技术领域
[0001] 本
发明涉及能源调度技术领域，尤其涉及一种含广义预测控制的综合能源系统调度方法及系统。
背景技术
[0002] 随着经济社会的不断发展，我国城镇化
进程不断加快，当前，我国城市能源面临着能源资源供应紧张、综合利用效率偏低等问题，园区作为城市经济结构调整和跨越式发展的重要平台，其能源系统经济、可靠、高效运行具有重要意义。
[0003] 现有综合能源系统优化调度模型在使用时存在一定的弊端，首先，当前研究普遍未能充分利用能源品种间的差异性，如气、热、电内在固有特性的差异性，在供能设备建设时容易出现较多冗余，进而导致了部分设备利用率偏低，影响系统供能经济性，并且，在供能不足等极端情况下，不能充分利用不同能源品种间用能可靠性需求的差异性，影响系统整体供能可靠性。
[0004] 目前亟需要一种能源调度方法，用以解决
现有技术中的能源调度方法的调度灵活性较差、精确度较差的问题。
发明内容
[0005] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种含广义预测控制的综合能源系统调度方法及系统，完成对综合能源系统调度
信号的快速响应，使得电、气、热的准确转化，实现综合能源系统的精准控制。
[0006] 本发明提出的一种含广义预测控制的综合能源系统调度方法，包括：
[0007] 对综合能源系统内
能量转换设备和储能设备分别进行建模，得到能量转换设备的能源供给模型和储能设备的能源供给模型；
[0008] 根据广义预测控制构建能量转换设备
控制器；
[0009] 确定目标函数，根据目标函数求解能量转换设备的能源供给模型和储能设备的能源供给模型，得到能量转换设备的预测输出值和储能设备的容量；
[0010] 设置调度时长，根据设备约束条件和储能设备的容量，通过能量转换设备控制器修正控制能量转换设备的能源供给模型的预测输出值，以实现对能源的调度。
[0011] 进一步地，所述能量转换设备包括
燃气轮机和电热
锅炉，包括：
[0012] 构建燃气轮机的能源供给模型和电热锅炉的能源供给模型；
[0013] 根据广义预测控制构建燃气轮机控制器和电热锅炉控制器；
[0014] 确定目标函数，根据目标函数分别求解燃气轮机的能源供给模型、电热锅炉的能源供给模型和储能设备的能源供给模型，得到能源供给模型的预测输出值、电热锅炉的预测输出值和储能设备的容量；
[0015] 设置调度时长，根据设备约束条件和储能设备的容量，通过燃气轮机控制器和电热锅炉控制器分别控制燃气轮机的能源供给模型和电热锅炉的能源供给模型的输出，以实现对能源的调度。
[0016] 进一步地，通过以下公式确定目标函数S：
[0017] minS＝minF(L)+minprice；
[0018] minF(L)＝F(LE)+F(LH)+F(LG)；
[0019] 其中，minF(L)为综合能源系统的能源短缺函数的最小值，minprice为综合能源系统的日运行成本函数的最小值。
[0020] 进一步地，所述综合能源系统的日运行成本函数的计算公式如下：
[0021] minprice＝min(prifuel+prigrid+primaintain)；
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 其中，prifuel为
燃料成本函数，prigrid为
电网交互的功率成本函数，primaintain为系统运行维护成本函数，fCHPi为燃气轮机耗量特性曲线函数， 是逐时气价， 是逐时气价， 是外电网向综合能源系统提供的实时电功率，pmdis为分布式发电设备单位功率运行维护成本，pmCHPi为燃气轮机的单位功率运行维护成本；pEBi为电热锅炉的单位功率运行维护成本；pmstor指储能设备的单位功率运行维护成本， 为时刻t时
蓄电池的充电功率， 指第i台燃气轮机在时刻t的实时发电功率， 为时刻t时电热锅炉的耗电功率， 为三类储能设备的充能功率， 为三类储能设备的放能功率，nCHP为燃气轮机的台数，ndis为
蓄电池的台数，nEB为电热锅炉的台数。
[0027] 进一步地，所述设备约束条件包括能量转换设备约束条件和储能设备约束条件，所述能量转换设备约束条件包括燃气轮机约束条件和电热锅炉约束条件，所述储能设备约束条件包括蓄电池约束条件、储气设备约束条件和储热设备约束条件；
[0028] 所述燃气轮机约束条件如下：
[0029] Pimin≤Pit≤Pimax，i∈nCHP；
[0030] 所述电热锅炉约束条件如下：
[0031]
[0032] 所述蓄电池约束条件如下：
[0033]
[0034]
[0035] 所述储气设备约束条件如下：
[0036]
[0037]
[0038] 所述储热设备约束条件如下：
[0039]
[0040]
[0041] 其中， 是第i台燃气轮机在时刻t的实时发电功率，Pimin为第i台燃气轮机的发电功率的最小值，Pimax是第i台燃气轮机的发电功率的最大值， 是电热锅炉的耗电功率，为电热锅炉耗电功率的最小值， 是电热锅炉耗电功率的最大值，Pch为蓄电池的充电功率，Pdis为蓄电池的放电功率，Pchmin为蓄电池充电功率的最小值、Pchmax为蓄电池充电功率的最大值，Pdismin为蓄电池放电功率的最小值，Pdismax为蓄电池放电功率的最大值，为时刻t时蓄电池储能大小， 是蓄电池储能的最小值， 是蓄电池储能的最大值，为储气罐的充气量， 为储气罐的放气量， 为储气罐充气量的最小值，为储气罐充气量的最大值， 为储气罐放气量的最小值， 是储气罐放气量的最大
值， 为储气罐的储气量， 为储气罐储气量的最小值和 为储气罐储气量的最大
值， 为储热罐的充热量， 为储热罐的放热量， 储热罐充热量的最小值，
储热罐充热量的最大值， 为储热罐放热量的最小值， 为储热罐放热量的最大
值， 为时刻t时储热罐的储热量， 为储热罐储热量的最小值， 为储热罐储热量
的最大值，nCHP为燃气轮机的台数。
[0042] 进一步地，在所述根据广义预测控制构建能量转换设备控制器中，包括：
[0043] 采用最小方差控制方法构建燃气轮机和电热锅炉的输出
预测模型；
[0044] 采用滚动优化对所述输出预测模型进行修正，得到优化后的预测值；
[0045] 判断优化后的预测值是否在所述设备约束条件中；
[0046] 若是，则通过所述优化后的预测值分别调度燃气轮机的能源供给模型和电热锅炉的能源供给模型的预测输出；
[0047] 若否，则通过所述设备约束条件的临界值分别调度燃气轮机的能源供给模型和电热锅炉的能源供给模型的预测输出。
[0048] 进一步地，所述储能设备包括蓄电池、储气罐、储热罐，所述燃气轮机包括转速控
制模块、
温度控制模块、燃料供给模块和
压缩机-
涡轮模块；
[0049] (1)所述蓄电池通过以下公式进行建模：
[0050]
[0051] 其中，Soc(t)为蓄电池在t时刻的剩余电量，Soc(t0)为蓄电池在t0时刻的剩余电量；δ为蓄电池的自放电率，单位为％/h；Δt为t0到t的时间跨度；Pch为蓄电池的充电功率，Pdis为蓄电池的放电功率；ηch为蓄电池的充电效率，ηdis为蓄电池的放电效率。
[0052] (3)所述储气罐通过以下公式进行建模：
[0053]
[0054] 其中，VGS为储气罐的有效储气体积；VC为储气罐的几何体积；phigh为最高工况下的绝对压
力，plow为最低工况下的绝对压力；p0表示工程标准压力；
[0055] (4)所述储热罐通过以下公式进行建模：
[0056]
[0057] 其中，QHS(t)表示t时刻储热罐的储热量；μLoss表示储热罐
散热损失率；QHS(t0)表示初始t0时刻储热罐的储热量，Δt为t0到t的时间跨度， 表示t0至t时刻之间储热罐的充热量； 表示储热罐的充热效率； 表示t0至t时刻间储热罐的放热量； 表示储热罐的放热效率；
[0058] (4)所述转速控制模块通过以下步骤进行建模：
[0059] 输入参考转速Wref和燃气轮机发电系统实际
转子转速ω；
[0060] 采用超前-滞后传递函数对Wref和ω进行控制，通过最小值选择器输出；
[0061] (5)所述
温度控制模块通过以下步骤进行建模：
[0062] 获取排气温度Tx，将Tx与额定的排气温度Tref进行比较，
[0063] 当Tx高于Tref时，通过比例积分调节器PI控制输出到最小值选择器，直至Tx小于Tref；
[0064] (6)所述燃料供给模块通过以下公式进行建模：
[0065]
[0066] 其中，f3为传递函数，Kv、Kf为增益，Tv为
阀门开度，Tf为执行结构的时间常数，c为常数。
[0067] (7)、所述压缩机-涡轮模块通过以下公式进行建模：
[0068] f1＝Tref-700(1-Wf1)+500(1-ω)；
[0069] f2＝1.3(Wf2-0.23)+0.5(1-ω)；
[0070] 其中，f1为燃气轮机的涡轮排气温度函数，f2为燃气轮机的涡轮转矩输出函数，Tref是额定的排气温度；Wf1、Wf2为燃料流量信号，ω是
涡轮机实际转速。
[0071] 进一步地，所述综合能源系统还包括网络传输管道，所述网络传输管道包括
天然气管道和热力管道；
[0072] 所述天然气管道通过以下公式进行建模：
[0073]
[0074] 其中，Md表示天然气的
质量流量；qd,0表示天然气在101.325kPa，273.15K时的体积流量；Ps表示天然气在管道起点的绝对压力额定值；Zs表示天然气在管道起点的压缩因子；CB表示天然气的
势能因子函数；Pe表示天然气在道终点的绝对压力额定值；Ze表示天然气在管道终点的压缩因子；Zave表示天然气的平均压缩因子；d表示管道的内径；λ表示管道沿程阻力系数；L表示天然气管道长度；R表示天然气气体常数；T表示天然气温度；ρ0表示天然气在101.325kPa，273.15K时的
密度；
[0075] 所述热力管道通过以下公式进行建模：
[0076]
[0077] 其中，P1为热力管道的始端压力，P2为热力管道的末端压力， 为热力管道的平均流速，为热力管道的平均比体积，g为重力
加速度，D1为热力管道的内径，D0为热力管道的外径，λ为热力管道沿程阻力系数，L为管网的长度，∑ξ为局部阻力系数，H1为热力管道的始端高度，H2为热力管道末端高度，tin为热力管道的始端温度，tout为热力管道末端温度，QLoss为管道的
热损失，GL为热力管道的流量，cp为热
水的比定压
热容，K为热损件的当量长度系数，L表示热力管道长度，R为热力管道的热阻，t为热力管内介质平均温度，ta为
环境温度。
[0078] 一种含广义预测控制的综合能源系统调度系统，包括：分类建模模块、控制器构建模块、优化求解模块和调度模块；
[0079] 分类建模模块用于对综合能源系统内能量转换设备和储能设备分别进行建模，得到能量转换设备的能源供给模型和储能设备的能源供给模型；
[0080] 控制器构建模块用于根据广义预测控制构建能量转换设备控制器；
[0081] 优化求解模块用于确定目标函数，根据目标函数求解能量转换设备的能源供给模型和储能设备的能源供给模型，得到能量转换设备的预测输出值和储能设备的容量；
[0082] 调度模块用于设置调度时长，根据设备约束条件和储能设备的容量，通过能量转换设备控制器修正控制能量转换设备的能源供给模型的预测输出值，以实现对能源的调度。
[0083] 进一步地，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如下步骤：
[0084] 对综合能源系统内能量转换设备和储能设备分别进行建模，得到能量转换设备的能源供给模型和储能设备的能源供给模型；
[0085] 根据广义预测控制构建能量转换设备控制器；
[0086] 确定目标函数，根据目标函数求解能量转换设备的能源供给模型和储能设备的能源供给模型，得到能量转换设备的预测输出值和储能设备的容量；
[0087] 设置调度时长，根据设备约束条件和储能设备的容量，通过能量转换设备控制器修正控制能量转换设备的能源供给模型的预测输出值，以实现对能源的调度。
[0088] 本发明提供的一种含广义预测控制的综合能源系统调度方法及系统的优点在于：本发明结构中提供的一种含广义预测控制的综合能源系统调度方法及系统，燃气轮机控制器控制燃气轮机的能源供给模型的预测输出，电热锅炉控制器控制电热锅炉的能源供给模型的预测输出，当综合能源系统内部出现能源供需
不平衡时，综合能源系统依据能源差额信息通过综合能源网络结构做出最优能源调解方案，完成对综合能源系统调度信号的快速响应，使得电、气、热的准确转化，实现综合能源系统的精准控制；同时综合能源系统进行分类建模，减少了模型的计算量，因此提高了模型的准确性；燃气轮机控制器和电热锅炉控制器通过一系列公式推导，得到最优的预测表达式，该公式通过滚动优化进行实时修正，进一步提高对设备当前时刻之后的下一时刻输出的精准预测。
附图说明
[0089] 图1为本发明一种含广义预测控制的综合能源系统调度方法的结构示意图；
[0091] 图3是转速控制模块的建模示意图；
[0092] 图4是温度控制模块的建模示意图；
[0093] 图5是燃料供给模块的建模示意图；
[0094] 图6是压缩机-涡轮模块的建模示意图；
[0096] 图8是一种含广义预测控制的综合能源系统调度度系统的流程示意图；
[0097] 其中，100-分类建模模块，200-控制器构建模块，300-优化求解模块，400-调度模块。
具体实施方式
[0098] 下面，通过具体
实施例对本发明的技术方案进行详细说明,在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0099] 参照图1至7，本发明提出的一种含广义预测控制的综合能源系统调度方法，包括S1至S4：
[0100] S1：对综合能源系统内能量转换设备和储能设备分别进行建模，得到能量转换设备的能源供给模型和储能设备的能源供给模型；
[0101] 所述能量转换设备包括燃气轮机和电热锅炉，燃气轮机是将气源转化电力和热力，以向电负荷和热负荷供能，电热锅炉是将电力转化为热力，以向热负荷供能。因此构建的能量转换设备的能源供给模型包括燃气轮机的能源供给模型和电热锅炉的能源供给模型。
[0102] S2：根据广义预测控制构建能量转换设备控制器；
[0103] 能量转换设备控制器包括燃气轮机控制器和电热锅炉控制器。
[0104] S3：确定目标函数，根据目标函数求解能量转换设备的能源供给模型和储能设备的能源供给模型，得到能量转换设备的预测输出值和储能设备的容量；
[0105] 通过步骤S1和S2，根据目标函数分别求解燃气轮机的能源供给模型、电热锅炉的能源供给模型和储能设备的能源供给模型，得到能源供给模型的预测输出值、电热锅炉的预测输出值和储能设备的容量。
[0106] 进一步地，综合能源系统以能源短缺和日运行成本最低为目标对整个系统进行调度控制，通过以下公式确定目标函数S：
[0107] minS＝minF(L)+minprice；
[0108] 其中，minF(L)为综合能源系统的能源短缺函数的最小值，minprice为综合能源系统的日运行成本函数的最小值。
[0109] 所述综合能源系统的能源短缺函数的计算公式如下：
[0110] minF(L)＝F(LE)+F(LH)+F(LG)；
[0111] 其中，F(LE)为综合能源系统的缺电函数，F(LH)为综合能源系统的缺热函数，F(LG)为综合能源系统的缺气函数；
[0112] 所述综合能源系统的日运行成本函数的计算公式如下：
[0113] minprice＝min(prifuel+prigrid+primaintain)；
[0114]
[0115]
[0116]
[0117]
[0118] 其中，prifuel为燃料成本函数，prigrid为电网交互的功率成本函数，primaintain为系统运行维护成本函数，fCHPi为燃气轮机耗量特性曲线函数，Pi为第i台燃气轮机的发电功率，是逐时气价， 是逐时气价， 是外电网向综合能源系统提供的实时电功率，Pmdis为分布式发电设备单位功率运行维护成本，PmCHPi为燃气轮机的单位功率运行维护成本，PEBi为电热锅炉的单位功率运行维护成本；Pmstor指储能设备的单位功率运行维护成本， 为时刻t时蓄电池的充电功率， 指第i台燃气轮机在时刻t的实时发电功率， 为时刻t时电热锅炉的单位功率运行维护成本， 为储能设备的充能功率， 为储能设备的放能功率，nCHP为燃气轮机的台数，ndis为蓄电池的台数，nEB为电热锅炉的台数。
[0119] S4：设置调度时长，根据设备约束条件和储能设备的容量，通过能量转换设备控制器修正控制能量转换设备的能源供给模型的预测输出值，以实现对能源的调度。
[0120] 所述设备约束条件包括能量转换设备约束条件和储能设备约束条件，所述能量转换设备约束条件包括燃气轮机约束条件和电热锅炉约束条件，所述储能设备约束条件包括蓄电池约束条件、储气设备约束条件和储热设备约束条件；
[0121] 所述燃气轮机约束条件如下：
[0122] Pimin≤Pit≤Pimax，i∈nCHP
[0123] 所述电热锅炉约束条件如下：
[0124]
[0125] 所述蓄电池约束条件如下：
[0126]
[0127]
[0128] 所述储气设备约束条件如下：
[0129]
[0130]
[0131] 所述储热设备约束条件如下：
[0132]
[0133]
[0134] 其中， 是第i台燃气轮机在时刻t的实时发电功率，Pimin为第i台燃气轮机的发电功率的最小值，Pimax是第i台燃气轮机的发电功率的最大值， 是电热锅炉的耗电功率，为电热锅炉耗电功率的最小值， 是电热锅炉耗电功率的最大值，Pch为蓄电池的充电功率，Pdis为蓄电池的放电功率，Pchmin为蓄电池充电功率的最小值、Pchmax为蓄电池充电功率的最大值，Pdismin为蓄电池放电功率的最小值，Pdismax为蓄电池放电功率的最大值，为时刻t时蓄电池储能大小， 是蓄电池储能的最小值， 是蓄电池储能的最大值，为储气罐的充气量， 为储气罐的放气量， 为储气罐充气量的最小值，为储气罐充气量的最大值， 为储气罐放气量的最小值， 为储气罐放气量的最大
值， 为储气罐的储气量， 为储气罐储气量的最小值和 为储气罐储气量的最大
值， 为储热罐的充热量， 为储热罐的放热量， 为储热罐充热量的最小值，
储热罐充热量的最大值， 为储热罐放热量的最小值， 为储热罐放热量的
最大值， 为时刻t时储热罐的储热量， 为储热罐储热量的最小值， 为储热罐储
热量的最大值，nCHP为燃气轮机的台数。
[0135] 根据步骤S1至S4，能量转换设备控制器控制能量转换设备的能源供给模型的输出，完成对综合能源系统调度信号的快速响应，使得电、气、热的准确转化，实现综合能源系统的精准控制。即为，燃气轮机控制器控制燃气轮机的能源供给模型的预测输出，电热锅炉控制器控制电热锅炉的能源供给模型的预测输出。同时综合能源系统进行分类建模，减少了模型的计算量，因此提高了模型的准确性。
[0136] 进一步地，在本实施例中，对于步骤S1中记载的能量转换设备包括燃气轮机和电热锅炉，所述储能设备包括蓄电池、储气罐、储热罐，所述燃气轮机包括转速控制模块、温度控制模块、燃料供给模块和压缩机-涡轮模块；可以通过以下步骤或公式(1)至(7)进行建模：
[0137] (1)所述蓄电池通过以下公式进行建模：
[0138]
[0139] 其中，Soc(t)为蓄电池在t时刻的剩余电量，Soc(t0)为蓄电池在t0时刻的剩余电量；δ为蓄电池的自放电率，单位为％/h；Δt为t0到t的时间跨度；Pch为蓄电池的充电功率，Pdis为蓄电池的放电功率；ηch为蓄电池的充电效率，ηdis为蓄电池的放电效率。
[0140] (2)所述储气罐通过以下公式进行建模：
[0141]
[0142] 其中，VGS为储气罐的有效储气体积；VC为储气罐的几何体积；phigh为最高工况下的绝对压力，plow为最低工况下的绝对压力；p0表示工程标准压力；
[0143] (3)所述储热罐通过以下公式进行建模：
[0144]
[0145] 其中，QHS(t)表示t时刻储热罐的储热量；μLoss表示储热罐散热损失率；QHS(t0)表示初始t0时刻储热罐的储热量，Δt为t0到t的时间跨度， 表示t0至t时刻之间储热罐的充热量， 表示储热罐的充热效率， 表示t0至t时刻间储热罐的放热量， 表示储热罐的放热效率；
[0146] (4)所述转速控制模块通过以下步骤进行建模，如图3所示：
[0147] S101：输入参考转速Wref和燃气轮机发电系统转子实际转速ω；
[0148] 输入为参考转速Wref和燃气轮机发电系统实际转子转速ω的偏差；
[0149] S102：采用超前-滞后传递函数对Wref和ω进行控制，通过最小值选择器输出；G为控制器增益，T1和T2分别为超前-滞后时间常数，公式 是通过拉普拉斯变换后的表达式。
[0150] 在实际运行中，转速控制模块在部分负荷时起主要作用，其通过调整参考转速和实际转速之间的偏差，从而改变输出燃料基准值，以达到调整负荷的目的。
[0151] (5)所述温度控制模块通过以下步骤进行建模，如图4所示：
[0152] S111：获取排气温度Tx，将Tx与额定的排气温度Tref进行比较；
[0153] 温度控制是通过控制燃料流量来反映燃气轮机透平进口温度，由于透平进口燃气温度变化剧烈，难于测量与控制；所以温度控制通过对排气温度的控制来保证入口温度在安全范围以内。温度调节模块是一个比例积分调节器(PI)，PI的
输入信号是
热电偶测量到的排气温度Tx；
[0154] S112：当Tx高于Tref时，通过比例积分调节器PI控制输出到最小值选择器，直至Tx小于Tref；
[0155] 只要Tx和Tref之间存在偏差，温度控制器就会不断积分，使燃料基准值降低，直到Tx低于Tref为止。在正常运行时，燃气轮机也是通过改变燃料量来控制透平入口温度不超过其最大设计值Tmax。
[0156] (6)所述燃料供给模块通过以下公式进行建模：
[0157]
[0158] 其中，f3为传递函数，Kv、Kf为增益，Tv为阀门开度，Tf为执行结构的时间常数，c为常数。
[0159] 燃料供给模块的过程，如图5所示，转速控制、温度控制以及加速度控制分别产生燃料基准F1、F2和F3，经过最小值选择器(Min模块)和高低限值模块作用后，产生最小燃料基准命令进入燃料供给模块。由于燃料
泵的燃料压力、转速均与转子转速成正比关系，所以
限幅后的值乘以实际子转速ω，可以得到实际燃料量信号。燃气轮机的燃料系统由阀门和执行机构组成，从燃料系统流出的燃料与执行机构和阀门的动作时间具有一定的惯性，其传递函数f3通过以上公式得到。在图5中，其中Wf为燃料流量，增益K2＝1-K1，K1为保证
燃烧室燃烧过程连续进行的最小值。K1的选取必须保证在无负荷情况下，转子能够达到额定转速，一般取0.15-0.3，优选为0.23。
[0160] (7)、所述压缩机-涡轮模块通过以下公式进行建模：
[0161] 压缩机-涡轮系统是燃气轮机的核心部分，该部分实现能的转换，其本质是线性非动态系统(转子时间常数除外)。如图6所示，单轴燃气轮机输出转矩Tmtur和排气温度Tx作为输出，燃料流量和涡轮机作为输入，其输出与输入的转速线性相关，压缩机-涡轮模块通过以下公式进行建模：
[0162] f1＝Tref-700(1-Wf1)+500(1-ω)；
[0163] f2＝1.3(Wf2-0.23)+0.5(1-ω)；
[0164] 其中，f1为燃气轮机的涡轮排气温度函数，f2为燃气轮机的涡轮转矩输出函数，Tref是额定的排气温度，可以取值为950℃，也可以是其他定值；Wf1、Wf2为燃料流量信号，ω是涡轮机实际转速。
[0165] 需要明确的是转矩输出函数在100％负荷的情况下基本上是准确的，在其它情况下存在小于5％的误差，排气温度方程是在温度参考值附近有作用，因此可忽略其影响。
[0166] 进一步地，在步骤S2：所述根据广义预测控制构建能量转换设备控制器中，包括S21至S23：
[0167] S21：采用最小方差控制方法构建能量转换设备控制器的输出预测模型；
[0168] 能量转换设备控制器的输出预测模型包括燃气轮机的输出预测模型和电热锅炉的输出预测模型；
[0169] 在广义预测控制中，采用最小方差控制中所用的受控自回归积分滑动平均模型(CARIMA)来描述受到随机干扰的对象，如下：
[0170]
[0171] 其中，
[0172]
[0173]
[0174] q-1是后移算子；y(k)q-1＝y(k-1)；Δ＝1-q-1为差分算子；ξ(k)是一个独立的随机噪声序列。
[0175] 引入Diophantine方程，取C(q-1)＝1，则k时刻对未来k+j时刻的最优预测输出为：
[0176]
[0177]
[0178] 其中，y1(k+j)由过去的控制输入和输出决定，而 由现在和未来的控制输入决定。
[0179] 因此得到最优预测表达式为：
[0180] y(k+j)＝y*(k+j|k)+E(q-1)ξ(k+j)；
[0181] 其中，y(k+j)是未来k+j时刻的实际输出；y*(k+j|k)使未来k+j时刻的预测最优输出，Ej(q-1)＝ej,0+ej,1q-1+…+ej,j-1q-(j-1)，Ej由A(q-1)和预测长度j唯一确定；ξ(k+j)是未来k+j时刻的噪声。
[0182] y(k+j)可以表示为yM(k+j)，其中M表示可以预测的M步输出。由于广义预测控制采用的是滚动优化，每一时刻的预测控制实际只作用于下一步优化指标，所以在y(k+j)的多步预测中每次均用到y1(k+j)，y1(k+j)表示的是下一步预测输出。
[0183] S22：采用滚动优化对所述能量转换设备控制器的输出预测模型进行修正，得到优化后的预测值；
[0184] 滚动优化采用的是对输出误差和控制增量加权的二次型性能指标对输出预测模型进行修正，得到：
[0185] Δu＝(GTG+λI)-1GT(yr-y1)；
[0186] 其中，Δu＝[Δu(k),Δu(k+1),…Δu(k+Nu-1)]T；Δu表示当前控制作用。
[0187]
[0188] yr＝[yr(k+N1),yr(k+N1+1),…yr(k+N2)]T；
[0189] y1＝[y1(k+N1),y1(k+N1+1),…y1(k+N2)]T；
[0190] λ为控制增量加权系数；
[0191] 则当前的综合能源系统输入u(k)为：
[0192] u(k)＝u(k-1)+[1,0,…,0](GTG+λI)-1GT(yr-y1)；
[0193] 然后通过在线辨识与反馈校正对所得到的：
[0194]
[0195] 用带遗忘因子的递推最小二乘法(RLS)来估计模型参数θ值，最终得到在线辨识后的y(k)，将该在线辨识后的y(k)带入公式 中，然后通过一系列推导，以得到校正后的u(k)，通过校正后的u(k)控制当前综合能源系统的输入，通过在线反馈校正保证其预测结果输出的准确性，进而实现能源的精准调度。
[0196] S23：通过优化后的预测值，控制燃气轮机的能源供给模型和电热锅炉的能源供给模型的预测输出：
[0197] 根据燃气轮机和电热锅炉的数学模型，通过广义预测控制
算法得到其控制器模型；也可以说，在数学模型的
基础上，通过广义预测控制的一些公式推导得到控制器模型，并通过建模实现最优的预测表达式，该最优的预测表达式通过滚动优化进行实时修正，进一步提高对设备当前时刻之后的下一时刻输出的精准输出预测。
[0198] 将能量转换设备中燃气轮机的能源供给模型在Matlab/Simulink环境下，对额定工况下的燃机转速
开环系统施加伪随机信号，并积累输入输出数据。基于带遗忘因子的增广最小二乘法，通过参数辨识得到CARIMA中的A和B。根据步骤S21至S23得到最优的预测表达式，进而得出燃气轮机优化的控制量和期望的输出。
[0199] 将能量转换设备中电热锅炉的能源供给模型在Matlab/Simulink环境下，对额定工况下的电热锅炉转速开环系统施加伪随机信号，并积累输入输出数据。基于带遗忘因子的增广最小二乘法，通过参数辨识得到CARIMA中的A和B。根据步骤S21至S23得到最优的预测表达式，进而得出电热锅炉优化的控制量和期望的输出。所述伪随机信号可以是白噪声信号或者M序列信号等。
[0200] 如图7所示，在步骤S4：通过能量转换设备控制器修正控制能量转换设备的能源供给模型的预测输出值，以实现对能源的调度中，由于能量转换设备包括燃气轮机和电热锅炉，能量转换设备的能源供给模型包括燃气轮机的能源供给模型和电热锅炉的能源供给模型，因此对能源的调度过程包括S41至S49：
[0201] S41：获取当前时刻综合能源系统中能源供应与负荷需求数据；
[0202] S42：判断能源供应是否满足负荷需求数据；
[0203] 若是，则进入步骤S43；
[0204] 若否，则进入步骤S44；
[0205] S43：将多余能源进行储存，并进入步骤S49；
[0206] S44：通过燃气轮机控制器和电热锅炉控制器分别得出燃气轮机的能源供给模型的预测输出值和电热锅炉的能源供给模型的预测输出值；该预测输出值可以为元件的待调整功率，也可以为设备其他待调整输出参数；
[0207] S45：判断第i个元件的预测输出值是否超出相应的设备约束条件；例如第i个元件是否功率越限；
[0208] 如是，则进入步骤S46；
[0209] 若否，则进入步骤S47；
[0210] S46：第i个元件以设备约束条件的临界值运行，其他元件以预测输出值调整运行，进入步骤S48；
[0211] S47：各元件以预测输出值调整运行，进入步骤S48；
[0212] S48：燃气轮机控制器和电热锅炉控制器根据调度信号分别控制燃气轮机和电热锅炉的输出，进入步骤S49；
[0213] S49：判断是否达到调度时长；
[0214] 若是，则调度结束；
[0215] 若否，则进入更新时域，并进入步骤S41中。
[0216] 通过步骤S41至S49，对综合能源系统的内部元件及时响应调度信号，当综合能源系统内部出现能源供需不平衡时，综合能源系统依据能源差额信息通过综合能源网络结构做出最优能源调解方案。具体来说当某种能源供应不足时，综合能源系统根据采集的内部信息，若存在多余异质能源，且转化后不影响系统的
稳定性，则通过能源转换弥补差额，否则剩余部分通过燃气轮机和电热锅炉供能。
[0217] 作为一实施例，在综合能源系统的调度中，能量运输过程中的耗损影响调度精确度，因此在本实施例中通过建模考虑能量运输过程中的耗损，所述综合能源系统还包括网络传输管道，所述网络传输管道包括天然气管道和热力管道；
[0218] 所述天然气管道通过以下公式进行建模：
[0219]
[0220] 其中，Md表示天然气的质量流量；qd,0表示天然气在101.325kPa(压强)，273.15K(温度)时的体积流量；Ps表示天然气在管道起点的绝对压力额定值；Zs表示天然气在管道起点的压缩因子；CB表示天然气的势能因子函数；Pe表示天然气在道终点的绝对压力额定值；Ze表示天然气在管道终点的压缩因子；Zave表示天然气的平均压缩因子，为Zs和Ze的平均值；
d表示管道的内径；λ表示管道沿程阻力系数；L表示天然气管道长度；R表示天然气气体常数；T表示天然气温度；ρ0表示天然气在101.325kPa，273.15K时的密度；
[0221] 天然气管道是用来传输天然气，建立天然气管道模型的目的是为了模拟实际天然气的传输过程，考虑传输过程中天然气的损耗，以使得综合能源系统的调度更准确，天然气管道的作用是将天然气传输给能量转换设备以及其他需要用气的用户。
[0222] 所述热力管道通过以下公式进行建模：
[0223]
[0224] 其中，P1为热力管道的始端压力，P2为热力管道的末端压力， 为热力管道的平均流速，为热力管道的平均比体积，g为
重力加速度，D1为热力管道的内径，D0为热力管道的外径，λ为热力管道沿程阻力系数，L为管网的长度，∑ξ为局部阻力系数，H1为热力管道的始端高度，H2为热力管道末端高度，tin为热力管道的始端温度，tout为热力管道末端温度，QLoss为管道的热损失，GL为热力管道的流量，cp为热水的比定压热容，K为热损件的当量长度系数，R为热力管道的热阻，t为热力管内介质平均温度，ta为环境温度。
[0225] 热力管道与天然气管道作用相似，考虑传输过程中
热能的损耗，以使得综合能源系统的调度更准确；因为热能的传输一般是通过水温变化来提供，水也需要通过管道输送到各个需要的地方。这里热力管道是通过流过水的温度变化将热能只提供给用户一侧，不提供给能量转换设备。
[0226] 如图8所示，一种含广义预测控制的综合能源系统调度系统，其特征在于，包括：分类建模模块100、控制器构建模块200、优化求解模块300和调度模块400；
[0227] 分类建模模块100用于将综合能源系统根据能量来源划分为多个单一能源子系统，并分别构建所述单一能源子系统的能源供给模型；
[0228] 控制器构建模块200用于根据广义预测控制构建燃气轮机控制器和电热锅炉控制器；
[0229] 优化求解模块300用于设置调度时长，确定目标函数，构建综合能源系统的优化调度模型；
[0230] 调度模块400用于根据设备约束条件和所述综合能源系统的优化调度模型的预测输出结果，燃气轮机控制器和电热锅炉控制器分别控制燃气轮机和电热锅炉的输出，以实现对能源的调度。
[0231] 一种计算机可读储存介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如下步骤：
[0232] 将综合能源系统根据能量来源划分为多个单一能源子系统，并分别构建所述单一能源子系统的能源供给模型，所述单一能源子系统的能源供给模型包括燃气轮机的能源供给模型和电热锅炉的能源供给模型；
[0233] 根据广义预测控制构建燃气轮机控制器和电热锅炉控制器，燃气轮机控制器用于控制燃气轮机的能源供给模型的预测输出，电热锅炉控制器用于控制电热锅炉的能源供给模型的预测输出；
[0234] 设置调度时长，确定目标函数，构建综合能源系统的优化调度模型；
[0235] 根据设备约束条件和所述综合能源系统的优化调度模型的预测输出结果，燃气轮机控制器和电热锅炉控制器分别控制燃气轮机和电热锅炉的输出，以实现对能源的调度。
[0236] 本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的
硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0237] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
