綜合能源系統(tǒng)基礎課件

綜合能源系統(tǒng)基礎2022/12/10齊文斌綜合能源系統(tǒng)基礎2022/12/8齊文斌綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3典型場景4綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3典型場景42能源互聯(lián)網(wǎng).智能電網(wǎng).綜合能源服務微網(wǎng)泛能網(wǎng)

智能電網(wǎng)以電為核心能源互聯(lián)網(wǎng)

多種能源協(xié)調優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng).智能電網(wǎng).綜合能源服務微網(wǎng)泛能網(wǎng)智能電網(wǎng)能源互3與能源互聯(lián)網(wǎng)的關系綜合能源系統(tǒng)受傳統(tǒng)能源領域學者和企業(yè)關注，能源互聯(lián)網(wǎng)則更為IT行業(yè)所推崇。綜合能源系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的物理載體與能源互聯(lián)網(wǎng)的關系綜合能源系統(tǒng)受傳統(tǒng)能源領域學者和企業(yè)關注，4典型場景典型場景5系統(tǒng)架構用戶特性分析能源調度控制中心大數(shù)據(jù)及云計算中心能量管理系統(tǒng)建模營銷服務中心多能流優(yōu)化調控安全評估與預警多能流穩(wěn)態(tài)計算能源調控需求側管理能源生產(chǎn)輸配電網(wǎng)分布式能源微網(wǎng)光纖接入wifi3G/4G公網(wǎng)電力專網(wǎng)接入主站二級站子站能源消費智慧用能決策支持電動汽車網(wǎng)上營業(yè)廳用電信息系統(tǒng)預測系統(tǒng)峰值分析策略管理運行管理能源調度系統(tǒng)控制安全保護經(jīng)濟運行智能管網(wǎng)多能表計能源結算能效管理系統(tǒng)架構用戶特性分析能源調度控制中心大數(shù)據(jù)及云計算中心能量管6硬件架構硬件架構7資源平臺軟件軟件架構資源平臺軟件軟件架構8綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3公司概括4綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3公司概括49熱力模型圖模庫一體化新能源模型

電力模型新能源設備建模包括了光伏、風機、儲能等新能源模型電能相關設備的建模包括了傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)絡、配電網(wǎng)絡以及新能源發(fā)電模型非電能相關設備的建模包括了熱、冷等能源的生產(chǎn)、消耗、多能轉換等容器關系、拓撲關系、映射關系通過圖模庫一體化方法，自動構建出電力系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)的對象之間的容器關系和拓撲關系，并自動建立圖元對象與數(shù)據(jù)庫對象之間的映射關系。多能建模熱力模型圖模庫新能源 電力模型新能源設備建模電能相關設備的建10主控制區(qū)（HostControlArea）子控制區(qū)(SubControlArea）廠站（Substation）分接頭調節(jié)器（TapChanger）電壓等級（VoltageLevel）間隔（Bay）隔離開關（Disconnector）斷路器（Breaker）接地刀閘（GroundDisconnector）母線段（BusbarSection）同步電機（SynchronousMachine）電能用戶（EnergyConsumer）補償器（Compensator）變壓器（PowerTransformer）變壓器繞組（TransformerWinding）<--省調以上可能沒有建模電網(wǎng)CIM模型主控制區(qū)（HostControlArea）子控制區(qū)(SubC11設備容器設備容器12熱網(wǎng)網(wǎng)絡模型新模型繼承模型描述對象HeatPlantPowerSystemResource熱電廠HeatstationSubstation加熱站RelaypumpPrimeMover中繼泵HeatLineAclinesegment熱網(wǎng)管valveBreaker閥門ConnectivityNodeConnectivityNode連接點Terminalterminal端子thermalLoadEnergyConsumer熱負荷熱網(wǎng)網(wǎng)絡模型新模型繼承模型描述對象HeatPlant13熱網(wǎng)網(wǎng)絡模型容器：

熱電廠HeatPlant、加熱站（或者是減壓站）Heatstation、壓力等級PressureLevel設備：

中繼泵Relaypump、熱負荷thermalLoad、熱網(wǎng)管HeatLine、水泵Waterpump、閥門valve測點類型：壓力、溫度、流量。熱網(wǎng)網(wǎng)絡模型容器：14天然氣網(wǎng)絡模型新模型繼承模型描述對象GastankPowerSystemResource燃氣罐GasstationSubstation燃氣站regulatordevice

調壓裝置GasLineAclinesegment燃氣管valveBreaker閥門ConnectiveNodeConnectiveNode連接點terminalterminal端子天然氣網(wǎng)絡模型新模型繼承模型描述對象GastankP15天然氣網(wǎng)絡模型容器：燃氣站Gasstation設備：調壓箱regulatorbox、調壓裝置regulatordevice、燃氣管GasLine、閥門valve、燃氣儲罐Gastank測點類型：壓力、溫度、流量、儲量。天然氣網(wǎng)絡模型容器：燃氣站Gasstation16水力模型新模型繼承模型描述對象WaterPlantPowerSystemResource水廠WaterstationSubstation加壓站RelaypumpPrimeMover中繼泵WaterTank

水塔WaterLineAclinesegment水網(wǎng)管valveBreaker閥門ConnectiveNodeConnectiveNode連接點Terminalterminal端子水力模型新模型繼承模型描述對象WaterPlantP17綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3典型場景4綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3典型場景418基礎功能19多能建模擴展CIM模型的基礎上，實現(xiàn)圖、模、庫一體化建模，形成多種能源的模型體系多能狀態(tài)估計冷、熱、氣、電等多種能源的網(wǎng)絡的聯(lián)合狀態(tài)估計多能安全預警冷、熱、氣、電等多種能源的網(wǎng)絡的N-1評估多能流優(yōu)化調控多能流優(yōu)化調度控制?；A功能19多能建模擴展CIM電力網(wǎng)絡分析功能電力網(wǎng)絡分析功能20電力系統(tǒng)模型主控制區(qū)（HostControlArea）子控制區(qū)(SubControlArea）廠站（Substation）分接頭調節(jié)器（TapChanger）電壓等級（VoltageLevel）間隔（Bay）隔離開關（Disconnector）斷路器（Breaker）接地刀閘（GroundDisconnector）母線段（BusbarSection）同步電機（SynchronousMachine）電能用戶（EnergyConsumer）補償器（Compensator）變壓器（PowerTransformer）變壓器繞組（TransformerWinding）<--省調以上可能沒有建模電力系統(tǒng)模型主控制區(qū)（HostControlArea）子控制21設備量測屬性設備量測屬性22三繞組變壓器折合標幺值后的模型為：

雙繞組變壓器折合標幺值后的模型為：

線路模型：電力系統(tǒng)數(shù)學模型三繞組變壓器折合標幺值后的模型為：線路模型：電力系統(tǒng)數(shù)學模型23網(wǎng)絡拓樸分析功能:根據(jù)開關和刀閘狀態(tài)，由節(jié)點模型(物理模型)確定電網(wǎng)的電氣連接關系，形成計算母線、電氣島---計算模型。SCADA提供的開關信息和量測數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡分析的數(shù)據(jù)來源,網(wǎng)絡拓撲分析為公用模塊，是狀態(tài)估計、潮流計算等其它應用軟件的基礎.包括兩個基本步驟:1.廠站母線分析:根據(jù)開關的閉合狀態(tài)和元件的退出恢復形成計算母線.功能是分析一廠站的同一電壓等級內的節(jié)點由閉合開關聯(lián)接組成多少個母線,其結果是將廠站劃分為若干個計算母線.2.系統(tǒng)網(wǎng)絡分析:分析整個電網(wǎng)有閉合支路聯(lián)接組成多少個電氣島(Island),每個電氣島是有電氣聯(lián)系的母線的集合,計算以此為單位劃分網(wǎng)絡方程.網(wǎng)絡拓樸分析功能:根據(jù)開關和刀閘狀態(tài)，由節(jié)點模型(物理模型)24STAUNA1UNA2LDALDBLNAB1LNABLDCSTCSTBUNC4LNAB2LNBCXFC123STACBA1CBA2CBA3NDA3NDA2NDA4NDA5CBA4CBA5CBA6NDA6NDA7CBA7CBA8CBA9UNA2UNA1NDA1LDACBB1CBB2CBB4NDB2NDB1NDB3NDB4LDBSTBLNAB2NDA8LNBCSTCNDC5NDC6CBC6NDC8XFCNDC7UNCCBC2NDC1CBC3NDC2NDC4NDC3CBC4CBC5CBC1LNACLNAB1CBB3LDCSTAUNA1UNA2LDALDBLNAB1LNABLDCS25網(wǎng)絡拓樸分析舉例網(wǎng)絡拓樸分析舉例26狀態(tài)估計(StateEstimation)狀態(tài)估計利用采集的信息估算電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，主要功能有:1.給出電網(wǎng)中各母線的電壓和相角，各線路和變壓器的潮流，各母線的負荷和各發(fā)電廠的發(fā)電機出力.2.估計有載調壓變壓器的分接頭位置；3.不良數(shù)據(jù)檢測與辨識:開關錯誤辨識,遙測數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)檢測和辨識;

狀態(tài)估計(StateEstimation)狀態(tài)估計利用采集27總體框架CSGC-3000/OPEN3000/CC-2000A/D-5000IEC-61970模型軟件平臺訪問接口數(shù)據(jù)預校核壞數(shù)據(jù)識別狀態(tài)估計模型校核數(shù)據(jù)質量評估（數(shù)據(jù)整合）總體框架CSGC-3000/OPEN3000/CC-200028功能與算法流程功能與算法流程29狀態(tài)估計模型支路模型量測量

z=量測方程:

h(x)=待求狀態(tài)量狀態(tài)估計模型支路模型量測量z=量測方程:30狀態(tài)估計基礎算法(1)EMS發(fā)展應用的歷史其實就是狀態(tài)估計與潮流計算發(fā)展變得歷史.1970年F.CScheweppe最早提出用最小二乘狀態(tài)估計算法,后來日趨成熟,R.E.Larson等用卡爾漫濾波逐次狀態(tài)估計算法研究.目前主要用的估計方法有:1.基本加權最小二乘法.取網(wǎng)絡數(shù)據(jù)Z

由x計算HTR-1H,HTR-1[z-h]

解方程

X=HTR-1HHTR-1[z-h]l++l=1,x賦初值YN基本加權最小二乘法,占用內存量大,計算時間長,但估計質量最高.狀態(tài)估計基礎算法(1)EMS發(fā)展應用的歷史其實就是狀態(tài)估計與31Za包括Pij,Pi,,Zr包括Qij,Qi,Vi２．快速分解法思路把量測數(shù)據(jù)的有功,無功分開處理,這里為BaP-

的Jacobi矩陣,Br為

P-V的

Jacobi矩陣.狀態(tài)估計算法(2)Za包括Pij,Pi,,Zr包括Qij,Qi,32２．快速分解法計算初始化

KP=KQ=Fl=1

求解自由相量a

解方程求l++讀入量測數(shù)據(jù)YN

求解自由相量b

解方程求

KP=T

KQ=T?YN

KP=F

KQ=T

KP=T?YYNN

KQ=F

Za包括Pij,Pi,,Zr包括Qij,Qi,Vi狀態(tài)估計算法(3)KP,KQ是Ｐ-Ｐ-Ｖ收斂標志２．快速分解法計算初始化KP=KQ=Fl=1求33潮流計算是根據(jù)電網(wǎng)結構及運行條件,求出整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài).潮流方程如下,G為發(fā)電機,D為負荷Gij為母線導納矩陣的電電導,Bij為母線導納矩陣電納,ViVj為線電壓潮流基本模型是一個高維的非線性方程組,潮流計算本質是解一個非線性方程,基本的方法是賦初值,循環(huán)疊代,從數(shù)值計算的角度來看,非線性方程的解不只一個,不是每一個非線性方程組可以用循環(huán)疊代獲得有效解,常用的方法有:牛頓-拉夫遜法,P-Q分解法等調度員潮流(DispatcherPowerFlow)潮流計算是根據(jù)電網(wǎng)結構及運行條件,求出整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài).潮34電壓初始化

計算

計算修正量修正V計算Jacobi矩陣YN牛頓-拉夫遜是求解非線性方程的有效方法,是潮流計算最重要最基本的算法,是其他派生算法的基礎.牛頓-拉夫遜潮流算法電壓初始化計算計算修正量計35基本假設:形成矩陣B’,B’’并分解因子

計算

計算修正量修正NY電壓初始化

計算

計算修正量修正NYP-Q分解法收斂速度快,占用內存小,是目前電力系統(tǒng)計算普遍使用的一種算法,潮流計算P-Q分解法(快速分解法)基本假設:形成矩陣B’,B’’并分解因子計算36

預想事故分析（ContingencyAnalysis，CA）對由于支路開斷，而使系統(tǒng)產(chǎn)生電氣設備（變壓器/線路）過負荷、母線電壓異常等不安全狀態(tài)，需要事先進行安全分析，即：針對預先設定的電力系統(tǒng)的故障（線路、變壓器、發(fā)電機）及其組合，確定他們對電力系統(tǒng)安全運行產(chǎn)生的影響，以便當事故發(fā)生時，及時有效地采取校正措施。實時態(tài)下，安全分析利用狀態(tài)估計的結果作為其計算的基本網(wǎng)絡模型。研究態(tài)下，安全分析利用以前保存的潮流計算實例作為其計算的基本網(wǎng)絡模型。預想事故分析(CA) 預想事故分析（ContingencyAnalysis37功能：１．按調度員的需要方便地設定預想故障２．安全評定，并按照對電力系統(tǒng)安全影響的危害程度，對支路排序．３．分析嚴重故障后的系統(tǒng)狀態(tài)．

預想事故分析功能及算法算法：１．補償法，根據(jù)疊加原理，把預想事故網(wǎng)絡等值為兩個網(wǎng)絡，計算潮流．２．直流潮流法，用代替．常用的有Ｎ－１校驗，全部Ｎ條線路任意開斷１條后，運行狀態(tài)校驗．３．靈敏度法，把開斷看做正常運行的擾動，計算系統(tǒng)變化．功能：預想事故分析功能及算法算法：38基于最優(yōu)潮流的優(yōu)化調度求出在滿足：最小運行費、最小網(wǎng)損、消除越限的最小控制量、控制變量和狀態(tài)變量的值發(fā)電機有功出力、移相器相角、凈功率交換、有功負荷（切負荷）發(fā)電機電壓（發(fā)電機無功出力）、變壓器變比、并聯(lián)電容器和電抗器、無功負荷基于最優(yōu)潮流的優(yōu)化調度求出在滿足：最小運行費、最小網(wǎng)損、消除39時間分級的有功調度控制實時控制日前計劃滾動計劃實時調度24h4h15m10s時間分級模型預測控制(H-MPC)滾動預測：逐級消除預測偏差；通過動態(tài)優(yōu)化：超前調整慢速機組，留出快速機組下調裕度，提高下旋備時間分級的有功調度控制實時控制日前計劃滾動計劃實時調度24h40電力系統(tǒng)分析與熱力計算基爾霍夫電流定律

（KCL）

基爾霍夫電壓定律

（KVL）熱力管網(wǎng)流量

q壓力

p熱量

Q電力網(wǎng)絡電流I電壓Ｖ有功P基爾霍夫流量壓降定律電力系統(tǒng)分析與熱力計算基爾霍夫電流定律

（KCL）

基爾霍夫41基爾霍夫電流定律（KCL）集總電路中，在任意時刻，對任何一個結點，所有流出該結點的支路電流的代數(shù)和為零。基爾霍夫電流定律（KCL）集總電路中，在任意時刻，對任何一個42KCL的使用求iR答案：2AKCL的使用求iR答案：2A43基爾霍夫電壓定律（KVL）集總電路中，在任意時刻，沿任何一個回路，所有支路電壓的代數(shù)和為零。求u答案：12V基爾霍夫電壓定律（KVL）集總電路中，在任意時刻，沿任何一個44電力網(wǎng)絡潮流計算電力網(wǎng)絡潮流計算45潮流計算－牛頓法潮流計算－牛頓法46熱網(wǎng)計算方程

熱網(wǎng)計算方程

47熱網(wǎng)計算方程

熱網(wǎng)計算方程

48熱力計算方程

熱力計算方程

49熱網(wǎng)計算方程

熱網(wǎng)計算方程

50熱力計算方程

熱力計算方程

51基礎算法:與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算相似節(jié)點流量AG+G0=0管段壓力ATP=ΔP管段流量G=C*pΔP

節(jié)點

壓

力Ｐ節(jié)點流量

AG+Go=0管段溫度降ATT=ΔT管段流量

G=C*tΔt節(jié)點

溫度TA節(jié)點關聯(lián)矩陣；G,G0

節(jié)點流量向量；P,P0節(jié)點壓力向量；C*p管段的阻力系數(shù)倒數(shù)矩陣，C*t管段的降溫系數(shù)倒數(shù)矩陣，與導納陣相似基礎算法:與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算相似節(jié)點流量AG+G0=0節(jié)節(jié)52算法輸入與輸出管網(wǎng)：管段長度、管段直徑、管段保溫層、厚度管段流量、管段壓降、管段溫降、管段流速節(jié)點：節(jié)點流量、節(jié)點壓力、節(jié)點溫度計算結果模塊：輸出水力熱力計算的結果算法輸入與輸出管網(wǎng)：管段長度、管段直徑、管段保溫層、厚度管段53典型場景4綜合能源建模2基礎功能與算法3綜述1典型場景4綜合能源建模2基礎功能與算法3綜述154典型場景典型場景55節(jié)點類型節(jié)點類型56電熱耦合網(wǎng)絡多能流計算57電熱耦合網(wǎng)絡熱電耦合(CHP)供熱網(wǎng)絡電力網(wǎng)絡熱網(wǎng)管道10開斷時分開分析和聯(lián)合分析電網(wǎng)和熱網(wǎng)能流區(qū)別水力計算供水熱力計算負荷計算回水熱力計算熱源計算水力計算電網(wǎng)潮流計算熱網(wǎng)熱流計算耦合元件約束電熱耦合網(wǎng)絡模型和多能流計算電熱耦合網(wǎng)絡多能流計算57電熱耦合網(wǎng)絡熱電耦合(CHP)供熱電熱耦合網(wǎng)絡相互影響機理和安全評估58供熱系統(tǒng)正常運行供熱管網(wǎng)水力平衡供熱管網(wǎng)熱力平衡負荷室內溫度平衡originalstage1stage2stage3故障熱水流動室溫變化發(fā)生故障后熱網(wǎng)不同時間尺度模型CHPCHPCHP電網(wǎng)熱網(wǎng)電熱耦合網(wǎng)絡相互影響機理熱網(wǎng)管道10開斷不同時間尺度流量變化電熱耦合系統(tǒng)靜態(tài)安全分析電網(wǎng)安全指標熱網(wǎng)安全指標電網(wǎng)預想故障集熱網(wǎng)預想故障集預想事故自動刪選多能流計算告警電熱耦合網(wǎng)絡相互影響機理和安全評估58供熱系統(tǒng)正常運行供熱管多種新能源接入電網(wǎng)的優(yōu)化控制多種新能源接入電網(wǎng)的優(yōu)化控制59電-熱協(xié)調優(yōu)化調度控制系統(tǒng)功能調度EMS電-熱協(xié)調優(yōu)化調度控制AGC負荷預測電網(wǎng)模型功率預測控制負荷側電熱能源協(xié)同電源側電熱能源協(xié)同電力、熱力（負荷/源）預測及約束下的動態(tài)平衡優(yōu)化調度電-熱協(xié)調優(yōu)化調度控制系統(tǒng)功能調度EMSAGC電網(wǎng)模型功率601.于爾鏗,劉廣一,周京陽.能量管理系統(tǒng)(EMS).科學出版社,1998年11月.2.吳文傳.電力系統(tǒng)自動化.清華大學出版社,2011年.3.王錫凡.現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析.科學出版社,2003年3月.4.汪茂澤.輸配氣管網(wǎng)的模擬與分析.石油工業(yè)出版社，1993.5.林成森.數(shù)值分析.科學出版社,2007年.學習書目1.于爾鏗,劉廣一,周京陽.能量管理系統(tǒng)(EMS).科61解決方案與產(chǎn)品中心62解決方案與產(chǎn)品中心62綜合能源系統(tǒng)基礎2022/12/10齊文斌綜合能源系統(tǒng)基礎2022/12/8齊文斌綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3典型場景4綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3典型場景464能源互聯(lián)網(wǎng).智能電網(wǎng).綜合能源服務微網(wǎng)泛能網(wǎng)

智能電網(wǎng)以電為核心能源互聯(lián)網(wǎng)

多種能源協(xié)調優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng).智能電網(wǎng).綜合能源服務微網(wǎng)泛能網(wǎng)智能電網(wǎng)能源互65與能源互聯(lián)網(wǎng)的關系綜合能源系統(tǒng)受傳統(tǒng)能源領域學者和企業(yè)關注，能源互聯(lián)網(wǎng)則更為IT行業(yè)所推崇。綜合能源系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的物理載體與能源互聯(lián)網(wǎng)的關系綜合能源系統(tǒng)受傳統(tǒng)能源領域學者和企業(yè)關注，66典型場景典型場景67系統(tǒng)架構用戶特性分析能源調度控制中心大數(shù)據(jù)及云計算中心能量管理系統(tǒng)建模營銷服務中心多能流優(yōu)化調控安全評估與預警多能流穩(wěn)態(tài)計算能源調控需求側管理能源生產(chǎn)輸配電網(wǎng)分布式能源微網(wǎng)光纖接入wifi3G/4G公網(wǎng)電力專網(wǎng)接入主站二級站子站能源消費智慧用能決策支持電動汽車網(wǎng)上營業(yè)廳用電信息系統(tǒng)預測系統(tǒng)峰值分析策略管理運行管理能源調度系統(tǒng)控制安全保護經(jīng)濟運行智能管網(wǎng)多能表計能源結算能效管理系統(tǒng)架構用戶特性分析能源調度控制中心大數(shù)據(jù)及云計算中心能量管68硬件架構硬件架構69資源平臺軟件軟件架構資源平臺軟件軟件架構70綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3公司概括4綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3公司概括471熱力模型圖模庫一體化新能源模型

電力模型新能源設備建模包括了光伏、風機、儲能等新能源模型電能相關設備的建模包括了傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)絡、配電網(wǎng)絡以及新能源發(fā)電模型非電能相關設備的建模包括了熱、冷等能源的生產(chǎn)、消耗、多能轉換等容器關系、拓撲關系、映射關系通過圖模庫一體化方法，自動構建出電力系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)的對象之間的容器關系和拓撲關系，并自動建立圖元對象與數(shù)據(jù)庫對象之間的映射關系。多能建模熱力模型圖模庫新能源 電力模型新能源設備建模電能相關設備的建72主控制區(qū)（HostControlArea）子控制區(qū)(SubControlArea）廠站（Substation）分接頭調節(jié)器（TapChanger）電壓等級（VoltageLevel）間隔（Bay）隔離開關（Disconnector）斷路器（Breaker）接地刀閘（GroundDisconnector）母線段（BusbarSection）同步電機（SynchronousMachine）電能用戶（EnergyConsumer）補償器（Compensator）變壓器（PowerTransformer）變壓器繞組（TransformerWinding）<--省調以上可能沒有建模電網(wǎng)CIM模型主控制區(qū)（HostControlArea）子控制區(qū)(SubC73設備容器設備容器74熱網(wǎng)網(wǎng)絡模型新模型繼承模型描述對象HeatPlantPowerSystemResource熱電廠HeatstationSubstation加熱站RelaypumpPrimeMover中繼泵HeatLineAclinesegment熱網(wǎng)管valveBreaker閥門ConnectivityNodeConnectivityNode連接點Terminalterminal端子thermalLoadEnergyConsumer熱負荷熱網(wǎng)網(wǎng)絡模型新模型繼承模型描述對象HeatPlant75熱網(wǎng)網(wǎng)絡模型容器：

熱電廠HeatPlant、加熱站（或者是減壓站）Heatstation、壓力等級PressureLevel設備：

中繼泵Relaypump、熱負荷thermalLoad、熱網(wǎng)管HeatLine、水泵Waterpump、閥門valve測點類型：壓力、溫度、流量。熱網(wǎng)網(wǎng)絡模型容器：76天然氣網(wǎng)絡模型新模型繼承模型描述對象GastankPowerSystemResource燃氣罐GasstationSubstation燃氣站regulatordevice

調壓裝置GasLineAclinesegment燃氣管valveBreaker閥門ConnectiveNodeConnectiveNode連接點terminalterminal端子天然氣網(wǎng)絡模型新模型繼承模型描述對象GastankP77天然氣網(wǎng)絡模型容器：燃氣站Gasstation設備：調壓箱regulatorbox、調壓裝置regulatordevice、燃氣管GasLine、閥門valve、燃氣儲罐Gastank測點類型：壓力、溫度、流量、儲量。天然氣網(wǎng)絡模型容器：燃氣站Gasstation78水力模型新模型繼承模型描述對象WaterPlantPowerSystemResource水廠WaterstationSubstation加壓站RelaypumpPrimeMover中繼泵WaterTank

水塔WaterLineAclinesegment水網(wǎng)管valveBreaker閥門ConnectiveNodeConnectiveNode連接點Terminalterminal端子水力模型新模型繼承模型描述對象WaterPlantP79綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3典型場景4綜述1綜合能源建模2基礎功能與算法3典型場景480基礎功能81多能建模擴展CIM模型的基礎上，實現(xiàn)圖、模、庫一體化建模，形成多種能源的模型體系多能狀態(tài)估計冷、熱、氣、電等多種能源的網(wǎng)絡的聯(lián)合狀態(tài)估計多能安全預警冷、熱、氣、電等多種能源的網(wǎng)絡的N-1評估多能流優(yōu)化調控多能流優(yōu)化調度控制?；A功能19多能建模擴展CIM電力網(wǎng)絡分析功能電力網(wǎng)絡分析功能82電力系統(tǒng)模型主控制區(qū)（HostControlArea）子控制區(qū)(SubControlArea）廠站（Substation）分接頭調節(jié)器（TapChanger）電壓等級（VoltageLevel）間隔（Bay）隔離開關（Disconnector）斷路器（Breaker）接地刀閘（GroundDisconnector）母線段（BusbarSection）同步電機（SynchronousMachine）電能用戶（EnergyConsumer）補償器（Compensator）變壓器（PowerTransformer）變壓器繞組（TransformerWinding）<--省調以上可能沒有建模電力系統(tǒng)模型主控制區(qū)（HostControlArea）子控制83設備量測屬性設備量測屬性84三繞組變壓器折合標幺值后的模型為：

雙繞組變壓器折合標幺值后的模型為：

線路模型：電力系統(tǒng)數(shù)學模型三繞組變壓器折合標幺值后的模型為：線路模型：電力系統(tǒng)數(shù)學模型85網(wǎng)絡拓樸分析功能:根據(jù)開關和刀閘狀態(tài)，由節(jié)點模型(物理模型)確定電網(wǎng)的電氣連接關系，形成計算母線、電氣島---計算模型。SCADA提供的開關信息和量測數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡分析的數(shù)據(jù)來源,網(wǎng)絡拓撲分析為公用模塊，是狀態(tài)估計、潮流計算等其它應用軟件的基礎.包括兩個基本步驟:1.廠站母線分析:根據(jù)開關的閉合狀態(tài)和元件的退出恢復形成計算母線.功能是分析一廠站的同一電壓等級內的節(jié)點由閉合開關聯(lián)接組成多少個母線,其結果是將廠站劃分為若干個計算母線.2.系統(tǒng)網(wǎng)絡分析:分析整個電網(wǎng)有閉合支路聯(lián)接組成多少個電氣島(Island),每個電氣島是有電氣聯(lián)系的母線的集合,計算以此為單位劃分網(wǎng)絡方程.網(wǎng)絡拓樸分析功能:根據(jù)開關和刀閘狀態(tài)，由節(jié)點模型(物理模型)86STAUNA1UNA2LDALDBLNAB1LNABLDCSTCSTBUNC4LNAB2LNBCXFC123STACBA1CBA2CBA3NDA3NDA2NDA4NDA5CBA4CBA5CBA6NDA6NDA7CBA7CBA8CBA9UNA2UNA1NDA1LDACBB1CBB2CBB4NDB2NDB1NDB3NDB4LDBSTBLNAB2NDA8LNBCSTCNDC5NDC6CBC6NDC8XFCNDC7UNCCBC2NDC1CBC3NDC2NDC4NDC3CBC4CBC5CBC1LNACLNAB1CBB3LDCSTAUNA1UNA2LDALDBLNAB1LNABLDCS87網(wǎng)絡拓樸分析舉例網(wǎng)絡拓樸分析舉例88狀態(tài)估計(StateEstimation)狀態(tài)估計利用采集的信息估算電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，主要功能有:1.給出電網(wǎng)中各母線的電壓和相角，各線路和變壓器的潮流，各母線的負荷和各發(fā)電廠的發(fā)電機出力.2.估計有載調壓變壓器的分接頭位置；3.不良數(shù)據(jù)檢測與辨識:開關錯誤辨識,遙測數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)檢測和辨識;

狀態(tài)估計(StateEstimation)狀態(tài)估計利用采集89總體框架CSGC-3000/OPEN3000/CC-2000A/D-5000IEC-61970模型軟件平臺訪問接口數(shù)據(jù)預校核壞數(shù)據(jù)識別狀態(tài)估計模型校核數(shù)據(jù)質量評估（數(shù)據(jù)整合）總體框架CSGC-3000/OPEN3000/CC-200090功能與算法流程功能與算法流程91狀態(tài)估計模型支路模型量測量

z=量測方程:

h(x)=待求狀態(tài)量狀態(tài)估計模型支路模型量測量z=量測方程:92狀態(tài)估計基礎算法(1)EMS發(fā)展應用的歷史其實就是狀態(tài)估計與潮流計算發(fā)展變得歷史.1970年F.CScheweppe最早提出用最小二乘狀態(tài)估計算法,后來日趨成熟,R.E.Larson等用卡爾漫濾波逐次狀態(tài)估計算法研究.目前主要用的估計方法有:1.基本加權最小二乘法.取網(wǎng)絡數(shù)據(jù)Z

由x計算HTR-1H,HTR-1[z-h]

解方程

X=HTR-1HHTR-1[z-h]l++l=1,x賦初值YN基本加權最小二乘法,占用內存量大,計算時間長,但估計質量最高.狀態(tài)估計基礎算法(1)EMS發(fā)展應用的歷史其實就是狀態(tài)估計與93Za包括Pij,Pi,,Zr包括Qij,Qi,Vi２．快速分解法思路把量測數(shù)據(jù)的有功,無功分開處理,這里為BaP-

的Jacobi矩陣,Br為

P-V的

Jacobi矩陣.狀態(tài)估計算法(2)Za包括Pij,Pi,,Zr包括Qij,Qi,94２．快速分解法計算初始化

KP=KQ=Fl=1

求解自由相量a

解方程求l++讀入量測數(shù)據(jù)YN

求解自由相量b

解方程求

KP=T

KQ=T?YN

KP=F

KQ=T

KP=T?YYNN

KQ=F

Za包括Pij,Pi,,Zr包括Qij,Qi,Vi狀態(tài)估計算法(3)KP,KQ是Ｐ-Ｐ-Ｖ收斂標志２．快速分解法計算初始化KP=KQ=Fl=1求95潮流計算是根據(jù)電網(wǎng)結構及運行條件,求出整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài).潮流方程如下,G為發(fā)電機,D為負荷Gij為母線導納矩陣的電電導,Bij為母線導納矩陣電納,ViVj為線電壓潮流基本模型是一個高維的非線性方程組,潮流計算本質是解一個非線性方程,基本的方法是賦初值,循環(huán)疊代,從數(shù)值計算的角度來看,非線性方程的解不只一個,不是每一個非線性方程組可以用循環(huán)疊代獲得有效解,常用的方法有:牛頓-拉夫遜法,P-Q分解法等調度員潮流(DispatcherPowerFlow)潮流計算是根據(jù)電網(wǎng)結構及運行條件,求出整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài).潮96電壓初始化

計算

計算修正量修正V計算Jacobi矩陣YN牛頓-拉夫遜是求解非線性方程的有效方法,是潮流計算最重要最基本的算法,是其他派生算法的基礎.牛頓-拉夫遜潮流算法電壓初始化計算計算修正量計97基本假設:形成矩陣B’,B’’并分解因子

計算

計算修正量修正NY電壓初始化

計算

計算修正量修正NYP-Q分解法收斂速度快,占用內存小,是目前電力系統(tǒng)計算普遍使用的一種算法,潮流計算P-Q分解法(快速分解法)基本假設:形成矩陣B’,B’’并分解因子計算98

預想事故分析（ContingencyAnalysis，CA）對由于支路開斷，而使系統(tǒng)產(chǎn)生電氣設備（變壓器/線路）過負荷、母線電壓異常等不安全狀態(tài)，需要事先進行安全分析，即：針對預先設定的電力系統(tǒng)的故障（線路、變壓器、發(fā)電機）及其組合，確定他們對電力系統(tǒng)安全運行產(chǎn)生的影響，以便當事故發(fā)生時，及時有效地采取校正措施。實時態(tài)下，安全分析利用狀態(tài)估計的結果作為其計算的基本網(wǎng)絡模型。研究態(tài)下，安全分析利用以前保存的潮流計算實例作為其計算的基本網(wǎng)絡模型。預想事故分析(CA) 預想事故分析（ContingencyAnalysis99功能：１．按調度員的需要方便地設定預想故障２．安全評定，并按照對電力系統(tǒng)安全影響的危害程度，對支路排序．３．分析嚴重故障后的系統(tǒng)狀態(tài)．

預想事故分析功能及算法算法：１．補償法，根據(jù)疊加原理，把預想事故網(wǎng)絡等值為兩個網(wǎng)絡，計算潮流．２．直流潮流法，用代替．常用的有Ｎ－１校驗，全部Ｎ條線路任意開斷１條后，運行狀態(tài)校驗．３．靈敏度法，把開斷看做正常運行的擾動，計算系統(tǒng)變化．功能：預想事故分析功能及算法算法：100基于最優(yōu)潮流的優(yōu)化調度求出在滿足：最小運行費、最小網(wǎng)損、消除越限的最小控制量、控制變量和狀態(tài)變量的值發(fā)電機有功出力、移相器相角、凈功率交換、有功負荷（切負荷）發(fā)電機電壓（發(fā)電機無功出力）、變壓器變比、并聯(lián)電容器和電抗器、無功負荷基于最優(yōu)潮流的優(yōu)化調度求出在滿足：最小運行費、最小網(wǎng)損、消除101時間分級的有功調度控制實時控制日前計劃滾動計劃實時調度24h4h15m10s時間分級模型預測控制(H-MPC)滾動預測：逐級消除預測偏差；通過動態(tài)優(yōu)化：超前調整慢速機組，留出快速機組下調裕度，提高下旋備時間分級的有功調度控制實時控制日前計劃滾動計劃實時調度24h102電力系統(tǒng)分析與熱力計算基爾霍夫電流定律

（KCL）

基爾霍夫電壓定律

（KVL）熱力管網(wǎng)流量

q壓力

p熱量

Q電力網(wǎng)絡電流I電壓Ｖ有功P基爾霍夫流量壓降定律電力系統(tǒng)分析與熱力計算基爾霍夫電流定律

（KCL）

基爾霍夫103基爾霍夫電流定律（KCL）集總電路中，在任意時刻，對任何一個結點，所有流出該結點的支路電流的代數(shù)和為零。基爾霍夫電流定律（KCL）集總電路中，在任意時刻，對任何一