单质能流层模型及其构建方法与流程

1.本发明属于综合能源系统技术领域，具体涉及单质能流层模型及其构建方法。


背景技术：

2.以综合能源系统为物理载体的能源互联网是能源系统的发展趋势。相对于传统的单一能源系统，多能流、多尺度、多主体是综合能源系统的重要特征，不同的管理主体、不同学科的建模方法使得不同能流间存在信息孤岛，导致各能流间的多尺度互补灵活能力不能被充分挖掘利用，进而影响综合能源系统整体的运行效率。建立标准化信息互动模型，使用统一语言来描述综合能源系统，通过信息流引导能量流，进而在时间、空间、功能等多维上发挥不同能源的互补耦合作用，是综合能源管理系统(integrated energy management system,iems)与其他管理控制中心模型进行数据交互的基础。
3.综合能源系统涵盖了冷/热/电/气四种子系统，由于不同子系统的传输特性各不相同，因此需要通过多能耦合设备进行互动。
4.在综合能源系统中，关于计算模型的研究已十分成熟，但用于信息交互的标准化模型还不够全面，现有模型大多针对电力系统，对冷/热/气等多能系统描述不够全面，不利于多能系统之间实现互补耦合的作用。为了实现多能系统之间能够更加便捷高效的交互信息，有必要对冷/热/气系统进行标准化建模，即实现单质能流层的标准化建模。


技术实现要素：

5.为了满足现有技术的需要，本发明提供单质能流层模型及其构建方法。
6.本发明通过如下技术方案实现：
7.本发明的单质能流层模型构建方法，包括如下步骤：
8.根据冷源输送特点，构建冷源输送模型；
9.根据热源输送特点，构建热源输送模型；
10.根据气源输送特点，构建气源输送模型；
11.所述冷源输送模型、热源输送模型、气源输送模型结合现有电源输送模型形成单质能流层标准化模型。
12.进一步的，所述根据冷源输送特点，构建冷源输送模型包括：
13.采用coldsource等效定义冷源；
14.采用coldconsumer等效定义冷负荷；
15.采用coldpipe等效定义供冷管道；
16.采用coldvalve等效定义冷阀门；
17.所述coldsource、coldconsumer、coldpipe以及coldvalve形成冷源输送模型。
18.进一步的，所述根据热源输送特点，构建热源输送模型包括：
19.采用heatsource等效定义热源；
20.采用heatconsumer等效定义热负荷；
21.采用heatpipe等效定义供热管道；
22.采用heatvalve等效定义热阀门；
23.所述heatsource、heatconsumer、heatpipe以及heatvalve形成热源输送模型。
24.进一步的，所述根据气源输送特点，构建气源输送模型包括：
25.采用gassource等效定义气源；
26.采用gasconsumer等效定义气负荷；
27.采用gaspipe等效定义供气管道；
28.采用gasvalve等效定义气阀门；
29.所述gassource、gasconsumer、gaspipe以及gasvalve形成所述气源输送模型。
30.进一步的，还包括所述冷源的属性描述、冷负荷的属性描述、供冷管道的属性描述以及冷阀门的属性描述。
31.进一步的，还包括所述热源的属性描述、热负荷的属性描述、供热管道的属性描述以及热阀门的属性描述。
32.进一步的，还包括所述气源的属性描述、气负荷的属性描述、供气管道的属性描述以及气阀门的属性描述。
33.进一步的，还包括构建单质能流层的多能拓扑模型，所述单质能流层的多能拓扑模型用于建立所述单质能流层标准化模型的拓扑连接关系。
34.进一步的，所述构建单质能流层的多能拓扑模型包括：
35.构建冷源输送模型的拓扑模型；
36.构建热源输送模型的拓扑模型；
37.构建气源输送模型的拓扑模型；
38.所述冷源输送模型的拓扑模型、热源输送模型的拓扑模型以及气源输送模型的拓扑模型与现有电源输送模型的拓扑模型形成单质能流层的多能拓扑模型。
39.进一步的，所述构建冷源输送模型的拓扑模型包括：
40.采用coldterminal等效定义冷源端子；
41.采用coldconnectivitynode等效定义冷源连接节点；
42.每个coldterminal与coldconnectivitynode建立连接，多个coldterminal与所述冷源输送模型建立连接，得到冷源输送模型的拓扑模型。
43.进一步的，所述构建热源输送模型的拓扑模型包括：
44.采用heatterminal等效定义热源端子；
45.采用heatconnectivitynode等效定义热源连接节点；
46.每个heatterminal与heatconnectivitynode建立连接，多个heatterminal与所述热源输送模型建立连接，得到热源输送模型的拓扑模型。
47.进一步的，所述构建气源输送模型的拓扑模型包括：
48.采用gasterminal等效定义气源端子；
49.采用gasconnectivitynode等效定义气源连接节点；
50.每个gasterminal与gasconnectivitynode建立连接，多个gasterminal与所述气源输送模型建立连接，得到气源输送模型的拓扑模型。
51.进一步的，还包括构建单质能流层的多能量测模型，包括：
52.定义单质能流层内冷源、热源以及气源的量测类型，所述量测类型包括温度、压力、流量、功率、阀门开度以及阀门位置；
53.建立所述量测类型与所述单质能流层内冷源、热源以及气源的关联关系，得到单质能流层内冷源、热源以及气源的量测模型；
54.所述冷源、热源以及气源的量测模型与现有电源量测模型形成单质能流层的多能量测模型。
55.进一步的，建立所述量测类型与所述单质能流层内冷源、热源以及气源的关联关系包括：
56.将量测直接与冷源、热源以及气源相关联；
57.量测通过对应源的端子与冷源、热源以及气源建立连接。
58.对应的，本发明还提供了单质能流层模型，包括单质能流层标准化模型，所述单质能流层标准化模型包括冷源输送模型、热源输送模型、气源输送模型以及现有电源输送模型；
59.还包括单质能流层的多能拓扑模型，所述单质能流层的多能拓扑模型包括冷源输送模型的拓扑模型、热源输送模型的拓扑模型、气源输送模型的拓扑模型以及现有电源输送模型的拓扑模型；
60.还包括单质能流层的多能量测模型，所述单质能流层的多能量测模型包括冷源、热源、气源的量测模型以及现有电源量测模型。
61.本发明的技术方案具有如下有益效果：
62.本发明提供单质能流层模型构建方法，包括根据冷源输送特点，构建冷源输送模型，根据热源输送特点，构建热源输送模型，根据气源输送特点，构建气源输送模型，将冷源输送模型、热源输送模型、气源输送模型结合现有电源输送模型形成单质能流层标准化模型。通过构建单质能流层模型，将冷/热/电/气进行了建模，使得多能系统之间信息交互更加便捷高效，具体体现如下：
63.传统的标准化模型大多针对电力，很少涉及其他能源形式，传统单一的电力系统模型不能够满足当前多能互补的需要，通过建立单质能流层，将冷/热/气模型进行了扩展，对于实现各能流之间多尺度互补提供了一种新的途径。
附图说明
64.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
65.图1为本发明的综合能源系统模型示意图。
66.图2为普通的能量集线器模型示意图。
67.图3为某园区能量转换示意图。
68.图4为本发明的单质能流层模型示意图。
69.图5为本发明的单质能流层的多能拓扑模型示意图。
70.图6为本发明基于聚合-派生的多能耦合层标准化建模示意图。
71.图7为耦合抽象类p2h的建模示意图。
72.图8为储能单元的源荷特性示意图。
73.图9为天然气储气罐的结构示意图。
74.图10为天然气储气罐的建模示意图。
75.图11为储热式电采暖的结构示意图。
76.图12为园区内输电系统、供热系统、供冷系统和天然气系统的部分实际接线图。
77.图13为园区的综合能源系统拓扑连接关系示意图。
78.图14为北方某城市市区供热示意图。
具体实施方式
79.下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
80.如图1所示，本发明提供一种综合能源系统模型，综合能源系统模型包括单质能流层和多能耦合层，单质能流层和多能耦合层之间建立关联关系。
81.下面具体介绍综合能源系统模型的构建方法。
82.根据多能设备在综合能源系统中的作用，可以将多能设备分解为两大类：
83.1)只与单一能源相关的设备，比如说，电力系统中的开关、线路、主变压器等，冷源/热源/气源系统中的管道、阀门等，这类设备只存在于单质能源系统中，实现了能量的输送，与其他能源环节无关，将该类设备统一定义为单能流传输设备。
84.2)实现能源相互转换的设备，比如说，电换热机组、电制冷机组、燃气锅炉、热电联产机组等，这类设备与多种能流相关，并承载了异质能流间相互转换的作用，将该类设备统一定义为多能耦合设备。
85.进一步分析不同多能设备的特性：
86.1)针对单能流传输设备，它并不关心其传输的能量是怎么来的，也不关心它传输到的能量会如何被消耗掉。比如说，对于一个热网管道来说，它所传输的热能有可能来源于燃气锅炉，也有可能来源于电换热设备，而它所输送的热能有可能被建筑用热消耗，也有可能会被溴化锂机组转换为冷。
87.2)针对多能耦合设备，主要有两大作用，一是作为输入端，为某能量系统提供能量(比如电制冷机组的冷端、或燃气锅炉的热端)，二是作为输出端消耗某能量系统的能量(比如电制冷机组的电端、或燃气锅炉的气端)。
88.在单能流传输设备中定义两个抽象类：冷/热/电/气源、冷/热/电/气荷，分别承担能源的供给端和能源的消耗端，并定义各抽象源荷与多能耦合设备的关联关系，最终构建了如图1所示的综合能源系统“单质能流层-多能耦合层”两层模型架构。
89.其中：
90.1)下层是单质能流层，容纳了所有单能流传输设备，以及冷/热/电/气源(能流输入端)，冷/热/电/气荷(能流输出端)，重点描述能量的传输过程，根据能流的不同，可以分为冷、热、电、气等4大类。
91.2)上层是多能耦合层，容纳了所有多能耦合设备，重点描述了异质能量间的转换，单质能流层的单能流传输设备通过冷/热/电/气源、冷/热/电/气荷与多能耦合设备建立联系。
92.具体的，图1示意单质能流层的单能流传输设备通过电源与多能耦合设备中的热电联产机组(chp机组)、冷热电联产机组(cchp机组)建立联系，通过电负荷与电转气设备(p2g设备)、热泵以及点制冷机组建立联系，通过热源与热泵、内燃机、燃气锅炉、热电联产机组(chp机组)、溴化锂机组、直燃机以及冷热电联产机组(cchp机组)建立联系，通过热负荷与溴化锂机组建立联系，通过气源与电转气设备(p2g设备)建立联系，通过气负荷与内燃机、直燃机、燃气锅炉、热电联产机组(chp机组)以及冷热电联产机组(cchp机组)建立连接，通过冷源与溴化锂机组、直燃机、冷热电联产机组(cchp机组)以及电制冷机组建立连接。
93.从以下三个方面分析该两层模型的适应性：
94.1)如果忽略多能耦合层，两层模型就简化为若干相互独立的单质能流系统，可满足冷、热、气各自的控制系统和应用。如果进一步忽略冷/热/气相关的单能流传输设备，两层模型就简化为传统的电力系统标准化模型。
95.2)可以按需灵活扩展为电-气、电-热、电-热-冷，电-热-冷-气等多种耦合形式，适用于多种场景，方便不同控制系统灵活生成各自设备的信息模型，以及交互后快速集成模型，也有利于综合能源系统不同应用的开发实现，方便增加新设备类型。
96.3)如果忽略单质能流层，只保留多能耦合层以及与之相关的源荷设备，本发明所建立的两层模型就可以简化为普通的能量路由器(energy hub)模型，energy hub模型是对多能源系统的抽象，如图2所示，认为多能源系统是一个多种形式能源输入，多能能源输出的双端口网络，中间的能量转换环节由多种耦合设备组成。可用于某些小型园区/楼宇/分布式能源站等场景，能够研究多能流间的相互转换关系。图3中以某园区为例，所示某园区能量转换示意图，对简化后的模型进行具体说明：
97.以某园区实际运行情况为例，假设所有的能量转换效率均为常数，η
ec
为电制冷机的工作效率，η
hc
为吸收式制冷机的工作效率，为燃气锅炉的制热效率，η
hh
为热回收设备回收废热的效率，和分别表示天然气经过燃气发电机转化为电能和废热的转换效率。
98.引入三个能量分配系数v
ge
,v
hc
和v
ee
,0≤v
ge
,v
hc
,v
ee
≤1。v
ee
表示从电网中吸收直接供应电力用户的电能与从电网吸收电能的比例，1-v
ee
表示供应电制冷机组的电能与从电网吸收电能的比例；v
ge
表示通入燃气发电机的天然气量与总消耗天然气量的比值，1-v
ge
表示通入燃气锅炉的天然气量与总消耗天然气量的比值；v
hc
表示吸收式制冷机的输入热功率和热回收设备的输出热功率比值，1-v
hc
表示热回收设备供给热负荷的热功率和热回收设备的输出热功率比值。
99.可得
100.101.式中：pe和pg分别为消耗的电功率和天然气功率，le、lh和lc分别为输出的电功率、热功率和冷功率。
102.写成矩阵的形式为：
[0103][0104]
进一步的，如图4所示，本发明针对上述单质能流层构建单质能流层模型，单质能流层模型包括单质能流层标准化模型、单质能流层的多能拓扑模型以及单质能流层的多能量测模型。
[0105]
单质能流层标准化模型包括冷源输送模型、热源输送模型、气源输送模型以及现有电源输送模型。
[0106]
单质能流层的多能拓扑模型包括冷源输送模型的拓扑模型、热源输送模型的拓扑模型、气源输送模型的拓扑模型以及现有电源输送模型的拓扑模型。
[0107]
单质能流层的多能量测模型包括冷源、热源、气源的量测模型以及现有电源量测模型。
[0108]
具体的，单质能流层模型构建方法，包括如下步骤：
[0109]
s1根据冷源输送特点，构建冷源输送模型，包括：
[0110]
采用coldsource等效定义冷源；
[0111]
采用coldconsumer等效定义冷负荷；
[0112]
采用coldpipe等效定义供冷管道；
[0113]
采用coldvalve等效定义冷阀门；
[0114]
coldsource、coldconsumer、coldpipe以及coldvalve形成冷源输送模型。
[0115]
s2根据热源输送特点，构建热源输送模型，包括：
[0116]
采用heatsource等效定义热源；
[0117]
采用heatconsumer等效定义热负荷；
[0118]
采用heatpipe等效定义供热管道；
[0119]
采用heatvalve等效定义热阀门；
[0120]
heatsource、heatconsumer、heatpipe以及heatvalve形成热源输送模型。
[0121]
s3根据气源输送特点，构建气源输送模型，包括：
[0122]
采用gassource等效定义气源；
[0123]
采用gasconsumer等效定义气负荷；
[0124]
采用gaspipe等效定义供气管道；
[0125]
采用gasvalve等效定义气阀门；
[0126]
gassource、gasconsumer、gaspipe以及gasvalve形成所述气源输送模型。
[0127]
s4冷源输送模型、热源输送模型、气源输送模型结合现有电源输送模型形成单质能流层标准化模型。
[0128]
其中，如图2所示，现有的电源输送模型也是根据电源输送特点构建的，具体包括：
[0129]
采用generatingunit等效定义电源；
[0130]
采用energyconsumer等效定义电负荷；
[0131]
采用conductor等效定义供电管道；
[0132]
采用switch等效定义电开关；
[0133]
generatingunit、energyconsumer、conductor以及switch形成电源输送模型。
[0134]
区别于现有的电源系统，冷源、热源以及气源具有特有输送属性，具体体现在介质类型、流体控制类型以及热力控制类型：
[0135]
冷源、热源以及气源的传输一定需要载体，介质可能是水、蒸汽、烟气、天然气，因此，介质类型如下表1：
[0136]
表1
[0137][0138]
由于存在传输介质，其能量输送需要服从流体力学和热力学的运动规律，满足质量守恒和能量守恒。站在流体力学角度，可以用压力和流量来描述其运动方程，因此，流体控制类型如下表2：
[0139]
表2
[0140][0141]
站在热力学角度，可以用温度和热量来描述其运动方程，因此热力控制类型如下表3：
[0142]
表3
[0143][0144]
具体的，结合上述特有属性，本发明进一步包括冷源、热源、气源(以天然气源为例)的属性描述，包括冷负荷、热负荷以及气负荷(以天然气负荷为例)的属性描述，包括供冷管道、供热管道以及供气管道的属性描述，包括冷阀门、热阀门以及气阀门(以天然气阀门为例)的属性描述，具体如下表4-15。
[0145]
表4
[0146]
热源类属性描述
[0147][0148][0149]
表5
[0150]
冷源类属性描述
[0151][0152]
表6
[0153]
天然气源类属性描述
[0154]
[0155][0156]
表7
[0157]
热负荷类属性描述
[0158]
[0159][0160]
表8
[0161]
冷负荷类属性描述
[0162][0163][0164]
表9
[0165]
天然气负荷类属性描述
[0166][0167]
表10
[0168]
供热管道类属性描述
[0169]
[0170][0171]
表11
[0172]
供冷管道类属性描述
[0173][0174]
表12
[0175]
供气管道类属性描述
[0176][0177][0178]
表13
[0179]
供热阀门类属性描述
[0180][0181]
表14
[0182]
供冷阀门类属性描述
[0183][0184][0185]
表15
[0186]
天然气阀门类属性描述
[0187][0188]
进一步的，上述单质能流层的多能拓扑模型用于建立单质能流层标准化模型的拓扑连接关系，具体的，如图5所示，构建单质能流层的多能拓扑模型，具体包括：
[0189]
p1构建冷源输送模型的拓扑模型,包括：
[0190]
采用coldterminal等效定义冷源端子；
[0191]
采用coldconnectivitynode等效定义冷源连接节点；
[0192]
每个coldterminal与coldconnectivitynode建立连接，多个coldterminal与所述冷源输送模型建立连接，得到冷源输送模型的拓扑模型。
[0193]
p2构建热源输送模型的拓扑模型，包括：
[0194]
采用heatterminal等效定义热源端子；
[0195]
采用heatconnectivitynode等效定义热源连接节点；
[0196]
每个heatterminal与heatconnectivitynode建立连接，多个heatterminal与所述热源输送模型建立连接，得到热源输送模型的拓扑模型。
[0197]
p3构建气源输送模型的拓扑模型，包括：
[0198]
采用gasterminal等效定义气源端子；
[0199]
采用gasconnectivitynode等效定义气源连接节点；
[0200]
每个gasterminal与gasconnectivitynode建立连接，多个gasterminal与所述气源输送模型建立连接，得到气源输送模型的拓扑模型。
[0201]
p4将冷源输送模型的拓扑模型、热源输送模型的拓扑模型以及气源输送模型的拓扑模型与现有电源输送模型的拓扑模型形成单质能流层的多能拓扑模型。
[0202]
其中，如图5所示，现有电源输送模型的拓扑模型包括：
[0203]
采用terminal等效定义电源端子；
[0204]
采用connectivitynode等效定义电源连接端子；
[0205]
每个terminal与connectivitynode建立连接，多个terminal与现有电源输送模型建立连接，得到电源输送模型的拓扑模型。
[0206]
说明：传统的电源和电负荷是单端子设备，而本发明建立的冷热源/荷，可以是单端子设备(忽略回水网络)，也支持双端子设备(考虑回水网络)，气源/气荷一般为单端子设备。
[0207]
进一步的，上述单质能流层的多能量测模型构建方法，具体包括如下步骤：
[0208]
定义单质能流层内冷源、热源以及气源的量测类型，量测类型包括温度、压力、流量、功率、阀门开度以及阀门的位置；
[0209]
建立量测类型与单质能流层内冷源、热源以及气源的关联关系，得到单质能流层内冷源、热源以及气源的量测模型；
[0210]
冷源、热源以及气源的量测模型与现有电源量测模型形成单质能流层的多能量测模型。
[0211]
其中，建立量测类型与单质能流层内冷源、热源以及气源的关联关系包括：
[0212]
将量测直接与冷源、热源以及气源相关联；
[0213]
量测通过对应源的端子与冷源、热源以及气源建立连接。
[0214]
如下表16举例说明冷、热、气源中量测的关联方式：
[0215]
表16
[0216][0217][0218]
其中，“√”表示关联，
“×”
表示不关联
[0219]
需要说明的是，上述表16中，除了冷/热/气端点采用的是量测设备通过对应的源端子与冷源、热源以及气源建立连接，其余都是采用直接将量测设备设置在冷源、热源以及气源本身的方式建立连接。
[0220]
上述单质能流层之间关联关系需要通过多能耦合设备建立，综合能源系统中存在着大量不同类型的耦合设备(电-热、电-气、气-热、电-冷等)，即使同一类型的耦合设备，也存在不同的型号和实现原理，比如同样的电制热功能，空调与电采暖的原理和参数就不尽相同，为了确保多能耦合标准化建模的可扩展性和复用性，需要提炼各种耦合设备的“共性”特征，从“共性”中寻找“个性”上的差异，因此，本发明提供一种基于聚合-派生关系的多能耦合层模型，包括：多能耦合抽象类和多能耦合设备类，并提出一种基于聚合-派生关系的多能耦合层建模方法，通过聚合来凝练共性，通过派生来体现个性，具体如下：
[0221]
根据能流转换关系不同，将源、荷聚合成不同类型的多能耦合抽象类；
[0222]
根据能流转换的方式不同，所述不同的多能耦合抽象类派生出不同的多能耦合设备类。
[0223]
具体的基于聚合-派生的多能耦合层标准化建模示意图如图6所示，包括：
[0224]
s1：将电负荷energyconsumer和热源heatsource聚合得到第一耦合抽象类p2h；所述第一耦合抽象类p2h派生第一耦合设备，所述第一耦合设备包括热泵和电热器。
[0225]
s2：将电负荷energyconsumer、气源gassource聚合得到第二耦合抽象类p2g；所述第二耦合抽象类p2g派生第二耦合设备，所述第二耦合设备包括电解池。
[0226]
s3：将电负荷energyconsumer、冷源coldsource聚合得到第三耦合抽象类p2c；所述第三耦合抽象类p2c派生第三耦合设备，所述第三耦合设备包括电制冷机。
[0227]
s4：将热负荷heatconsumer、冷源coldsource聚合得到第四耦合抽象类h2c；所述第四耦合抽象类h2c派生第四耦合设备，所述第四耦合设备包括溴化锂机组。
[0228]
s5：将热负荷heatconsumer、热源heatsource聚合得到第五耦合抽象类h2h；所述第五耦合抽象类h2h派生第五耦合设备，所述第五耦合设备包括热换热机组。
[0229]
s6：将热源heatsource、冷源coldsource、电源generatingunit以及气负荷gasconsumer聚合得到第六耦合抽象类g2chp；
[0230]
所述第六耦合抽象类g2chp派生第六耦合设备，所述第六耦合设备包括cchp机组。
[0231]
s7：将热源heatsource、冷源coldsource以及气负荷gasconsumer聚合得到第七耦合抽象类g2ch；
[0232]
所述第七耦合抽象类g2ch派生第七耦合设备，所述第七耦合设备包括直燃机。
[0233]
s8：将气源gassource、气负荷gasconsumer聚合得到第八耦合抽象类g2g；所述第八耦合抽象类g2g派生第八耦合设备，所述第八耦合设备包括储气罐。
[0234]
s9：将热源heatsource、气负荷gasconsumer聚合得到第九耦合抽象类g2h；所述第九耦合抽象类g2h派生第九耦合设备，所述第九耦合设备包括燃气锅炉。以p2h(power to heat)类为例，图7给出了p2h类的聚合形式和它派生的设备。
[0235]
其中热泵、电热器(示例电锅炉、电暖器)均是通过消耗电能进行发热的设备，这是其共有的特性，因此为了对有“电制热”特性的设备进行归类，抽象出了父类p2h类，各个设备从均由p2h类进行派生；p2h类作为“电制热”设备的集合，是由电负荷energyconsumer和热源heatsource聚合而成的，因此p2h类既有自身的属性，也集成了热源和电负荷的属性，表17列举了p2h类的属性。
[0236]
表17
[0237][0238]
储能是综合能源系统的一个重要的环节，对提高系统运行灵活性，实现削峰填谷具有重要意义，因此进一步的，上述多能耦合层模型构建方法，还包括，
[0239]
根据耦合设备储能需求，耦合抽象类还包括储能单元，储能单元承载储能的属性描述，属性描述包括共性参数和个性特征；
[0240]
储能单元与耦合设备进行关联。
[0241]
具体的，储能单元的属性描述见下表18，其中个性特征为储能单元类型：
[0242]
表18
[0243]
[0244][0245]
储能单元类型具体如下表19：
[0246]
表19
[0247][0248]
站在不同能源系统储能的差异性角度，电力储能一般为单端口设备，通过同一个端口可以实现设备与系统能量的双向交换，而冷热气系统的储能一般为多端口设备，每个端口所关联的能流也不一定相同，并且每个端口的能量传递一般是单向的。
[0249]
储能单元与耦合设备连接紧密程度使得储能单元存在掩盖其源荷特性、展现其源-荷特性两种运行形态。前者通常关联到耦合设备上，即储能单元直接设置在耦合设备内，无法展示其源-荷特性，比如说：储热式电采暖设备，可以抽象为一个p2h容器，并且该p2h需要关联一个储热单元以承载储能的模型参数及运行变量。后者储能单元独立于耦合设备外部并与耦合设备连接，储能单元既可以作为“荷”为系统消纳多余的能量，也可以作为“源”为系统供给能量。图8为储能单元的源荷特性图，包括掩盖其源荷特性、展现其源-荷特性两种运行形态。
[0250]
具体的，本发明以天然气储气罐和储热式电采暖这两类较常见的多能设备来分析其建模过程，具体如下：
[0251]
例1：天然气储气罐装置
[0252]
天然气储气罐模型分成进气口、罐体和出气口三部分构成，并建立成1个容器，分别由气负荷、储气单元和气源三部分聚合而成，储气单元是储气罐的一部分，如图9所示。
[0253]
其中储气罐既可以作为气源，在系统供气的不足的情况下为系统提供天然气，也可以作为气负荷在系统供气充足的情况下，将系统内多余的气体进行存储。因此它是一个典型的“气-气”(g2g)类设备，即储气罐类继承于g2g类。图10展示了储气罐的建模方法。
[0254]
储气罐进气口相关的属性参数与运行变量主要通过进气口抽象成的气负荷来描
述，储气罐出气口相关的属性参数与运行变量主要通过气源来描述，1个储气罐以关联多个气源(有多个出气口)或多个气负荷(有多个进气口)，罐体相关的属性参数或状态变主要通过储能单元来描述。储气罐的属性描述如表20所示：
[0255]
表20
[0256][0257]
例2：储热式电采暖
[0258]
储热式电采暖是北方冬季电取暖的一种主要设备，其一般运行模式是：利用低谷电来制热，把多余的热量存储，为全天提供供暖，通过引入储能环节，可实现电-热系统的解耦运行，图11是储热式电采暖的结构示意图。
[0259]
储热式电采暖由电负荷、储热单元、热源构成。储热单元是电采暖的一部分，特别地，由于储热单元与电采暖设备耦合紧密，电采暖产生的热量直接存入到罐体中，进而进行供暖，因此结构图中未能展现出储热单元的源-荷特性。表21列举了储热式电采暖类的属性描述：
[0260]
表21
[0261][0262]
类似于储气罐，通过电负荷来描述该装置与电网的交互特性，通过热源来描述该装置与热网的交互特性，装置本体的储能特性通过储能单元来描述。
[0263]
应用案例：
[0264]
基于上述分析研究与标准化建模，本发明还提供了综合能源系统标准化模型生成模块，并集成到园区综合能源管理系统，在某北方园区在线使用。该模块通过读取冷/热/电/气的源-网-荷类数据、耦合设备类数据及量测类数据，最终以标准化的语言了进行输出，实现了热电冷气多能流系统模型的标准化表达与信息交互。
[0265]
园区级场景应用情况：
[0266]
该园区集冷、热、电、气等多种能源生产、传输、消费、存储于一体，其中，冷、热在园区内平衡，电能可通过园区联络线从电网购入、但不能返送；天然气通过管道输入园区，用于内燃机、燃气锅炉、直燃机等耗气设备。其输电系统、供热系统、供冷系统和天然气系统的部分实际接线图如图12所示。
[0267]
图13建立了该园区的综合能源系统拓扑连接关系，其中三角形代表荷，圆形代表
源，实心圈和空心圈分别是不同系统的端子类和节点类实例，实线、虚线、点画线、长画线分别代表输电线路/管道、天然气管道、供冷管道、供热管道。
[0268]
该模型通过对不同能源子网进行拓扑分析，对园区内的耦合设备在相连的能源子网中分别建立对应的源、荷模型，源、荷参与各能源子网的拓扑分析，但耦合设备不作为连接设备参与拓扑分析。在多能流场景下进行计算时，只需满足耦合设备的外特性需求，即可通过冷、热、电、气等能源子网的边界量进行迭代完成计算。
[0269]
下表阐述了园区实际存在的多能耦合设备与单能流输送设备的关联关系，以内燃机为例：将内燃机等效为“气负荷、电源、热源”，内燃机作为容器，通过气负荷、电源、热源来参与系统的拓扑。其余多能耦合设备及其特性如下表22所示。
[0270]
表22多能耦合设备及其特性
[0271][0272]
其中，“√”表示该耦合设备与该源或荷相关联，
“×”
表示该耦合设备与该源或荷不关联。
[0273]
城市级场景应用情况：
[0274]
针对城市级场景的应用，其建模方法和园区级场景相同。如图14所示为北方某城市市区供热示意图，包含了6个供热节点。
[0275]
该模型通过对不同能源子网进行拓扑分析，对该城市供热设备的耦合设备在相连的能源子网中分别建立对应的源、荷模型，源、荷参与各能源子网的拓扑分析，但耦合设备不作为连接设备参与拓扑分析。在进行多能计算时，只需满足耦合设备的外特性需求，即可通过不同能源子网的边界量进行迭代完成计算。通过读取源-网-荷类数据、耦合设备类数据及量测类数据，最终以标准化的语言进行输出，实现了多能系统标准化表达与信息交互。
[0276]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。