一种综合能源系统控制指令的反馈补偿方法及系统

本发明涉及综合能源系统调度运行控制 ，尤其涉及一种综合能源系统控制指令的反馈补偿方法及系统。

背景技术：

1、随着风电、光伏等新能源的大量接入，综合能源系统的运行不确定性显著增强。电力、热力、冷能和燃气系统之间通过燃气轮机、电锅炉、热泵、电制冷机、蓄冷蓄热装置和储能设备相互耦合，使系统具备了跨能源互补调节的能力，为应对多能流波动提供了丰富的调节资源。

2、现有调度控制方法多采用固定周期滚动优化或集中式调度方式，通常关注如何根据负荷及新能源预测信息优化分配控制量。在实际运行中，调度中心依据各类设备的可调容量下发控制指令，并以控制指令下发作为控制过程的终点，期望通过各能源侧资源的计划性响应来实现系统整体的供需平衡。

3、但在实际执行过程中，柔性负荷可能因用户响应不足而无法达到削减量，储能可能因荷电状态变化而无法持续动作，燃气轮机可能因燃气压力不足而无法增发，甚至部分设备会因通信异常而无法接收指令。由于现有方法无法在指令下发前有效甄别控制对象的真实时变执行能力，也缺少对指令下发后实际执行效果的感知与校正环节，导致控制指令的实际执行量与理论分配量之间常存在显著偏差，最终使得综合能源系统控制指令的实际完成率降低，难以保障复杂工况下的系统运行可靠性。

技术实现思路

1、本发明提供一种综合能源系统控制指令的反馈补偿方法及系统，用以解决现有技术中调度控制方法难以识别控制对象真实的执行能力，导致控制指令的实际执行量与理论分配量之间存在显著偏差，控制指令实际完成率较低的缺陷，实现对控制指令执行不足的闭环识别与跨能源反馈补偿。

2、本发明提供一种综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，包括：

3、采集综合能源系统的运行状态数据、预测数据、设备状态数据和控制执行反馈数据，计算事件触发量，当所述事件触发量满足预设触发条件时，生成控制需求向量；

4、根据各控制对象的执行能力参数构建各控制对象的控制承接域，并将不满足控制承接域条件的控制对象排除出本轮控制；

5、建立跨能源等效补偿矩阵，将不同能源侧控制对象的控制效果映射到所述控制需求向量所在的统一控制需求空间，根据所述控制需求向量、所述控制承接域和所述跨能源等效补偿矩阵生成第一控制指令并下发；

6、在预设反馈时间窗内采集各控制对象的执行反馈数据，确定各控制对象的实际完成量和设备侧未完成控制量，并通过所述跨能源等效补偿矩阵将所述设备侧未完成控制量映射并汇总至所述统一控制需求空间，得到未完成控制需求向量；

7、当所述未完成控制需求向量超过预设阈值时，根据本次控制事件的剩余响应时间和各控制对象更新后的剩余控制承接域，筛选可替代资源形成可替代资源集合，将所述未完成控制需求向量在可替代资源中进行补偿分配，生成补偿控制指令；

8、根据补偿控制指令的执行结果更新各控制对象的可用容量、历史执行可靠度和控制承接域，进入下一轮事件触发判断。

9、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述综合能源系统包括电力系统、热力系统、冷能系统和燃气系统中的至少两种；所述事件触发量至少包括新能源预测偏差、负荷预测偏差、设备可用容量下降量、通信异常量和上一轮控制指令执行不足量；所述预设触发条件为各事件触发量经归一化处理及加权求和后超过预设触发阈值。

10、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述预设触发条件为：

11、，

12、其中，为第类事件触发量，为对应触发阈值，为对应权重系数。

13、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述执行能力参数包括可调容量、爬坡能力、响应时间、持续时间、通信状态和历史执行可靠度；

14、所述根据各控制对象的执行能力参数构建各控制对象的控制承接域，包括：

15、根据各控制对象的可调容量、爬坡能力、响应时间、持续时间、通信状态和历史执行可靠度，确定各控制对象在当前控制事件下允许的控制量取值区间。

16、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述构建各控制对象的控制承接域的条件具体为：

17、第个控制对象在时刻的控制承接域表示为：

18、，

19、其中，为分配给第个控制对象的控制量，和分别为第个控制对象的控制量的下限和上限，为第个控制对象的爬坡能力，为第个控制对象的响应时间，为第个控制对象的可持续调节时间，为事件允许最大响应时间，为事件要求最小持续时间，为第个控制对象的设备及通信可用状态，为第个控制对象的历史执行可靠度，为历史执行可靠度下限；

20、若任一控制对象不满足所述构建条件，则被排除出本轮控制。

21、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述历史执行可靠度根据历史控制指令完成情况按照如下公式滚动更新：

22、，

23、其中，为遗忘因子，为下发给第个控制对象的控制指令量，为第个控制对象的实际执行量，为防止分母为零的正数，为第个控制对象的反馈惩罚因子；当第个控制对象反馈超时、通信异常或拒绝执行时，取小于1的数值。

24、当控制对象按指令正常执行且无异常时，取值为1。

25、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述跨能源等效补偿矩阵根据不同能源侧控制对象的调节效果与控制需求之间的等效折算关系建立，所述等效折算关系包括但不限于能源转换效率、性能系数或能量等效换算系数。

26、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述跨能源等效补偿矩阵表示为：

27、，

28、其中，表示第个控制对象的单位控制量对第类控制需求的等效补偿系数；

29、所述控制对象包括电储能、燃气轮机、蓄冷装置、蓄热装置、热泵、电锅炉、电制冷机、柔性负荷和充电桩负荷中的一种或多种；

30、其中，电储能对电功率缺额的等效补偿量为：

31、；

32、蓄冷装置释放冷量对电功率缺额的等效补偿量为：

33、；

34、蓄热装置释放热量对电功率缺额的等效补偿量为：

35、；

36、燃气轮机增发对电功率缺额的等效补偿量为：

37、，

38、其中，为电储能放电功率，为蓄冷装置释放冷量，为制冷设备性能系数，为蓄热装置释放热量，为热泵性能系数，为燃气轮机效率，为燃气低位热值，为燃气消耗变化量。

39、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述第一控制指令通过如下模型生成：

40、；

41、满足：

42、，

43、其中，为控制需求向量，为参与本轮控制的控制对象集合，为跨能源等效补偿矩阵中与第个控制对象对应的列向量，为第个控制对象的控制成本系数，为权重系数；w为预设权重矩阵，用于按照各类控制需求的基准容量、触发阈值或者控制重要程度，对电功率、热功率、冷功率和燃气流量分量进行归一化和加权；所述加权范数满足：

44、，

45、其中，表示系统当前未满足的控制需求，在综合能源系统中，通常是一个多维列向量，每个向量值可分别对应电功率、热功率、冷功率和燃气流量的供需缺额，优化目标是让这个向量越小越好，即趋近于0，表示供需完全平衡；为的转置向量。

46、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述确定各控制对象的实际完成量，具体包括：

47、根据各控制对象在第一控制指令下发前的运行基准值、控制指令方向和预设反馈时间窗内的实际运行轨迹，确定各控制对象的实际完成量；

48、对于发电及储能类控制对象，以控制指令下发后相对于指令下发前运行基准值实际增加的出力或者放电功率作为实际完成量；

49、对于负荷类控制对象，以指令下发前的基准负荷与控制指令下发后的实际负荷之差作为实际完成量；

50、对于蓄冷、蓄热及燃气类控制对象，以其实际增加的释冷量、释热量或者燃气调节量作为实际完成量；

51、当控制对象反馈超时、通信异常或者反馈数据无效时，根据所述预设反馈时间窗内有效量测数据核算得到的完成值作为该控制对象的实际完成量；当不存在所述有效量测数据时，将该控制对象的实际完成量取为零。

52、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述得到未完成控制需求向量，具体包括：

53、将当前控制需求向量减去各控制对象的实际完成量经跨能源等效补偿矩阵中对应列向量映射后的等效补偿量之和，得到未完成控制需求向量；

54、当第一控制指令产生的等效补偿量与当前控制需求向量一致时，所述未完成控制需求向量为各控制对象的设备侧未完成控制量经跨能源等效补偿矩阵中对应列向量映射后的汇总结果；

55、当所述未完成控制需求向量的至少一个分量超过对应预设阈值，或者所述未完成控制需求向量的加权范数超过预设阈值时，启动补偿控制指令分配。

56、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，第个控制对象的设备侧未完成控制量表示为：

57、，

58、其中，为下发给第个控制对象的控制指令量；为第个控制对象的实际完成量，根据第个控制对象在控制指令下发前的运行基准值、控制指令方向和预设反馈时间窗内的实际运行轨迹确定；

59、所述未完成控制需求向量表示为：

60、，

61、其中，为当前控制需求向量，为跨能源等效补偿矩阵中与第个控制对象对应的列向量，为第个控制对象的实际完成量，为参与本轮控制的控制对象集合；

62、当第一控制指令产生的等效补偿量与当前控制需求向量一致时，所述未完成控制需求向量简化为：

63、。

64、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述剩余响应时间为当前反馈判定时刻至本次控制事件规定的完成截止时刻之间的时间；

65、所述筛选可替代资源形成可替代资源集合，将所述未完成控制需求向量在可替代资源中进行补偿分配，生成补偿控制指令，具体包括：

66、根据各控制对象当前的剩余可调容量、爬坡能力、响应时间、可持续调节时间、设备及通信状态和历史执行可靠度，更新各控制对象的剩余控制承接域；

67、将剩余控制承接域非空、响应时间不大于所述剩余响应时间、可持续调节时间不小于本次控制事件剩余的持续调节时间要求、设备及通信状态正常、历史执行可靠度不低于历史执行可靠度下限、且存在补偿控制量能够使当前未完成控制需求减小的控制对象纳入所述可替代资源集合；

68、以所述未完成控制需求向量与各替代控制对象补偿控制量经跨能源等效补偿矩阵映射后的等效补偿量之差的加权范数、各替代控制对象的补偿控制成本项以及与历史执行可靠度成反比的可靠度惩罚项三者之和最小为目标，以各替代控制对象的补偿控制量属于对应剩余控制承接域为约束，求解得到各替代控制对象对应的补偿控制量，并生成补偿控制指令下发至对应控制对象。

69、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述可替代资源集合表示为：

70、，

71、其中，为当前时刻的可替代资源集合，为第个控制对象更新后的剩余控制承接域，为第个控制对象的响应时间，为本次控制事件的剩余响应时间，为第个控制对象的历史执行可靠度，为历史执行可靠度下限，为分配给第个控制对象的补偿控制量，为跨能源等效补偿矩阵中与第个控制对象对应的列向量，为未完成控制需求向量，为预设权重矩阵；为第个控制对象的可持续调节时间；为本次控制事件剩余的持续调节时间要求；为第个控制对象的设备及通信可用状态，设备和通信均正常时取1，否则取0。

72、所述补偿控制指令通过如下模型生成：

73、，

74、满足：

75、，

76、其中，为第个控制对象的补偿控制成本系数，和为预设权重系数，为防止分母为零的正数。

77、根据本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法，所述根据补偿控制指令的执行结果更新各控制对象的可用容量、历史执行可靠度和控制承接域，具体包括：

78、所述补偿控制指令下发后，采集各替代控制对象的实际运行轨迹和执行反馈数据，并重新计算未完成控制需求向量；

79、当重新计算得到的未完成控制需求向量不超过预设阈值时，结束本次反馈补偿过程，并更新各控制对象的可用容量、历史执行可靠度和控制承接域，进入下一轮事件触发判断；

80、当所述未完成控制需求向量仍超过预设阈值，且剩余响应时间大于零、可替代资源集合非空时，再次进行补偿分配；

81、当剩余响应时间不大于零或者可替代资源集合为空时，生成控制不足告警，并启动预设紧急控制措施。

82、本发明还提供一种综合能源系统控制指令的反馈补偿系统，包括如下模块：

83、数据采集与触发模块，用于采集综合能源系统的运行状态数据、预测数据、设备状态数据和控制执行反馈数据，计算事件触发量，当所述事件触发量满足预设触发条件时，生成控制需求向量；

84、承接域构建模块，用于根据各控制对象的执行能力参数构建各控制对象的控制承接域，并将不满足控制承接域条件的控制对象排除出本轮控制；

85、等效补偿与指令生成模块，用于建立跨能源等效补偿矩阵，将不同能源侧控制对象的控制效果映射到所述控制需求向量所在的统一控制需求空间，根据所述控制需求向量、所述控制承接域和所述跨能源等效补偿矩阵生成第一控制指令并下发；

86、反馈识别模块，用于在预设反馈时间窗内采集各控制对象的执行反馈数据，确定各控制对象的实际完成量和设备侧未完成控制量，并通过所述跨能源等效补偿矩阵将所述设备侧未完成控制量映射并汇总至所述统一控制需求空间，得到未完成控制需求向量；

87、补偿分配模块，用于当所述未完成控制需求向量超过预设阈值时，根据本次控制事件的剩余响应时间和各控制对象更新后的剩余控制承接域，筛选可替代资源形成可替代资源集合，将所述未完成控制需求向量在可替代资源中进行补偿分配，生成补偿控制指令；

88、闭环更新模块，用于根据补偿控制指令的执行结果更新各控制对象的可用容量、历史执行可靠度和控制承接域，进入下一轮事件触发判断。

89、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，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述综合能源系统控制指令的反馈补偿方法。

90、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述综合能源系统控制指令的反馈补偿方法。

91、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述综合能源系统控制指令的反馈补偿方法。

92、本发明提供的综合能源系统控制指令的反馈补偿方法及系统，通过根据各控制对象的执行能力参数构建控制承接域，将不满足条件的控制对象排除出本轮控制，使控制指令仅分配给具备真实执行能力的对象，避免了理论可调、实际不可执行的问题；通过跨能源等效补偿矩阵将不同能源侧控制对象的控制效果映射到统一控制需求空间，并在预设反馈时间窗内根据执行反馈数据识别出未完成控制需求向量，使控制指令下发后的执行偏差能够被准确量化；进而在未完成控制需求向量超过预设阈值时，根据剩余响应时间和更新后的剩余控制承接域筛选可替代资源进行补偿分配，使执行不足的控制量能够在剩余时间内由其他能源侧资源等效承接，将控制过程由开环下发转变为下发、反馈、识别缺额、补偿的闭环，从而有效提高综合能源系统控制指令的实际完成率和运行可靠性。