵.)(),(VhBaa)(),(VVhBrr状态估计算法(