CN113887052A - 综合能源***及其仿真计算方法、装置和计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种综合能源***及其仿真计算方法、装置和计算机可读存储介质,涉及能源***技术领域。综合能源***仿真计算方法包括:进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数;在电磁暂态计算前进到冷热气的仿真步长ΔT2的情况下,更新耦合元件的电气工况参数,唤醒冷热气稳态能量流计算,计算出冷热气***参数,在此期间,电力子***的电磁暂态计算的程序等待;将冷热气***参数写入耦合元件,并更新耦合元件的电气工况参数,传递给电磁暂态计算的程序。该方法基于解耦思想,将综合能源***分解成为多个不同的能源子***,避免将整个***联立求解,仿真效率和稳定性更好。
Description
技术领域
本发明涉及能源***技术领域,具体而言,涉及一种综合能源***及其仿真计算方法、装置和计算机可读存储介质。
背景技术
对于研究含不确定性强的可再生能源的综合能源***来说,在运行过程中容易受到不确定的扰动,可能对***造成破坏,因此,电力子***的暂态仿真计算对于***运行分析很有必要。一般而言,综合能源***的冷、热、气子***经历暂态过程后会达到新的稳态运行状态或恢复到原来的状态,不容易在短时间内对***造成不可逆破坏,因此,冷、热、气子***采用稳态仿真计算进行分析即可。但是,如何设计解耦计算框架,同时能够协调电力子***暂态仿真计算与冷、热、气子***的稳态仿真计算;电力子***与冷、热、气***的仿真时步不同,如何选择仿真时间步长,减少仿真等待时间,减速仿真;如何设计电力子***与冷、热、气***的数据交互方式与通信架构,这些问题亟待解决。
现有软件方法中,针对综合能源***难以实现暂态仿真。针对综合能源***的稳态仿真计算,无法快速准确地进行稳态能量流多时间断面计算,其计算速度慢,效率低,难以满足快速分析***的需求。
发明内容
本发明的目的包括提供一种综合能源***及其仿真计算方法、装置和计算机可读存储介质,其基于解耦思想,将综合能源***分解成为多个不同的能源子***,避免将整个***联立求解,仿真效率和稳定性更好。
本发明的实施例可以这样实现:
第一方面,本发明提供一种综合能源***仿真计算方法,综合能源***仿真计算方法包括:
进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数;
在电磁暂态计算前进到冷热气的仿真步长ΔT2的情况下,更新耦合元件的电气工况参数,唤醒冷热气稳态能量流计算,计算出冷热气***参数,在此期间,电力子***的电磁暂态计算的程序等待;
将冷热气***参数写入耦合元件,并更新耦合元件的电气工况参数,传递给电磁暂态计算的程序。
在可选的实施方式中,进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数的步骤包括:
仿真时刻每次前进一个暂态仿真步长ΔT1,则将计算出的电气工况参数写入耦合元件中。
在可选的实施方式中,暂态仿真步长ΔT1的取值范围为:100ns~10ms。
在可选的实施方式中,冷热气的仿真步长ΔT2的取值范围为:10min~60min。
在可选的实施方式中,电力子***的电气工况参数包括电气控制参数和电气状态参数。
在可选的实施方式中,冷热气***参数包括功率P和热量Q,电气状态参数包括电压U和电流I。
在可选的实施方式中,将冷热气***参数写入耦合元件,并更新耦合元件的电气工况参数,传递给电磁暂态计算的程序的步骤之后,综合能源***仿真计算方法还包括:
电磁暂态计算前进一个暂态仿真步长ΔT1,进行下一次计算;
当达到仿真结束时间时,结束计算。
第二方面,本发明提供一种综合能源***仿真计算装置,综合能源***仿真计算装置包括:
电磁暂态计算模块,用于进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数;
耦合计算模块,用于在电磁暂态计算前进到冷热气的仿真步长ΔT2的情况下,更新耦合元件的电气工况参数,唤醒冷热气稳态能量流计算;
冷热气***计算模块,计算出冷热气***参数;
耦合更新模块,用于将冷热气***参数写入耦合元件,并更新耦合元件的电气工况参数,传递给电磁暂态计算的程序;
其中,在耦合计算模块和冷热气***计算模块的计算过程中,电磁暂态计算模块对电力子***的电磁暂态计算的程序等待。
第三方面,本发明提供一种综合能源***,综合能源***包括前述实施方式的综合能源***仿真计算装置。
第四方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机可读存储介质被处理器执行时实现如前述实施方式任一项的综合能源***仿真计算方法。
本发明实施例提供的综合能源***及其仿真计算方法、装置和计算机可读存储介质的有益效果包括:
1.将综合能源***拆分成子***后,单次计算的矩阵规模减小,效率提升;
2.电力子***采用电磁暂态仿真,仿真精度高,计算快,适合当前含新能源的电力子***分析,热力***采用稳态能量流计算,兼顾效率与计算稳定性;
3.电磁暂态仿真时步为毫秒级,而冷热气***的仿真时步为分钟级,采用异步协同仿真,减少了等待时间,加快仿真速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的综合能源***的组成框图;
图2为本发明实施例提供的综合能源***仿真计算方法的策略示意图;
图3为本发明实施例提供的综合能源***仿真计算方法的流程框图;
图4为本发明实施例提供的综合能源***仿真计算方法的应用实例流程图;
图5为本发明实施例提供的综合能源***仿真计算装置的组成框图。
图标:10-综合能源***仿真计算装置;11-电磁暂态计算模块;12-耦合计算模块;13-冷热气***计算模块;14-耦合更新模块;20-综合能源***;21-电力子***;22-热力子***;23-冷子***。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参阅图1,本实施例提供一种综合能源***20,综合能源***20包括电力子***21、热力子***22、冷子***23以及综合能源***仿真计算装置10。其中,冷热气***主要由电力子***21与热力子***22组成,电力子***21、热力子***22和冷子***23依次首尾连接构成循环回路,而且,电力子***21、热力子***22和冷子***23均与综合能源***仿真计算装置10连接。综合能源***仿真计算装置10用于对各个子***进行仿真计算。
在综合考虑计算效率、精度与稳定性后,拟采用解耦方法将各个能源子***分解,其中,电力子***21采用暂态分析计算,冷、热、气子***采用稳态仿真计算。由于电力子***21电磁暂态十分迅速,仿真时步为毫秒级,而冷热气***的暂态过程比较缓慢,其仿真时步为分钟级,为减少等待时间,加快仿真速度,拟采用异步协同仿真。设计主从式的通信架构,以电磁暂态作为联合仿真的主程序,控制联合仿真的时间及启停,冷热气稳态能量流计算作为从属程序,响应来自电磁暂态的控制。
本实施例还提供一种综合能源***仿真计算方法,其策略如图2所示,电磁暂态计算与冷热气稳态能量流计算协同仿真在耦合元件处完成数据交换。在冷热气***的仿真时步ΔT2内,认为在冷热气***参数不变,当到达冷热气***的下一个时步t+ΔT2时,则执行S02:唤醒冷热气稳态能量流计算的程序,并更新功率P和热量Q,这里的功率P和热量Q为耦合元件的冷热气***参数,当冷热气稳态能量流计算完成后,将计算结果功率P和热量Q等参数反馈给耦合元件,并执行S01:更新电压U和电流I等参数,再传递给电磁暂态计算的程序,从而达到加快仿真速度的目的。
请参阅图3,本实施例提供的综合能源***仿真计算方法包括以下步骤:
S11:初始化耦合元件处电气工况参数。
其中,电力子***的电气工况参数包括电气控制参数和电气状态参数,电气状态参数包括电压U和电流I。
S12:进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数。
具体的,仿真时刻每次前进一个暂态仿真步长ΔT1,则将计算出的电气工况参数写入耦合元件中。暂态仿真步长ΔT1的取值范围一般为:100ns~10ms,具体可以为1ms。
S13:判断是否达到仿真结束时间。
在还未达到仿真结束时间的情况下,则返回执行S12,也就是说,电磁暂态计算前进一个暂态仿真步长ΔT1,进行下一次计算。
在达到仿真结束时间的情况下,则电磁暂态计算结束,前进到冷热气的仿真步长ΔT2的情况,执行S14:更新耦合元件的电气工况参数。
其中,冷热气的仿真步长ΔT2的取值范围一般为:10min~60min,具体可以为10min。
在S14完成之后,同时执行S11以及S15:唤醒冷热气稳态能量流计算,更新耦合元件的冷热气***参数。其中,冷热气***参数包括功率P和热量Q。
在S15中,如果已经存在之前冷热气稳态能量流计算出的冷热气***参数,则依旧按照更新后的耦合元件的电气工况参数,对耦合元件的冷热气***参数进行更新。
S16:初始化耦合元件处冷热气***参数。
S17:利用冷热气稳态能量流计算,得出冷热气***参数。在此期间,电力子***的电磁暂态计算的程序等待。
S18:将冷热气***参数写入耦合元件。
在S18完成之后,触发执行S14以及返回S16。也就是说,在S18中写入耦合元件的冷热气***参数将用于更新耦合元件中的电气工况参数,并传递给电磁暂态计算的程序。
请参阅图4,本实施例提供一个综合能源***仿真计算方法应用的实例,假设在初始0时刻,其暂态仿真步长ΔT1为1ms;对于冷热气***,则采用冷热气稳态能量流计算,其仿真步长ΔT2为10min,主程序为电磁暂态仿真计算的程序,并设定唤醒条件,激活冷热气稳态能量流计算的程序,具体流程如下:
S21:进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数。
其中,电力子***的电气工况参数包括电气控制参数和电气状态参数,电气状态参数包括电压U和电流I。
S22:在电磁暂态计算达到仿真步长ΔT2的情况下,更新耦合元件的功率P、热量Q等参数,唤醒冷热气稳态能量流计算的程序,计算冷热气***参数,在此期间,电磁暂态计算的程序等待。
S23:冷热气稳态能量流计算完成,将功率P、热量Q等参数写入耦合元件,并更新耦合元件的电气状态参数,包括电压U和电流I,传递给电磁暂态计算的程序。
S24:电磁暂态计算前进一个暂态仿真步长ΔT1,进行下一次计算。
S25:当达到仿真结束时间时,结束计算。
请参阅图5,本实施例还提供一种综合能源***仿真计算装置10,综合能源***仿真计算装置10包括:
电磁暂态计算模块11,用于进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数;
耦合计算模块12,用于在电磁暂态计算前进到冷热气的仿真步长ΔT2的情况下,更新耦合元件的电气工况参数,唤醒冷热气稳态能量流计算;
冷热气***计算模块13,计算出冷热气***参数;
耦合更新模块14,用于将冷热气***参数写入耦合元件,并更新耦合元件的电气工况参数,传递给电磁暂态计算的程序;
其中,在耦合计算模块12和冷热气***计算模块13的计算过程中,电磁暂态计算模块11对电力子***的电磁暂态计算的程序等待。
具体的,本实施例提供的综合能源***仿真计算装置10主要用于执行上述综合能源***仿真计算方法,其各个模块的功能可参照上述实施例。
另外,在本实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分,也可以是各个模块单独存在,也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机可读存储介质被处理器执行时实现上述综合能源***仿真计算方法。
计算机可读存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例提供的综合能源***及其仿真计算方法、装置和计算机可读存储介质的有益效果包括:
1.将综合能源***拆分成子***后,单次计算的矩阵规模减小,效率提升;
2.电力子***采用电磁暂态仿真,仿真精度高,计算快,适合当前含新能源的电力子***分析,热力***采用稳态能量流计算,兼顾效率与计算稳定性;
3.电磁暂态仿真时步为毫秒级,而冷热气***的仿真时步为分钟级,采用异步协同仿真,减少了等待时间,加快仿真速度。
以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种综合能源***仿真计算方法,其特征在于,所述综合能源***仿真计算方法包括:
进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数;
在所述电磁暂态计算前进到冷热气的仿真步长ΔT2的情况下,更新耦合元件的电气工况参数,唤醒冷热气稳态能量流计算,计算出冷热气***参数,在此期间,所述电力子***的所述电磁暂态计算的程序等待;
将所述冷热气***参数写入所述耦合元件,并更新所述耦合元件的所述电气工况参数,传递给所述电磁暂态计算的程序。
2.根据权利要求1所述的综合能源***仿真计算方法,其特征在于,所述进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数的步骤包括:
仿真时刻每次前进一个暂态仿真步长ΔT1,则将计算出的所述电气工况参数写入所述耦合元件中。
3.根据权利要求2所述的综合能源***仿真计算方法,其特征在于,所述暂态仿真步长ΔT1的取值范围为:100ns~10ms。
4.根据权利要求1所述的综合能源***仿真计算方法,其特征在于,冷热气的所述仿真步长ΔT2的取值范围为:10min~60min。
5.根据权利要求1所述的综合能源***仿真计算方法,其特征在于,所述电力子***的所述电气工况参数包括电气控制参数和电气状态参数。
6.根据权利要求5所述的综合能源***仿真计算方法,其特征在于,所述冷热气***参数包括功率P和热量Q,所述电气状态参数包括电压U和电流I。
7.根据权利要求1所述的综合能源***仿真计算方法,其特征在于,所述将所述冷热气***参数写入所述耦合元件,并更新所述耦合元件的所述电气工况参数,传递给所述电磁暂态计算的程序的步骤之后,所述综合能源***仿真计算方法还包括:
所述电磁暂态计算前进一个暂态仿真步长ΔT1,进行下一次计算;
当达到仿真结束时间时,结束计算。
8.一种综合能源***仿真计算装置(10),其特征在于,所述综合能源***仿真计算装置包括:
电磁暂态计算模块(11),用于进行电力子***的电磁暂态计算,计算出电气工况参数;
耦合计算模块(12),用于在所述电磁暂态计算前进到冷热气的仿真步长ΔT2的情况下,更新耦合元件的电气工况参数,唤醒冷热气稳态能量流计算;
冷热气***计算模块(13),计算出冷热气***参数;
耦合更新模块(14),用于将所述冷热气***参数写入所述耦合元件,并更新所述耦合元件的电气工况参数,传递给所述电磁暂态计算的程序;
其中,在所述耦合计算模块(12)和冷热气***计算模块(13)的计算过程中,所述电磁暂态计算模块(11)对所述电力子***的所述电磁暂态计算的程序等待。
9.一种综合能源***,其特征在于,所述综合能源***包括权利要求8所述的综合能源***仿真计算装置。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机可读存储介质被处理器执行时实现如权利要求1~7任一项所述的综合能源***仿真计算方法。
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