本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法，首先輸入天然氣子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管道的參數(shù)值；然后設(shè)定環(huán)路流量初值以此計(jì)算環(huán)路壓強(qiáng)差，并判斷環(huán)路壓強(qiáng)差是否收斂，若收斂則直接通過(guò)牛頓法計(jì)算天然氣網(wǎng)絡(luò)管道流量和各節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)，否則通過(guò)計(jì)算出雅可比矩陣和解修正方程，修正管道壓強(qiáng)差；接下來(lái)計(jì)算并判斷適應(yīng)度函數(shù)fit的數(shù)值是否大于2，若大于2，則將環(huán)路流量作為初始值，否則形成新的種群，直至適應(yīng)度函數(shù)fit的數(shù)值大于2。本發(fā)明專利技術(shù)通過(guò)遺傳算法和牛頓初值選擇定理選取計(jì)算初值，可以在工程實(shí)際應(yīng)用中面對(duì)管網(wǎng)復(fù)雜的情況時(shí)，既提高算法效率，減少計(jì)算時(shí)間，又使天然氣子系統(tǒng)的能流計(jì)算結(jié)果必然收斂。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法
本專利技術(shù)屬于綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算
，具體涉及一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法。
技術(shù)介紹
綜合能源系統(tǒng)作為一種多能源耦合系統(tǒng)，對(duì)于它的能流計(jì)算研究多是側(cè)重于對(duì)于它的研究多是關(guān)于穩(wěn)態(tài)建模與分析、運(yùn)行策略優(yōu)化、靜態(tài)安全分析等。參考文獻(xiàn)[1]提出適用的多能流計(jì)算方法，并且進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，參考文獻(xiàn)[2]借鑒天然氣系統(tǒng)中穩(wěn)態(tài)分析方法，對(duì)天然氣系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)求解，從而探究電氣互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析方法，最后分析天然氣網(wǎng)自身狀態(tài)發(fā)生變化對(duì)整體系統(tǒng)的影響。當(dāng)前現(xiàn)有的天然氣系統(tǒng)部分的能流計(jì)算方法一般為節(jié)點(diǎn)法和環(huán)路法，環(huán)路法因其準(zhǔn)確性較高，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小而得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)于環(huán)路法中的非線性方程組需要用牛頓法來(lái)求解。牛頓法具有二階收斂的特性，但對(duì)初值的選取要求比較高，并且潮流計(jì)算收斂的迭代次數(shù)也因初值選取的不同有很大變化，甚至?xí)捎诔踔档倪x取不當(dāng)而不收斂。因此，初值的選取和收斂性的判斷是影響牛頓法潮流計(jì)算收斂性和收斂時(shí)間的根本性問(wèn)題之一，也決定了天然氣系統(tǒng)能流計(jì)算最后是否有解，現(xiàn)有的文獻(xiàn)并未對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行解決。遺傳算法是一種隨機(jī)化搜索方法，是自然界的進(jìn)化規(guī)律(適者生存，優(yōu)勝劣汰遺傳機(jī)制)為基礎(chǔ)演化而來(lái)的。其特點(diǎn)在于可以直接對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行操作，不存在函數(shù)連續(xù)性和求導(dǎo)的限定；采用概率化的尋優(yōu)方法，能自動(dòng)獲取和指導(dǎo)優(yōu)化的捜索空間，自適應(yīng)地調(diào)整搜索方向，不需要確定的規(guī)則；具有更好的全局尋優(yōu)能力。算法的全局尋優(yōu)能力可以為計(jì)算提供合理的初值，同時(shí)算法在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算選取初值的合理性已經(jīng)得到很好的驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)：[1]王英瑞,曾博,郭經(jīng),史佳琪,張建華.電–熱–氣綜合能源系統(tǒng)多能流計(jì)算方法[J].電網(wǎng)技術(shù),2016,40(10):2942-2951.[2]王偉亮,王丹,賈宏杰,陳沼宇,郭炳慶,周海明,范孟華.考慮天然氣網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的電力–天然氣區(qū)域綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2017,37(05):1293-1305.
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為：一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法，所述綜合能源系統(tǒng)為電-氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)，所述方法包括：步驟1：輸入天然氣網(wǎng)絡(luò)管道的參數(shù)值；步驟2：各環(huán)路流量初始化種群，給定環(huán)路流量初值；步驟3：設(shè)定迭代次數(shù)K＝0；步驟4：以環(huán)路流量初值計(jì)算環(huán)路壓強(qiáng)差，并判斷環(huán)路壓強(qiáng)差是否收斂，若收斂則轉(zhuǎn)步驟10，否則轉(zhuǎn)步驟5；步驟5：計(jì)算雅可比矩陣J各元素，并解修正方程，修正環(huán)路壓強(qiáng)差；步驟6：K＝K+1,判斷K是否大于2，若大于2則轉(zhuǎn)步驟7；否則轉(zhuǎn)步驟5；步驟7：采用適應(yīng)度函數(shù)fit計(jì)算種群中每個(gè)染色體的適應(yīng)度值,并判斷是否存在適應(yīng)度值大于2的染色體，若存在則轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)步驟8；步驟8：通過(guò)個(gè)體選擇、交叉和變異，形成新種群，轉(zhuǎn)步驟7；步驟9：將種群中適應(yīng)度值大于2的染色體數(shù)值設(shè)置為各自對(duì)應(yīng)參數(shù)的初值；步驟10：進(jìn)行牛頓法潮流計(jì)算，計(jì)算天然氣網(wǎng)絡(luò)管道流量和各節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)。上述的步驟2中，將遺傳算法嵌入環(huán)路法計(jì)算天然氣子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的初始部分，具體為：將各環(huán)路流量初始化種群，規(guī)模為N，N隨天然氣子系統(tǒng)環(huán)路數(shù)目的增多而增多；環(huán)路i的流量表示為Qi，并將其編碼為染色體；從而遺傳算法的染色體表述為：Ci＝(Q1,Q2,…,Qi)，其中，Qimin≤Qi≤Qimax,i＝1,2,…N；Qimin指環(huán)路流量的最小值，Qimax指環(huán)路流量的最大值。遺傳算法中的染色體代表牛頓潮流計(jì)算的初值并服從于最優(yōu)化問(wèn)題的約束。上述的步驟7中，采用如下適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算種群中每個(gè)染色體的適應(yīng)度值：fit為適應(yīng)度函數(shù)，F(xiàn)為潮流方程，J0，J1，J2分別為初始和第一次和第二次計(jì)算的雅可比矩陣，ρ為潮流計(jì)算收斂算子。上述的步驟8中，個(gè)體選擇方法為：步驟8.1：選取兩個(gè)個(gè)體：步驟8.2：計(jì)算并比較選取個(gè)體的適應(yīng)度值，如果兩個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值相同，則選取兩個(gè)個(gè)體中的任意一個(gè)個(gè)體放入配對(duì)庫(kù)中，否則選取適應(yīng)度值大的個(gè)體放入配對(duì)庫(kù)中，并淘汰適應(yīng)度值小的個(gè)體，即f′m＝max{f′i,f′j}；步驟8.3：重復(fù)步驟8.1-8.2，直至配對(duì)庫(kù)中包含1/2N個(gè)體為止。上述的步驟8中，交叉過(guò)程為：選擇兩個(gè)個(gè)體為父代，在母代隨機(jī)選取若干基因按照如下概率進(jìn)行兩點(diǎn)交叉雜交：Pc是交換概率，favg是初始適應(yīng)度的均值，fmax是初始適應(yīng)度的最大值，f'是為克服早熟現(xiàn)象采用線性定標(biāo)原則定標(biāo)后的適應(yīng)度函數(shù)，k1，k2為常數(shù)。每個(gè)進(jìn)行交配的父代染色體，交換部分基因，產(chǎn)生兩個(gè)新的子代染色體，子染色體取代父代染色體進(jìn)入新種群，沒(méi)有進(jìn)行交配的染色體直接復(fù)制進(jìn)入新種群。上述的步驟8中，變異過(guò)程為：在新種群中選取一個(gè)新的個(gè)體作為母代，若干基因按照如下概率對(duì)新的種群中染色體的基因進(jìn)行變異操作：pm是變異概率，favg是初始適應(yīng)度的均值，fmax是初始適應(yīng)度的最大值，f'是為克服早熟現(xiàn)象采用線性定標(biāo)原則定標(biāo)后的適應(yīng)度函數(shù)，k3，k4為常數(shù)。發(fā)生變異的基因數(shù)值發(fā)生改變，變異后的染色體取代原有染色體進(jìn)入新種群，未發(fā)生變異的染色體直接進(jìn)入新的種群。本專利技術(shù)具有以下有益效果：本專利技術(shù)通過(guò)遺傳算法和牛頓初值選擇定理選取計(jì)算初值，可以在工程實(shí)際應(yīng)用中面對(duì)管網(wǎng)復(fù)雜的情況時(shí)，既提高算法效率，減少計(jì)算時(shí)間，又使天然氣子系統(tǒng)的能流計(jì)算結(jié)果必然收斂。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)的流程示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本專利技術(shù)的一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法，所述綜合能源系統(tǒng)為電-氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)，所述方法為：首先輸入天然氣子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管道的參數(shù)值；然后設(shè)定環(huán)路流量初值以此計(jì)算環(huán)路壓強(qiáng)差，并判斷其是否收斂，若是收斂則直接通過(guò)牛頓法計(jì)算天然氣網(wǎng)絡(luò)管道流量和各節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)，否則通過(guò)計(jì)算出雅可比矩陣和解修正方程，修正管道壓強(qiáng)差；接下來(lái)借用遺傳算法中描述個(gè)體適應(yīng)度的函數(shù)來(lái)判斷修正結(jié)果的準(zhǔn)確性，判斷適應(yīng)度函數(shù)fit的數(shù)值是否大于2，若大于2，則將環(huán)路流量作為初始值，否則通過(guò)遺傳算法形成新的種群，直至適應(yīng)度函數(shù)fit的數(shù)值大于2。參見(jiàn)圖1，本專利技術(shù)的一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法，具體包括：步驟1：輸入天然氣網(wǎng)絡(luò)管道的參數(shù)值；步驟2：各環(huán)路流量初始化種群，給定環(huán)路流量初值；步驟3：設(shè)定迭代次數(shù)K＝0；步驟4：以環(huán)路流量初值計(jì)算環(huán)路壓強(qiáng)差，并判斷環(huán)路壓強(qiáng)差是否收斂，若收斂則轉(zhuǎn)步驟10，否則轉(zhuǎn)步驟5；步驟5：計(jì)算雅可比矩陣J各元素，并解本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法，其特征在于，所述綜合能源系統(tǒng)為電-氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)，所述方法包括：/n步驟1：輸入天然氣網(wǎng)絡(luò)管道的參數(shù)值；/n步驟2：各環(huán)路流量初始化種群，給定環(huán)路流量初值；/n步驟3：設(shè)定迭代次數(shù)K＝0；/n步驟4：以環(huán)路流量初值計(jì)算環(huán)路壓強(qiáng)差，并判斷環(huán)路壓強(qiáng)差是否收斂，若收斂則轉(zhuǎn)步驟10，否則轉(zhuǎn)步驟5；/n步驟5：計(jì)算雅可比矩陣J各元素，并解修正方程，修正環(huán)路壓強(qiáng)差；/n步驟6：K＝K+1,判斷K是否大于2，若大于2則轉(zhuǎn)步驟7；否則轉(zhuǎn)步驟5；/n步驟7：采用適應(yīng)度函數(shù)fit計(jì)算種群中每個(gè)染色體的適應(yīng)度值,并判斷是否存在適應(yīng)度值大于2的染色體，若存在則轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)步驟8；/n步驟8：通過(guò)個(gè)體選擇、交叉和變異，形成新種群，轉(zhuǎn)步驟7；/n步驟9：將種群中適應(yīng)度值大于2的染色體數(shù)值設(shè)置為各自對(duì)應(yīng)參數(shù)的初值；/n步驟10：進(jìn)行牛頓法潮流計(jì)算，計(jì)算天然氣網(wǎng)絡(luò)管道流量和各節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)。/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法，其特征在于，所述綜合能源系統(tǒng)為電-氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)，所述方法包括：
步驟1：輸入天然氣網(wǎng)絡(luò)管道的參數(shù)值；
步驟2：各環(huán)路流量初始化種群，給定環(huán)路流量初值；
步驟3：設(shè)定迭代次數(shù)K＝0；
步驟4：以環(huán)路流量初值計(jì)算環(huán)路壓強(qiáng)差，并判斷環(huán)路壓強(qiáng)差是否收斂，若收斂則轉(zhuǎn)步驟10，否則轉(zhuǎn)步驟5；
步驟5：計(jì)算雅可比矩陣J各元素，并解修正方程，修正環(huán)路壓強(qiáng)差；
步驟6：K＝K+1,判斷K是否大于2，若大于2則轉(zhuǎn)步驟7；否則轉(zhuǎn)步驟5；
步驟7：采用適應(yīng)度函數(shù)fit計(jì)算種群中每個(gè)染色體的適應(yīng)度值,并判斷是否存在適應(yīng)度值大于2的染色體，若存在則轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)步驟8；
步驟8：通過(guò)個(gè)體選擇、交叉和變異，形成新種群，轉(zhuǎn)步驟7；
步驟9：將種群中適應(yīng)度值大于2的染色體數(shù)值設(shè)置為各自對(duì)應(yīng)參數(shù)的初值；
步驟10：進(jìn)行牛頓法潮流計(jì)算，計(jì)算天然氣網(wǎng)絡(luò)管道流量和各節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2中，將遺傳算法嵌入環(huán)路法計(jì)算天然氣子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的初始部分，具體為：
將各環(huán)路流量初始化種群，規(guī)模為N，N隨天然氣子系統(tǒng)環(huán)路數(shù)目的增多而增多；
環(huán)路i的流量表示為Qi，并將其編碼為染色體；
從而遺傳算法的染色體表述為：Ci＝(Q1,Q2,…,Qi)，其中，Qimin≤Qi≤Qimax,i＝1,2,…N；Qimin指環(huán)路流量的最小值，Qimax指環(huán)路流量的最大值；
遺傳算法中的染色體代表牛頓潮流計(jì)算的初值并服從于最優(yōu)化問(wèn)題的約束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綜合能源系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算中天然氣系統(tǒng)初值計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟7中，采用如下適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算種群中每個(gè)染色體的適應(yīng)度值：
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉海濤，耿宗璞，董亮，葉筱怡，袁華駿，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京工程學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32
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