一种电力系统生产模拟模型的建模方法、装置和电子设备与流程

1.本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种电力系统生产模拟模型的建模方法、装置和电子设备。


背景技术：

2.随着风电、太阳能发电等新能源快速发展，新能源的发展瓶颈开始从技术装备和开发能力约束，逐渐向电力系统消纳能力和运行机制等方面制约转变。科学分析评估预测电力系统的新能源消纳能力保障新能源健康发展的关键。随着能源生产和消费革命的推进，大规模新能源发电、新型电气化消费终端快速增长，电力系统中的新技术、新业态不断涌现，使得现有的电力系统生产模拟工具难以适用新形势，每一项电力生产消费新技术元件的出现，都需要对现有的生产模拟模型进行大的修改调整。可见，现有技术中，存在对生产模拟模型维护成本高的问题。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种电力系统生产模拟模型的建模方法、装置和电子设备，以解决现有技术中存在的对生产模拟模型维护成本高的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：第一方面，本发明实施例提供了一种电力系统生产模拟模型的建模方法，所述电力系统包括至少一个电力元件，所述方法包括：
5.构建生产模拟模型，所述生产模拟模型包括与所述电力元件一一对应的电力子模型，所述电力子模型为根据所述电力元件的出力特性对通用元件模型进行参数设置得到的模型；
6.在所述电力系统需要增加目标电力元件的情况下，根据所述目标电力元件的出力特性对所述通用元件模型进行参数设置，得到目标电力子模型；
7.基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
8.可选地，所述生产模拟模型为：
[0009][0010]
所述第一目标生产模拟模型为：
[0011][0012]
其中，所述p
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的发电功率，所述c
i
(t)为所述第i个电力元件在t时刻的储能功率，所述为输电线在t时刻的损耗功率，l
t
为供电区域在
t时刻的所需功率，d
t
为供电区域在t时刻的备用功率，w
1t
为所述生产模拟模型在t时刻的弃能功率，所述w
2t
为所述第一目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0013]
可选地，所述基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型，包括：
[0014]
以弃能功率值为优化目标，基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
[0015]
可选地，所述构建生产模拟模型之后，所述方法还包括：
[0016]
在所述电力系统需要减少第二电力元件的情况下，对所述生产模拟模型进行更新，得到第二目标生产模拟模型，所述第二目标生产模拟模型为：
[0017][0018]
其中，所述第二电力元件为所述至少一个电力元件中的任一电力元件，所述w
3t
为所述第二目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0019]
第二方面，本发明实施例还提供了一种电力系统生产模拟模型的建模装置，所述电力系统包括至少一个电力元件，所述装置包括：
[0020]
构建模块，用于构建生产模拟模型，所述生产模拟模型包括与所述电力元件一一对应的电力子模型，所述电力子模型为根据所述电力元件的出力特性对通用元件模型进行参数设置得到的模型；
[0021]
参数设置模块，用于在所述电力系统需要增加目标电力元件的情况下，根据所述目标电力元件的出力特性对所述通用元件模型进行参数设置，得到目标电力子模型；
[0022]
更新模块，用于基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
[0023]
可选地，所述生产模拟模型为：
[0024][0025]
所述第一目标生产模拟模型为：
[0026][0027]
其中，所述p
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的发电功率，所述c
i
(t)为所述第i个电力元件在t时刻的储能功率，所述为输电线在t时刻的损耗功率，l
t
为供电区域在t时刻的所需功率，d
t
为供电区域在t时刻的备用功率，w
1t
为所述生产模拟模型在t时刻的弃能功率，所述w
2t
为所述第一目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0028]
可选地，所述更新模块，具体用于以弃能功率值为优化目标，基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
[0029]
可选地，所述更新模块，还用于在所述电力系统需要减少第二电力元件的情况下，对所述生产模拟模型进行更新，得到第二目标生产模拟模型，所述第二目标生产模拟模型
为：
[0030][0031]
其中，所述第二电力元件为所述至少一个电力元件中的任一电力元件，所述w
3t
为所述第二目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0032]
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
[0033]
存储器，用于存放计算机程序；
[0034]
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，执行上述电力系统生产模拟模型的建模方法步骤。
[0035]
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述电力系统生产模拟模型的建模方法步骤。
[0036]
本发明实施例中，通过设置通用元件模型，并使电力系统中的各个电力元件均基于该通用元件模型建立独立的子模型，以形成电力系统的生产模拟模型。这样，在所述电力系统需要增加目标电力元件时，仅需基于该通用元件模型建立目标电力子模型，并将该目标电力子模型增加至所述生产模拟模型即可完成模型的更新。该过程中，无需重新搭建目标电力元件的子模型，且可实现在现有的生产模拟模型的基础上直接进行更新，从而降低了对生产模拟模型维护成本。
附图说明
[0037]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]
图1是本发明实施例提供的一种电力系统生产模拟模型的建模方法的流程图；
[0039]
图2是本发明实施例中的通用元件模型的结构示意图；
[0040]
图3是本发明实施例提供的一种电力系统生产模拟模型的建模装置的结构示意图；
[0041]
图4是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种电力系统生产模拟模型的建模方法，所述电力系统包括至少一个电力元件，所述方法包括：
[0044]
步骤101、构建生产模拟模型，所述生产模拟模型包括与所述电力元件一一对应的
电力子模型，所述电力子模型为根据所述电力元件的出力特性对通用元件模型进行参数设置得到的模型；
[0045]
其中，上述电力系统可以包括多种电力元件，其中，所述电力元件既可以包括发电元件也可以包括储电元件等。例如，一个电力系统可以同时包括水力发电元件、火力发电元件、风力发电元件、光伏发电元件、光热发电元件、电储能抽蓄元件、电储热电动汽车元件等。
[0046]
在实际生产时，由上述多种电力元件共同配合实现电力系统的生产活动。因此，为了避免盲目生产，通常需要设置生产模型，用于模型各个电力元件在各个时刻所输出的发电量或者储电量，以便于保证在为用户提供充足的电力资源的同时，避免造成电力资源的浪费。
[0047]
请参见图2，图2是上述实施例中的通用元件的结构示意图，上述通用元件模型可以表示为：
[0048]
p(t)-c(t)＝i(t)-o(t)；
[0049]
其中，p(t)为通用元件在t时刻的对外输出电功率，c(t)为通用元件在t时刻的储电功率，i(t)为通用元件在t时刻的发电功率，o(t)为通用元件在t时刻的耗电功率。
[0050]
此外，还可以为上述通用元件模型设置如下约束条件：
[0051]
p
i,min
(t)≤p
i
(t)≤p
i,max
(t)；
[0052]-rd
i
(t)≤p
i
(t)-p
i-1
(t)≤ru
i
(t)；
[0053]
c
i,min
(t)≤c
i
(t)≤c
i,max
(t)；
[0054]-cd
i
(t)≤c
i
(t)-c
i-1
(t)≤cu
i
(t)；
[0055]
sc
i,min
(t)≤s
i
(t)≤sc
i,max
(t)；
[0056]
s
i
(t)-s
i
(t-1)＝i
i
(t)-p
i
(t)-η
i
(t)*c
i
(t)-w
i
(t)；
[0057]
其中，p
i,min
(t)为第i个电力元件在t时刻的最大的外输出电功率，p
i,max
(t)为第i个电力元件在t时刻的最小的外输出电功率，rd
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的最大下爬坡速率，ru
i
(t)第i个电力元件在t时刻的最大上爬坡速率，c
i,min
(t)为第i个电力元件在t时刻的最小充电功率，c
i,max
(t)为第i个电力元件在t时刻的最大充电功率，sc
i,min
(t)为第i个电力元件在t时刻的最小储能量，s
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的储能量，sc
i,max
(t)为第i个电力元件在t时刻的最大储能量，η
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的充电效率，w
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的弃能功率。p
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的对外输出电功率，i
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的发电功率。
[0058]
具体地，可以根据各个电力元件的出力特性，对上述通用元件模型进行参数设置以得到与电力元件对应的电力子模型，例如：
[0059]
(1)针对火力发电元件，火电机组出力可在最大、最小出力约束之间根据需求自由调节，其中，火电机组最大、最小技术出力根据供热期、高温天气等因素按实际情况输入，爬坡速率由火电机组固有特性决定，非电输入充足，其他最大储电功率、储能和耗电功率均为零，因此，可以设置参数如下：
[0060][0061]
其中，p
ifp,min
(t)、p
ifp,max
(t)为火电机组t时刻的最大最小出力约束，rd
ifp
、ru
ifp
为火电机组的最大、最小爬坡率。
[0062]
(2)针对风电、光伏模型，风电、光伏非电输入功率由资源特性获得的理论出力决定，风电、光伏的输出功率由理论出力决定，最大值为非电最大输入功率，储能和非电输出功率均为零，因此，可以设置参数如下：
[0063][0064]
其中i
i,t
(t)为风电、光伏理论出力。
[0065]
(3)针对水电模型，水电最小出力为水电预想出力，水电最大出力由保证出力决定，水电非电输入由来水情况决定，一般等于水电平均出力，水电储能容量由库容决定，因此，可以设置参数如下：
[0066][0067]
(4)针对抽蓄及电化学储能模型，抽水蓄能和储能的最大输入或输出功率由装机容量决定，最小输出功率为零，储能容量由库容或储能时长决定，因此，可以设置参数如下：
[0068][0069]
其中，p
isp
(t)为抽水蓄能或储能装机功率，rc
isp
为储蓄库容或储能装机，η
isp
为储能转换效率。
[0070]
(5)针对电动汽车、电蓄热模型，可以设置参数如下：
[0071][0072]
其中，p
isu
(t)为抽水蓄能或储能装机容量，sc
isu
为电动汽车、电蓄热的储能容量的灵活度，o
isu
(t)为非电输出功率，有电动汽车、电蓄热等的输出特性决定。
[0073]
(6)针对化光热模型，可以设置参数如下：
[0074][0075]
步骤102、在所述电力系统需要增加目标电力元件的情况下，根据所述目标电力元件的出力特性对所述通用元件模型进行参数设置，得到目标电力子模型。
[0076]
由上述论述可知，现有的常见的电力元件均可基于上述通用元件模型进行参数设置，以得到对应的目标电力子模型，因此，在电力系统需要增加目标电力元件的情况下，仅需按照上述方法基于所要配置的目标电力元件的出力特性，即可构建上述目标电力子模型。
[0077]
步骤103、基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
[0078]
具体而言，所述生产模拟模型为：
[0079][0080]
所述第一目标生产模拟模型为：
[0081][0082]
其中，所述p
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的发电功率，所述c
i
(t)为所述第i个电力元件在t时刻的储能功率，所述为输电线在t时刻的损耗功率，l
t
为供电区域在t时刻的所需功率，d
t
为供电区域在t时刻的备用功率，w
1t
为所述生产模拟模型在t时刻的弃能功率，所述w
2t
为所述第一目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0083]
可见，基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新时，仅需将新增的目标电力子模型的实际对外输出功率(p
i
(t)-c
i
(t))添加至生产模拟模型的电力系统侧即可得到第一目标生产模拟模型。
[0084]
本发明实施例中，通过设置通用元件模型，并使电力系统中的各个电力元件均基于该通用元件模型建立独立的子模型，以形成电力系统的生产模拟模型。这样，在所述电力系统需要增加目标电力元件时，仅需基于该通用元件模型建立目标电力子模型，并将该目标电力子模型增加至该生产模拟模型即可完成模型的更新。该过程中，在需要增加目标电力元件时，无需重新搭建目标电力元件的子模型，且可实现在现有的生产模拟模型的基础上直接更新，从而降低了对生产模拟模型维护成本。
[0085]
可选地，所述基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型，包括：
[0086]
以弃能功率值为优化目标，基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
[0087]
现有技术中，风电弃风、光伏弃光的问题在部分区域电网较为严重，所谓风电弃风、光伏弃光是指由于风能发电和光伏发电的功率易受环境影响而处于不断变化之中，因此风电和光电被视为不稳定的电源而无法并网。
[0088]
具体而言，由于风力发电元件、光伏发电元件等受气候条件影响较大，当风力和光照充足时，发电功率较大，反之则发电功率较小。因此，现有技术中，可见，风力发电元件、光伏发电元件等受气候条件影响较大的发电元件的输出功率存在不确定性。对此，现有技术中，为了保证用户用电的稳定，对于风力发电元件、光伏发电元件等受气候条件影响较大的发电元件，仅利用其一部分发电功率，以保证其能够稳定的输出一个较小的功率，对于当风力和光照充足时，所产生的过剩电功率通常选择放弃。
[0089]
为了避免电力资源的浪费，本实施例中，可以设置以弃能功率值最小为优化目标，基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。即以w
2t
取值最小作为优化目标，对所述第一目标生成模拟模型进行优化。这样，可以有效的降低电力系统中的资源浪费。
[0090]
可选地，所述构建生产模拟模型之后，所述方法还包括：
[0091]
在所述电力系统需要减少第二电力元件的情况下，对所述生产模拟模型进行更
新，得到第二目标生产模拟模型，所述第二目标生产模拟模型为：
[0092][0093]
其中，所述第二电力元件为所述至少一个电力元件中的任一电力元件，所述w
3t
为所述第二目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0094]
由于在电力系统中，可能存在部分传统的发电元件由于发电效率低、发电过程会导致较为严重的环境污染等问题而被淘汰。因此，当需要淘汰电力系统中的第二电力元件时，可以在生产模拟模型中将该第二电力元件对应的电力子模型予以删除。由于在该生产模拟模型中第二电力元件不再参与发电，而耗电设备所需的电功率不变，因此，该生产模拟模型中的其他电力元件的发电功率将相应的增大。为此，为了避免各个电力元件盲目的增加输出功率，可以在删除第二电力元件的子模型后，以弃能功率最小为优化目标，对所述生产模拟模型进行优化，得到第二目标生产模型，该第二目标生产模型可以模拟输出电力系统中各个电力元件的实际输出功率，以便于工作人员根据该模拟结果，控制各个电力元件的输出功率，从而确保在满足用电需求的情况下，造成电力资源的浪费。
[0095]
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种生产模拟模型的创建装置300，所述电力系统包括至少一个电力元件，所述装置包括：
[0096]
构建模块301，用于构建生产模拟模型，所述生产模拟模型包括与所述电力元件一一对应的电力子模型，所述电力子模型为根据所述电力元件的出力特性对通用元件模型进行参数设置得到的模型；
[0097]
参数设置模块302，用于在所述电力系统需要增加目标电力元件的情况下，根据所述目标电力元件的出力特性对所述通用元件模型进行参数设置，得到目标电力子模型；
[0098]
更新模块303，用于基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
[0099]
所述生产模拟模型为：
[0100][0101]
所述第一目标生产模拟模型为：
[0102][0103]
其中，所述p
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的发电功率，所述c
i
(t)为所述第i个电力元件在t时刻的储能功率，所述为输电线在t时刻的损耗功率，l
t
为供电区域在t时刻的所需功率，d
t
为供电区域在t时刻的备用功率，w
1t
为所述生产模拟模型在t时刻的弃能功率，所述w
2t
为所述第一目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0104]
可选地，所述更新模块，具体用于以弃能功率值为优化目标，基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
[0105]
可选地，所述更新模块，还用于在所述电力系统需要减少第二电力元件的情况下，对所述生产模拟模型进行更新，得到第二目标生产模拟模型，所述第二目标生产模拟模型
为：
[0106][0107]
其中，所述第二电力元件为所述至少一个电力元件中的任一电力元件，所述w
3t
为所述第二目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0108]
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图4所示，包括处理器401、通信接口402、存储器403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信，
[0109]
存储器403，用于存放计算机程序；
[0110]
处理器401，用于执行存储器403上所存放的程序时，实现如下步骤：
[0111]
构建生产模拟模型，所述生产模拟模型包括与所述电力元件一一对应的电力子模型，所述电力子模型为根据所述电力元件的出力特性对通用元件模型进行参数设置得到的模型；
[0112]
在所述电力系统需要增加目标电力元件的情况下，根据所述目标电力元件的出力特性对所述通用元件模型进行参数设置，得到目标电力子模型；
[0113]
基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
[0114]
可选地，所述生产模拟模型为：
[0115][0116]
所述第一目标生产模拟模型为：
[0117][0118]
其中，所述p
i
(t)为第i个电力元件在t时刻的发电功率，所述c
i
(t)为所述第i个电力元件在t时刻的储能功率，所述为输电线在t时刻的损耗功率，l
t
为供电区域在t时刻的所需功率，d
t
为供电区域在t时刻的备用功率，w
1t
为所述生产模拟模型在t时刻的弃能功率，所述w
2t
为所述第一目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0119]
可选地，所述基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型，包括：
[0120]
以弃能功率值为优化目标，基于所述目标电力子模型对所述生产模拟模型进行更新，得到第一目标生产模拟模型。
[0121]
可选地，所述构建生产模拟模型之后，所述方法还包括：
[0122]
在所述电力系统需要减少第二电力元件的情况下，对所述生产模拟模型进行更新，得到第二目标生产模拟模型，所述第二目标生产模拟模型为：
[0123]
[0124]
其中，所述第二电力元件为所述至少一个电力元件中的任一电力元件，所述w
3t
为所述第二目标生产模拟模型在t时刻的弃能功率。
[0125]
所述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称eisa)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0126]
通信接口用于所述电子设备与其他设备之间的通信。
[0127]
存储器可以包括随机存取存储器(random access memory，简称ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
[0128]
所述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0129]
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述实施例中任一所述的电力系统生产模拟模型的建模方法。
[0130]
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述实施例中任一所述的电力系统生产模拟模型的建模方法。
[0131]
在所述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0132]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在
包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0133]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0134]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。