一种综合能源系统多能网络动态储能特性量化方法及系统

技术特征：
1.一种综合能源系统多能网络动态储能特性量化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，根据质量、动量、能量守恒方程，建立含拓扑结构的流体网络动态模型并求解；步骤s2，建立广义储能模型，计算流体网络的储能特征参数；步骤s3，建立流体输运网络储能特性量化方法，利用量化指标评估其储能能力和利用率；步骤s4，利用建立的流体输运网络储能特性量化方法评估同一流体不同输运网络或同一输运网络不同运行工况。2.根据权利要求1所述的一种综合能源系统多能网络动态储能特性量化方法，其特征在于，所述的步骤s1中：步骤s11，建立流体输运动态模型其中：其中：式中，下标i代表能流i，能流包括天然气、压缩空气、热水、冷水、蒸汽；ρ
i
为密度，kg/m3；v
i
为速度，m/s；p
i
为压力，mpa；u
i
为比内能，j/kg；g
i
为重力加速度，m/s2；θ
i
为管道倾斜角，
°
；λ
i
为阻力系数；d
i
为管径，m；k
i
为换热系数，w/(m2·
k)；t
i
为流体温度，k；t
i,r
为环境温度，k；对于气体类能流，包括天然气、压缩空气，气体温度在输运过程中不发生变化，联合质量、动量方程实现对气体类能流输运过程的描述；对于液体类能流，包括热水、冷水，液体密度在输运过程中不发生变化，联合动量、能量方程实现对液体类能流输运过程的描述；对于蒸汽，其密度和温度在输运过程中都会受到源侧供应和环境的影响而发生变化，需联合质量、动量、能量方程才能实现对其输运过程的描述；步骤s12，建立流体网络输运动态模型根据图论，定义节点-支路矩阵描述流体拓扑结构
式中，a
i
为能流i的节点-支路关联矩阵；n为节点数；m为支路数；a
nm
为节点n和支路m的关联系数；同时建立能流i的流体网络约束针对天然气、压缩空气，对于能流i的流体网络中的任一节点j，建立流量平衡方程∑g
i,j
(t) ∑g
o,j
(t)＝0式中：∑g
i,j
(t)为t时刻流入节点j的质量流量，kg/s；∑g
o,j
(t)为t时刻流出节点j的质量流量，kg/s；针对热水和冷水，其节点能量平衡方程为∑e
i,j
(t) ∑e
o,j
(t)＝0式中：e
i,j
(t)为流入节点j的能量，j；e
o,j
(t)为流出节点j的能量，j；针对蒸汽，其网络约束应同时包括流量平衡和能量平衡；联合步骤s11中的公式即可建立含拓扑结构的流体网络输运动态模型，描述流体输运过程；步骤s13，为简化计算，将天然气、压缩空气和蒸汽都视为理想气体且不考虑相变，引入理想气体状态方程简化模型；根据流体特性，选择常微分方程、偏微分方程求解方法或有限差分法对流体网络输运动态模型进行求解，获得流体密度、速度、温度在时间、空间上的分布。3.根据权利要求1所述的一种综合能源系统多能网络动态储能特性量化方法，其特征在于，所述的步骤s2中：步骤s21，建立广义储能模型；将流体网络储能比拟为广义的蓄能装置，采用实时蓄/放能速率、实时蓄/放能量、实时总蓄能量、最大/最小蓄能量、必须蓄能量、初始蓄能量描述广义储能模型的蓄放能特性；其中，对于气体类能流，包括天然气和压缩空气，其存储能量即为气体体积；对于液体类能流，包括热水、冷水，其存储能量用液体温度和流量计算；对于蒸汽，其存储能量用温度和流量计算；步骤s22，基于步骤s1流体网络输运动态模型求解结果，计算广义储能模型储能特征参数；实时蓄/放能速率描述实时供需不平衡性；当供大于需时，实时蓄/放能速率为正，说明广义储能模型正在蓄能；当供小于需时，实时蓄/放能速率为负，说明广义储能模型正在放能；s
rt
(t)＝μ
in
(t)-μ
out
(t)式中，s
rt
(t)为实时蓄/放能速率；μ
in
(t)、μ
out
(t)分别为t时刻注入、流出流体能量；实时蓄/放能量描述广义储能模型在运行过程中围绕初始蓄能量的波动，初始蓄能量是广义储能模型在调度初始点时网络内存储的能量；最大、最小蓄能量描述广义储能模型储能上、下限，共同构成了流体网络的最大蓄能能力及实时蓄/放能量的约束
式中，为实时蓄/放能量；dt为时间步长；为最大蓄能量；为最小蓄能量；为初始蓄能量；为实时总蓄能量；s
max
为最大蓄能能力；对气体类流体，其最大/最小蓄能量描述为式中，r
g,i
为气体常数；分别为广义储能模型进出口的最大压力；分别为广义储能模型进出口的最小压力；m
i
为第i个管道的面积，m2；l
i
为第i个管道的长度，m；t为气体温度，k；为第i个管道的平均密度，kg/m3；np为管道数；对于液体类流体，其最大/最小蓄能量描述为式中，为平均比热容，j/(kg
·
k)；g为流量，kg/s；t
smax
、t
smin
分别为供水的最高、最低温度，k；分别为回水的最高、最低温度，k；对于蒸汽流体，其最大/最小蓄能量描述为必须蓄能量描述运行中为满足需求侧的供给，广义储能模型必须存储的能量；q
s
为能流总供应曲线，q
c
为能流总需求曲线，广义储能模型的蓄能量描述为供需差的积分式中，δs
d
(t)为蓄能曲线；则必须蓄能量描述为s
e
＝qa-qb式中，qa，qb分别是蓄能曲线的最高点和最低点；蒸汽输运网络动态模型的简化计算有两种，包括忽略蒸汽温度变化和忽略蒸汽密度变化；对于忽略蒸汽温度变化的简化求解，其广义储能模型的蓄放热特性计算方法和气体类能流相同；对于忽略蒸汽密度变化的简化求解，其广义储能模型的蓄放热特性计算方法和液体类能流相同。
4.根据权利要求1所述的一种综合能源系统多能网络动态储能特性量化方法，其特征在于，所述的步骤s3中：建立流体输运网络储能特性量化模型，包括满足度和综合利用率两个评估指标；满足度为广义储能模型的最大蓄能能力对系统调度需求的满足情况，用于评估特定广义储能模型的蓄能潜力及其在调度过程中的蓄放能冗余量式中，χ为满足度；综合利用率评估实际运行过程中，系统调度策略对广义储能模型的储能能力的利用情况；首先计算正利用率和负利用率式中，η

为正利用率；η-为负利用率；其次，计算正利用率和负利用率的最大值和平均值正利用率和负利用率的最大值和平均值式中，t
d
为调度周期；为正利用率的最大值；为负利用率的最大值；为正利用率的平均值；为负利用率的最大值；利用专家评估法综合评估广义储能模型的利用率，计算综合利用率指标利用专家评估法综合评估广义储能模型的利用率，计算综合利用率指标式中，η为综合利用率；w
k
为第k项利用率的权重；η
k
为第k项利用率；η1为正利用率的最大值；η2为正利用率的平均值；η3为负利用率的最大值；η4为负利用率的平均值；其中，权重由专家评估法给出。5.根据权利要求1所述的一种综合能源系统多能网络动态储能特性量化方法，其特征在于，所述的步骤s4中：步骤s41，输入同一能流的不同输运网络，根据步骤s1-s3计算多个输运网络的满足度；
满足度可用于评估同一能流不同输运网络的网络规划，也可用于能流输运网络的规划方案评估；满足度越大，广义储能模型越能满足调度策略中的蓄放能需求，即输运网络的设计与实际运行调度更匹配；当满足度小于1时，说明广义储能模型不足以支撑系统的调度需求，需额外配置储能设备；在经济性相同的情况下，满足度越高，说明网络规划越合理；步骤s42，输入同一能流同一输运网络的不同运行工况，根据步骤s1-s3计算不同运行工况下的综合利用率，以评估不同运行工况及其调度方案对于输运网络蓄能能力的利用情况；综合利用率高的工况，说明广义储能模型深度参与调度，其蓄能能力利用更充分，调度策略对广义储能模型的设计配置利用更充分。6.一种综合能源系统输运网络储能特性量化评估系统，采用如权利要求1-5任一项所述的方法对综合能源系统输运网络储能特性进行量化评估，其特征在于，所述系统包括数据处理模块、流体网络输运动态模型建模及求解模块、广义储能模型建模及计算模块、储能特性量化评估模块；将上述模块分别进行模块封装，建立数据传输通道；所述的数据处理模块处理输入的综合能源系统流体输运网络参数及运行数据，并将处理好的数据传输到流体网络输运动态模型建模及求解模块；所述的流体网络输运动态模型建模及求解模块根据流体特性建立含拓扑结构的流体网络动态模型，对质量、动量、能量方程进行简化，并选取求解方法求解流体网络动态模型，将密度、速度和温度的时空分布数据传输到广义储能模型计算模块；所述的广义储能模型建模及计算模块用于建立广义储能模型，计算流体网络蓄放能特性，计算实时蓄/放能速率、实时蓄/放能量、实时总蓄能量、最大/最小蓄能量、必须蓄能量、初始蓄能量共6个关键参数，并将计算结果传输到储能特性量化评估模块；所述的储能特性量化评估模块计算满足度和综合利用率两个指标，并针对同一流体不同输运网络从储能潜力方面进行评估，对同一输运网络不同运行工况从储能综合利用率方面进行评估分析，分别获得量化评估结果。

技术总结
本发明公开了一种综合能源系统多能网络动态储能特性量化方法及系统，本方法从流体网络动态建模出发，根据不同能流在管网中的输运特性和储能特性，通过量化指标对能流输运网络的运行和设计进行评估。所述方法包括以下步骤：步骤S1，根据质量、动量、能量守恒方程，建立含拓扑结构的流体网络动态模型并求解；步骤S2，建立广义储能模型，计算流体网络的储能特征参数；步骤S3，建立流体输运网络储能特性量化方法，利用量化指标评估其储能能力和利用率；步骤S4，利用建立的流体输运网络储能特性量化评估同一流体不同输运网络或同一输运网络不同运行工况。通过本发明方法可以量化评估流体输运网络的动态储能特性，支撑综合能源系统实现调度优化。统实现调度优化。统实现调度优化。


技术研发人员：张淑婷 林小杰 王家乐 钟崴
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/8/16