一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法
专利汇可以提供一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法，包括步骤：1)获取热电耦合网络的量测数据；2)用 节点 法建立热网拟动态模型，使用热网量测数据计算热网拟动态模型系数；3)基于量测数据与拟动态模型系数构造热电耦合网络的状态估计目标函数；4)构造目标函数的增广拉格朗日函数，通过交替方向乘子法将增广拉格朗日函数进行分布式求解，并使用异步计算 框架 对各子问题的求解时长进行控制，最终求解得到热电联合网络的运行状态数据；5)输出热电耦合网络的运行状态。本发明将热电耦合网络的状态估计问题分解并将各子问题进行独立求解，保证解的可行性以及子系统的相互独立；用异步计算框架调节子问题计算时间，改善计算效率。，下面是一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法专利的具体信息内容。
1.一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法，其特征在于，所述的异步分布式状态估计方法包括以下步骤：
S1、获取热电耦合网络的量测数据；
S2、用节点法建立热网拟动态模型，使用热网量测数据计算热网拟动态模型中的流速相关系数以及温度时滞系数；
S3、基于量测数据与热网拟动态模型系数构造热电耦合网络的状态估计目标函数；
S4、基于热电耦合网络模型，构造热电耦合网络的状态估计目标函数的增广拉格朗日函数，通过交替方向乘子法将增广拉格朗日函数分解为对应热电耦合网络各子系统的子问题进行求解，并使用异步计算框架对各子问题的求解时长进行控制，最终求解得到热电耦合网络的运行状态数据；
S5、输出热电耦合网络的运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法，其特征在于，所述的热电耦合网络的量测数据包括当前时刻电网的节点有功注入功率、节点无功注入功率、线路传输有功潮流、线路传输无功潮流及节点电压幅值，以及热网的节点压强、管道流速、节点温度、热源/热负荷的供应/消耗热功率、水泵耗电量；所述的热电耦合网络的量测数据还包括历史时刻的节点温度和管道流速数据。
3.根据权利要求1所述的一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法，其特征在于，所述的步骤S2中，用节点法建立热网拟动态模型，使用热网量测数据计算热网拟动态模型中的流速相关系数与温度时滞系数，从而建立当前时刻温度与历史时刻的温度、流量之间的关系，并在管道热量损耗方面对温度进行校正，包括以下步骤：
S2.1)计算拟动态模型中的流速相关系数：
式中，Rb,t、Sb,t、γb,t和φb,t为流速相关系数，b为管道编号，t和k分别为当前时刻与历史时刻的编号，Δt为每个时刻的时间长度，mP为管道内热水流速，上标P表示管道，ρ为水的密度，A为管道横截面积，L为管道长度；
S2.2)根据流速相关系数计算当前时刻管道b中不同段的温度时滞系数 上标TD表示时滞：
S2.3)基于热网拟动态模型的系数，将当前时刻的未考虑温度损耗的管道流出端温度与多个时刻的管道流入端温度的关系用下式表示：
式中， 为当前时刻的管道b未考虑温度损耗的管道流出端温度，上标out表示流出端，上标*表示不考虑热损耗， 表示时刻管道的流入端温度，上标in表示流入端；
S2.4)基于未考虑温度损耗的管道流出端温度以及热网拟动态模型系数，计算考虑温度损耗的管道流出端温度
式中，TA为外界温度，ch为管道热传导系数，Cp为水的比热容。
4.根据权利要求3所述的一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法，其特征在于，所述的步骤S3中，基于量测数据与热网拟动态模型系数，构造热电耦合网络的状态估计目标函数：
式中，i和j分别为热网、电网子系统的编号，SDHN和SEPS分别为热网、电网子系统的编号集，项 为第i个热网子系统的量测残差加权和，项 为第j个电
网子系统的量测残差加权和，以上两项分别表示为：
式中，ps、Ppump、m、Φ、T分别代表热网中的节点压强、水泵耗电量、管道流速、热源/热负荷的供应/消耗热功率以及节点温度变量， 分别代表节点压强、水
泵耗电量、管道流速、热源/热负荷的供应/消耗热功率以及节点温度的量测值，分别代表由量测方程得到的节点压强、水泵耗电量、管道流速、
热源/热负荷的供应/消耗热功率以及节点温度计算值，Wips、Wipump、Wim、WiΦ、WiT分别代表节点压强、水泵耗电量、管道流速、热源/热负荷的供应/消耗热功率以及节点温度对应的权重值， 分别代表节点压强、水泵耗电量、管道流速、热源/热
负荷的供应/消耗热功率以及节点温度量测项的编号集，i为量测项的编号；
式中，V、θ、Pinj、Qinj、Pflow、Qflow分别代表节点电压幅值、节点电压相角、节点有功注入功率、节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流变量，
分别代表节点电压幅值、节点有功注入功率、节点无功注入
功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流的量测值， 分别
代表由量测方程得到的节点电压幅值、节点有功注入功率、节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流计算值，WiV、 分别代表节点电压幅
值、节点有功注入功率、节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流对应的权重值， 分别代表节点电压幅值、节点有功注入功率、
节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流量测项的编号集；
在式(9)中，除了满足管道拟动态特性约束式(1)-式(6)和温度损耗式(7)外，热网各变量需满足节点水流流入流出量平衡约束、温度混合约束、压强-流量约束、节点供热/耗热量约束、以及水泵耗能约束，公式分别如下：
式中， 和 分别为节点处对应流入、流出管道的编号集合， 和 分别表示
管道流入端、流出端的压强，Kf为压强损耗系数， 为节点温度， 和 分别为热电联产机组供热量和节点热负荷， 和 分别为流经热电联产机组、负荷的热水流速,iS和iLD分别为热电联产机组、负荷节点的编号，Cp为比热容系数， 和
分别表示热电联产机组与负荷处流入端、流出端水流温度， 为流经水泵的水流速率， 和 分别为水泵流入端、流出端压强， 为水泵的耗电量，iP为水泵的
编号，ρ为水的密度， 为水泵效率系数，cm为热电联产机组热-电转换比例， 为热电联产机组发电量；
在式(10)中，电网各变量需满足节点功率平衡约束以及线路传输功率约束：
Pij,t＝Vi2gij-ViVj(gijcosθij+bijsinθij) (20)
Qij,t＝-Vi2(bsi+bij)-ViVj(gijsinθij+bijcosθij) (21)
式中，i和j均为电网中节点的编号，t为所在时刻编号，Pi,t和Qi,t分别为节点有功、无功注入功率，Pij,t和Qij,t分别为线路有功、无功传输功率，Vi和θij为节点电压相量和两节点之间电压相角差，Gij和Bij分别表示导纳矩阵中电导、电纳元素，gij和bij分别表示支路电导和电纳，bsi表示对地电纳；
热网、电网的耦合约束由水泵耗电公式(16)、热电联产机组产电量-供热量关系式(17)组成。
5.根据权利要求4所述的一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法，其特征在于，所述的步骤S4包括：
S4.1)基于热电耦合网络模型中的热电耦合关系，构造目标函数的增广拉格朗日函数：
式中， 为热网子系统变量， 为电网子系统变量，λ为拉格朗日乘子，β为增广拉格朗日函数的惩罚因子，z为辅助变量，项 代表热网子系统内部约束以及与
电网子系统之间的耦合约束，即式(1)-(8)和式(11)-(17)，项 代表电网子
系统内部约束以及与热网子系统之间的耦合约束，即式(17)-(21)；
S4.2)对应热电耦合网络中的每一个子系统，将增广拉格朗日函数划分为各个子问题，热网、电网子问题对应的目标函数分别如下：
S4.3)对热网、电网子问题分别进行求解，使用异步计算框架对热网子问题的求解时长进行控制。
6.根据权利要求5所述的一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法，其特征在于，所述的步骤S4.3)对热网、电网子问题分别进行求解，使用异步计算框架对热网子问题的求解时长进行控制具体包括：
S4.3.1)电网子问题直接求解，
热网子问题在求解过程中，将热网变量分为两类进行计算，第一类为拟动态模型涉及的系数Rb,t、Sb,t、γb,t、φb,t和 称为复杂变量，第二类为热网其余变量，称为普通变量，在已知时滞系数的基础上，首先对热网子问题进行求解，并用所得的普通变量解更新拟动态模型系数，即复杂变量；之后，使用更新后的拟动态模型系数构造新的热网子问题目标函数并再一次进行求解，更新拟动态模型系数；复杂变量、普通变量的交替计算将一直进行，直至前后两次解的差值低于某一特定值，视为热网子问题求解完成；
S4.3.2)若电网、热网子问题同时求解完成，则视为该轮迭代完成，通过子问题边界变量计算辅助变量与拉格朗日乘子，并进入下一轮迭代；
若热网子问题的求解早于电网子问题完成，则热网部分暂时不进行计算，待电网子问题完成求解后，更新辅助变量与拉格朗日乘子，并进入下一轮迭代；
若电网子问题的求解早于热网子问题完成，则热网在完成当前时刻的热网普通变量计算后停止计算，直接将边界节点数据与电网交换，更新辅助变量与拉格朗日乘子，进入下一轮迭代；
S4.3.3)当系统变量满足以下要求时，迭代满足收敛条件：
res
‖rk‖＜∈ (25)
‖sk‖＜∈dual (26)
式中，k为迭代次数，‖rk‖和‖sk‖分别代表本次迭代计算的原始残差、对偶残差，∈res和∈dual为分别对应原始残差、对偶残差的收敛标准，原始残差、对偶残差的计算方法如下：
7.根据权利要求1所述的一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法，其特征在于，所述的步骤S5中，输出热电耦合网络的运行状态数据包括：电网节点电压的相角与幅值、节点有功注入功率、节点无功注入功率、线路传输有功潮流、线路传输无功潮流；热网节点压强、管道流速、节点温度、热源/热负荷的供应/消耗热功率、水泵耗电量。
一种应用于热电耦合网络的异步分布式状态估计方法
技术领域
背景技术
发明内容
热源/热负荷的供应/消耗热功率以及节点温度计算值，Wips、Wipump、Wim、WiΦ、WiT分别代表节点压强、水泵耗电量、管道流速、热源/热负荷的供应/消耗热功率以及节点温度对应的权重值， 分别代表节点压强、水泵耗电量、管道流速、热源/热
负荷的供应/消耗热功率以及节点温度量测项的编号集，i为量测项的编号。
功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流的量测值， 分别
代表由量测方程得到的节点电压幅值、节点有功注入功率、节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流计算值，WiV、 分别代表节点电压幅
值、节点有功注入功率、节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流对应的权重值， 分别代表节点电压幅值、节点有功注入功率、
节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流量测项的编号集。
和 分别表示热电联产机组与负荷处流入端、流出端水流温度， 为流经水泵的水
流速率， 和 分别为水泵流入端、流出端压强， 为水泵的耗电量，iP为水泵
的编号，ρ为水的密度， 为水泵效率系数，cm为热电联产机组热-电转换比例， 为热电联产机组发电量；
子系统内部约束以及与热网子系统之间的耦合约束(式(17)-(21))。
具体实施方式
热源/热负荷的供应/消耗热功率以及节点温度计算值，Wips、Wipump、Wim、WiΦ、WiT分别代表节点压强、水泵耗电量、管道流速、热源/热负荷的供应/消耗热功率以及节点温度对应的权重值， 分别代表节点压强、水泵耗电量、管道流速、热源/热
负荷的供应/消耗热功率以及节点温度量测项的编号集，i为量测项的编号。
功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流的量测值， 分别
代表由量测方程得到的节点电压幅值、节点有功注入功率、节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流计算值，WiV、 分别代表节点电压幅
值、节点有功注入功率、节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流对应的权重值， 分别代表节点电压幅值、节点有功注入功率、
节点无功注入功率、线路有功传输潮流、线路无功传输潮流量测项的编号集。
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