[發明專利]一種基于區塊鏈的綜合能源系統分布式狀態估計方法

有效

• 申請號: 202111367062.2
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN113919754B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 龔鋼軍;楊佳軒;強仁;孟芷若;武昕;陸俊;蘇暢
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/04;G06Q50/06;G06F16/27;G06F9/54
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 許佳

1.一種基于區塊鏈的綜合能源系統分布式狀態估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：先通過綜合能源系統的能源管理中心為各能源子系統中節點、線路和能源耦合設備設置編號并進行廣播，然后通過能源管理中心在各能源子系統調度中心獲取綜合能源系統完整拓撲信息并寫在區塊中，建立綜合能源系統區塊鏈網絡；

步驟二：通過各能源子系統節點分別采集相對應的能源網絡狀態估計所需量測值，量測步長結合不同能源時間特性進行設定，達到周期以后生成區塊，之后通過能源子系統調度中心調用量測信息進行各能源子系統的狀態量估計，得到電、熱、氣系統運行特點；

步驟三：先結合電、熱、氣系統運行特點建立各能源子系統模型，再對各能源系統運行狀態進行描述，接著針對所述電、熱、氣系統之間的耦合關系，建立耦合設備模型，接著依照各能源子系統特點，構建綜合考慮能源耦合關系的綜合能源系統模型；

步驟四：針對綜合能源系統模型，考慮綜合能源系統多時間尺度特性，采用加權最小絕對值方法建立綜合能源系統狀態估計模型，針對綜合能源系統狀態估計模型中涉及的非線性約束，引入中間變量進行線性化處理，綜合能源系統狀態估計模型的狀態估計的周期ω計算公式為：

ω＝ω^eΔα^e＝ω^gΔα^g＝ω^hΔα^h

其中，ω^e、ω^g、ω^h分別表示電力、天然氣、熱力系統變化因子，Δα^e、Δα^g、Δα^h為各系統變化周期；

在確定所述狀態估計的周期中量測值采樣間隔后，基于加權絕對值最小建立所述狀態估計模型，目標是最小化估計值與量測值之間誤差的加權絕對值，具體目標函數如下：

其中，D^e、D^g、D^h表示電力系統、天然氣系統、熱力系統的狀態誤差,表示各能源子系統狀態量，R_e、R_g、R_h分別為各子系統量測誤差協方差矩陣，由歷史數據集確定，分別為t時刻各子系統量測值，表示t時刻各子系統估計值，為各子系統的量測方程，此目標函數與步驟三中的綜合能源系統模型共同構成綜合能源系統狀態估計模型；

所述耦合設備模型如下：

CHP：熱電聯產是綜合能源系統中重要的耦合設備，通過消耗天然氣產生電能，并利用剩余的熱量供熱：

其中，和分別表示t時刻CHP輸出的電功率和熱功率，表示t時刻CHP消耗的天然氣量，L_g為天然氣的熱值，和分別表示CHP產電效率、產熱效率和損失效率；

P2G：將多余電能轉化為無污染的天然氣

其中，表示t時刻P2G產生的氣體流量，表示為t時刻P2G消耗的電量，為P2G能量轉換效率；

燃氣鍋爐和電鍋爐：

其中，表示t時刻GB產生的熱功率，表示為t時刻GB消耗的天然氣量，為GB的能量轉換效率；

其中，表示t時刻EB產生的熱功率，表示為t時刻EB消耗的電量，為EB的能量轉換效率；

燃氣輪機：

其中，表示t時刻燃氣輪機產生電功率，表示為t時刻燃氣輪機消耗的天然氣量，為燃氣輪機的能量轉換效率；

壓縮機：在天然氣系統中利用電能進行氣體壓縮，變化壓強從而改變流量，

其中，表示t時刻壓縮機消耗的電功率，表示t時刻通過壓縮機的天然氣流量，B^MC為壓縮機出口和入口壓力比，為壓縮機效率，θ為常量；步驟五：結合區塊鏈架構，借助區塊鏈中智能合約可編輯性，將ADMM算法部署在子系統的調度中心，預置觸發條件為到狀態估計周期后收到各節點量測值，預置規則為各能源子系統利用ADMM算法求解狀態估計模型，實現分布式狀態估計；

根據所述耦合設備模型，所述ADMM的算法原理如下：

將上式轉化為：w-Cv＝0的形式，其中：

C＝[a₁,a₂,a₃,a₄,a₅,a₆,a₇]^T

利用ADMM算法將綜合能源系統狀態估計模型的目標函數和耦合設備模型約束轉換成下式：

每個能源子系統得到量測值基礎數據后，對上式同時并行求解，并將耦合變量w、v與其它子系統分享，各子系統在得到耦合變量后更新乘子λ，各能源子系統間不斷迭代直到滿足收斂準則；

步驟六：綜合能源系統的能源管理中心根據估計值得到各能源子系統狀態值，并掌握綜合能源系統和各能源子系統運行情況，實現對綜合能源系統的實時控制和優化運行。