一种综合能源系统变步长动态仿真的方法

1.本发明属于能源系统仿真分析技术领域，具体涉及一种综合能源系统变步长动态仿真的方法。


背景技术：

2.传统能源系统多以分立运行方式为主，煤炭、石油、天然气、电力和供冷/热系统等主流能源系统大多各自为营，形成了较为封闭的行业和利益壁垒。由于这些壁垒的存在，多种能源之间无法发挥彼此互补互动特性和梯级利用潜力，从而拉低了能源综合利用效率，并在一定程度上增加了碳排放、加剧了环境污染问题。
3.在世界能源系统亟需转型升级的背景下，综合能源系统(integrated energy system,ies)这一概念得到了学术界和工业界的广泛支持。综合能源系统能够破除传统能源系统分立运行壁垒，充分发挥多种形式能源(包括煤炭、石油、天然气、电力、热/冷、风、光、水、氢等)之间的互补互动特性和梯级利用潜力，从而提升能源系统的综合能效，降低碳排放和污染物排放，提升供能系统的稳定系和可靠性，并促进可再生能源消纳，因此具有光明的发展前景。
4.综合能源系统的动态仿真强调刻画工况随时间的改变情况，在仿真过程中考虑的模型精细化程度更高，通过分析扰动下工况的变化可进行管段越线、过载等问题判断，有助于提高了系统的安全性和稳定性。因此，动态仿真的独特优势使其在故障分析上具有一定优势，高精度的故障态动态仿真能为运行操作人员提供更大的调度调整空间。
5.动态仿真中，仿真步长的选择对仿真速度与精度有着至关重要的影响，若选择较大的仿真步长虽能节省仿真时间，会使得仿真结果存在较大的数值误差；若降低仿真步长能提高仿真在精度上的优势但会损失一定仿真速度，无法保证仿真实时性，即现有的动态仿真技术不能同时实现仿真速度快且仿真精度高。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种综合能源系统变步长动态仿真的方法。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
8.一种综合能源系统变步长动态仿真的方法，包括以下步骤：
9.步骤一：根据故障的具体情况(即故障点在热网运行中作用和故障严重性)使用故障危害评估策略对其危害性进行评估，得到此故障的两阶段危害性评估量化数据；通过一定合理的数学变化，将其变为可直接进行权重确定的量化数值；
10.步骤二：根据故障是否为单一故障，采用对应的权重确定方法确定此故障下的精度驱动权重；
11.步骤三：确定复合故障下的复合精度驱动权重；
12.步骤四：将所得到的权重带入步长优选模型，得到故障态的动态仿真步长；
13.步骤五：以动态仿真基本变步长的思路为基础，在常规态下采用大步长仿真，故障
态下采用所确定步长进行仿真，实现仿真对速度与精度的兼顾。
14.进一步地，所述步骤一的具体方法为：在故障危害评价策略中，一阶段通过综合模糊评价法得到考虑故障类型的模糊评价评分s；二阶段考虑故障严重性得到严重性量化w2；由于所述一、二阶段所得到的量化数据间存在较大差异，无法直接进行结合，所以采用数值映射将所述模糊评价评分s转变成与所述严重性量化w2相同数量级的模糊评价权重w1，便于下一步计算。
15.进一步地，所述步骤二的具体方法为：在单一故障下，精度驱动权重的数值只需考虑该故障的所述一、二阶段危害性评估结果，将所所述模糊评价权重w1与所述严重性量化w2相乘，得到单一故障的精度驱动权重w。
16.进一步地，所述步骤三的具体方法为：
17.复合故障的精度驱动权重需满足的要求包括：复合故障的权重需大于组成该复合故障的单一权重；复合故障的权重需随着任一单一权重的增大而增大单一故障和复合故障的权重都应大于0小于1；
18.因此，选择复合故障权重计算公式如下：
[0019][0020]
上述公式中，c应小于单一权重的最小值，通常c取0.5,w
单一1
和w
单一2
分别表示构成该复合故障的两个单一故障的权重，w
复合
表示复合故障的权重。
[0021]
进一步地，所述步骤四的具体方法为：
[0022]
步长优选模型的具体推导过程所具有的基本形式如下：
[0023][0024][0025]
式中,s表示优化模型的目标值，w
error
为精度驱动权重，w
time
为仿真耗时权重，h为空间步长，tau为时间步长，v为工质流速，f
net
为网络融合节点数l
net
为网络管道总长度，m
net
为网络管道数，n
net
为网络节点数，h
min
和h
max
为可选空间步长最大、最小值，tau
min
和tau
max
为可选时间步长最大、最小值，其中error和time均为时间步长tau的函数，该函数可通过算法分析、历史计算数据与参数拟合的思路得到，该模型的约束为热网参数，将所述复合精度驱动权重作为w
error
带入步长优选模型中，目标函数即变为关于tau的一元多次函数，求出最
值，即可获得最符合需求的动态仿真时间步长。
[0026]
进一步地，所述步骤五的具体步骤为：
[0027]
步骤(1):在仿真前，输入网络拓扑结构数据与故障信息(包括故障类型、严重程度、发生时刻与结束时刻)；
[0028]
步骤(2):求出故障态下仿真步长；
[0029]
步骤(3):在常规态采用正常仿真步长进行仿真直到故障发生时刻；
[0030]
步骤(4)：在故障发生时刻，转化正常态的仿真参数的维度至相应故障态维度，并降低仿真步长至故障态进行仿真；
[0031]
步骤(5):在故障结束前，保持故障态仿真步长进行仿真；
[0032]
步骤(6):故障结束时刻，将故障态仿真参数转化至正常态，以正常态仿真步长进行仿真直至仿真结束。
[0033]
本发明的有益效果：
[0034]
本发明采用变步长动态仿真的基本思路，根据故障类型和严重程度确定故障态下的仿真步长，实现综合能源系统故障态动态仿真时间步长的预优选，有效提高了仿真效率，平衡仿真精度与速度，为综合能源系统的安全校核提供了有力保障。
附图说明
[0035]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0036]
图1是本发明实施例的系统结构图；
[0037]
图2所提出策略下在本发明实施例下的仿真流程图；
[0038]
图3为本发明实施例中所提出仿真策略相对误差结果图；
[0039]
图4为本发明实施例中恒定步长仿真相对误差结果图；
[0040]
图5为本发明的方法步骤流程示意图
具体实施方式
[0041]
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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
如图1～5所示，具体的实施例中，存在热网和电网两种能源网络以及水-水换热器、汽-水换热器、电锅炉等多种能量耦合设备，各能源网络、设备参数对本发明所提出的方法不构成实质性影响，故在此不再赘述。在实施例中仿真总时长为7560s，常规态下仿真步长为tau＝10s h＝12m，在3000s时，一号热源的供热功率被限制在1.815mw，该热源在正常状态下供热功率为2.5889mw，同时由于温度变化，五号管道同时发生泄露，传输工质的质量流量变为原先的一半，此故障共会影响供回水管道19条，该热网共有38条管道，该故障持续1560s,之后系统恢复正常，平稳运行3000s。
[0043]
由此，可求出先将上述故障看成两个单一故障，求出各自的两阶段量化指标如下：
[0044][0045]
对模糊评价评分，采用如下公式将其与严重性量化数据转变为同一数量级：
[0046][0047]
对于单一故障，其精度驱动权重为两阶段权重之积，即如下公式:
[0048]werror
＝w1·
w2(2)
[0049]
即可得到两单一故障下的两阶段权重与精度驱动权重如下表：
[0050][0051]
再通过如下公式即可得到复合故障下的驱动权重为：
[0052][0053]
求出该复合故障下的权重为，w
复合
＝0.9356，将该权重作为w
error
带入步长优选模型中，即如下模型：
[0054][0055][0056]
即可求出，该复合故障下，动态仿真最优时间步长为2.5s。
[0057]
按照变步长仿真的思路，在1-3000s，系统以tau＝10sh＝12m进行仿真，在3000s时将参数的维度转化至tau＝2.5sh＝3m，并改变系统参数至相应故障态的情况，进行故障态仿真1560s，在4560s将参数维度转化至tau＝10sh＝12m，进行仿真3000s，该仿真的流程见附图二。
[0058]
为证明本发明的有效性，对上述变步长，恒定步长仿真和基本变步长思路(即常规态以大步长，故障态仿真步长为1s)下的仿真进行对比，得到三种思路下仿真用时如下：
[0059][0060]
同时，所提出策略下的仿真最大相对误差为1.0366％，仿真平均相对误差为0.0143％，而恒定步长下的数据为2.4398％和0.0794％。
[0061]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定，各时间点相对误差具体对比如图3和图4所示。
[0062]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0063]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。