本发明属于综合能源系统能量品质分析，涉及综合能源系统领域、综合能源系统有效能利用领域、电力系统领域、热力系统领域、天然气系统领域，特别涉及一种综合能源系统量质协同状态估计方法。
背景技术：
1、目前，“双碳”战略目标引领能源电力领域加快转型升级步伐，数字化、智能化和清洁化是能源产业实现高质量发展的必然要求，促使社会不断追求更高的能源利用水平。能量具有“数量守恒”和“品质不守恒”两重属性，是能量品质的核心物理量，是指系统中可用于做功的那部分能量，直接反映了能量品质的高低，电能、机械能可完全转变为机械功，所以是高品质能量；热能只有部分可转变为机械功，因此为低品质能量；温度高的热能比温度低的热能具有更高的品质。关注能量多少的同时，也应该关注其做功能力的高低，能量利用的本质就是“的利用”。随着能源互联网兴起和新能源规模化增长，以综合能源系统(integrated energy system,ies)为代表的多能系统耦合日趋紧密，能源系统存在损较大、高品质电能低质利用、热能不匹配利用等问题，且日渐突出，造成了大量的能源资源浪费。同时，基于传统多能流能量管理的ies能效提升手段，并不能够完全兼顾的利用效率，ies整体或局部能量的“数量”和“品质”属性可能存在互斥性，应当在未来的ies研究中予以足够重视。
2、在过去的大量研究中，不论是ies静态状态估计，还是ies动态状态估计，现有相关文献对具有流分析功能的ies状态估计研究讨论尚属空白，均未提出或实现对能流参数和流参数的协同估计。
3、综上所述，ies状态估计为ies能流模型以及ies能量管理系统的高级应用提供了完整、可信的能流参数支撑，而在ies流模型以及考虑能量品质的高级应用中，尚未建立一种可提供可信、可靠、可用的能流参数和流参数的计算模块。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，解决现有技术中进行综合能源系统流计算、能流安全分析与安全分析、能流经济调度与经济调度、最优能流与最优流、能量市场交易与交易、量质协同综合评估等高级应用时，缺少完整、可信的能流参数和流参数的问题。提供一种综合能源系统量质协同状态估计方法，基于综合能源系统能流稳态模型和流稳态模型，建立了静态的综合能源系统量质协同状态估计模型；本发明可利用程终端控制系统(rtu)集采的综合能源系统量测值向量数据，估计出综合能源系统中关键环节或所有环节的能流参数和流参数分布情况，为综合能源系统流计算、能流安全分析与安全分析、能流经济调度与经济调度、最优能流与最优流、能量市场交易与交易、量质协同综合评估等高级应用提供数据支撑。
2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种综合能源系统量质协同状态估计方法，包括：
4、s1.基于远程终端控制系统rtu，集采综合能源系统ies量测值向量，包括电力系统量测值向量、天然气系统量测值向量、热力系统量测值向量；
5、s2.基于最小二乘法，建立电力系统静态量质协同状态估计模型，求解得到电力系统势幅值v、相角θ的估计值，并得到耦合节点的电能；
6、s3.对耦合节点也即能源站，建立流集线器模型，基于耦合节点的电能，利用能源站的电能与耗气量的交互关系，修正耦合节点耗气量；
7、s4.基于最小二乘法，建立含负荷零约束伪量测方程的天然气系统静态量质协同状态估计模型，求解得到节点气压pi和气负荷eg,i的估计值，并得到耦合节点的气负荷；
8、s5.利用步骤s3建立的流集线器模型，基于耦合节点的气负荷与热功率的交互关系，修正耦合节点热功率；
9、s6.基于最小二乘法，建立含负荷零约束伪量测方程的热力系统静态量质协同状态估计模型，求解得到管道介质流量mh及供水温度ts、出口温度to、回水温度tr及热力非平衡节点流eh,i的估计值；其中出口温度也即非平衡节点温度，回水温度也即平衡节点温度。
10、进一步的，步骤s1中，
11、所述电力系统量测值向量包括节点势vmea、支路有功功率支路无功功率节点有功功率pimea、节点无功功率
12、所述天然气系统量测值向量包括节点气压管道气流量节点耗气量
13、所述热力系统量测值包括：通过实际量测获得的管道介质流量节点流量供水温度tsmea、出口温度tomea、回水温度trmea，及通过虚拟量测获得的平衡节点热功率和非平衡节点热功率其中上角标mea用以指代各指标为通过实际量测获得的量测值。量测值是带有误差的管道介质流量；估计值是经过本发明方法处理后，降低了误差的管道介质流量；
14、进一步的，步骤s2中，所述电力系统静态量质协同状态估计模型为：
15、
16、式中：je(xe)表示电力系统的所有量测值与估计值之差的加权平方和；xe为电力系统的状态量向量；ze为电力系统的量测值向量；h(xe)为电力系统的估计值向量；re为电力系统的量测误差的协方差矩阵；se(x)为综合能源系统ies满足的电力系统等式约束条件集合；
17、电力系统的状态量向量以节点势的幅值v和相角θ构造的状态量向量为：
18、xe＝[v；θ] (19)
19、以节点势vmea、支路有功功率支路无功功率节点有功功率pimea、节点无功功率qimea构造的量测值向量为：
20、
21、进一步的，步骤s3中流集线器模型能够统一揭示能流、碳流、流、熵增流在能源站内分布情况，表征能源站的能流与流交互关系，具体为：
22、
23、式中：xu为设备-支路关联矩阵；xi和xo分别为输入和输出端口-支路关联矩阵；xn为联络节点-支路关联矩阵；vb为内部支路流列向量；vu为广义源/阻列向量；vi和vo分别为输入和输出流列向量；vn为联络节点注入流列向量。
24、进一步的，步骤s4中，含负荷零约束伪量测方程的天然气系统静态量质协同状态估计模型为：
25、
26、式中：jg(xg)表示电力系统的所有量测值与估计值之差的加权平方和；xg为天然气系统的状态量向量；zg为天然气系统的量测值向量；h(xg)为天然气的估计值向量；rg为天然气系统的量测误差的协方差矩阵；sg(x)为综合能源系统ies满足的天然气系统等式约束条件集合；
27、天然气系统流稳态模型包括节点流平衡和气压-流方程：
28、
29、式中：eg,n为天然气的源荷向量；ag为天然气系统的节点-支路关联矩阵；eg为天然气管道流向量；ppr1和ppr2分别为天然气管道两端的气压；dg和lg分别为天然气管道直径和长度；e为效率因子，取0.8～1；eg,l、eg,m和eg,h分别为低压、中压和高压天然气系统的节点流；pg,l、pg,m和pg,h分别为低压、中压和高压天然气系统的势；后三个公式为不同气压下的气压-流方程，分别为类lacey流方程、类polyflo流方程和类panhandle a流方程；
30、低压、中压和高压天然气系统满足对应的气压-气流方程以及气压-流方程，由式(6)得到不同气压下的天然气节点流：
31、
32、式中：pi和pj分别为i、j节点的节点气压；sij为管道内天然气流动方向；ωi为与节点i相连的节点j的集合；kij为管道常数，由下式计算：
33、
34、以低压天然气系统为例，节点气压pi和非平衡节点负荷eg,i为状态量；节点气压pimea、管道气流量节点耗气量mimea以及非平衡节点负荷eg,i构造的零等式约束伪量测为量测量，和为各量测量对应的量测误差，各量测量和状态量的关系表示为：
35、
36、构造关于天然气系统非平衡节点负荷的零约束伪量测方程：
37、
38、进一步的，步骤s6中，所述含负荷零约束伪量测方程的热力系统静态量质协同状态估计模型：
39、
40、式中：jh(xh)表示热力系统的所有量测值与估计值之差的加权平方和；xh为热力系统的状态量向量；zh为热力系统的量测值向量；h(xh)为热力系统的估计值向量；rh为热力系统的量测误差的协方差矩阵；sh(x)为综合能源系统ies满足的热力系统等式约束条件集合；
41、热力系统流稳态模型是构建非平衡节点负荷的零约束伪量测方程的基础，由水力模型、热力-流模型刻画，包括：
42、
43、式中：为热源供给某节点/某节点负荷消耗的介质流量；为流入对应节点总介质流量；流出对应节点的总介质流量；hf为各热力管段首末两端的水头之差，即水头损失；kh为由管径决定的热力管道阻力系数向量；为热力管道介质流量向量；hf为水头损失向量；tstart和tend分别为管段的首末端温度；ta为环境温度；λ为单位管段的传热系数；lh为热力管段长度；mh为管道介质流量的估计值；cp为介质的比热容；tout为节点的介质温度；tin为流入节点的各管段末端介质温度；和分别为流入节点、流出节点的各管道介质流量；节点势ph,t由相应节点所对应的温度t和环境温度ta计算得到，基于此，将供水节点、回水节点和出口节点所对应的温度和环境温度分别代入节点势ph,t的计算式中得到水节点势ph,s、回水节点势ph,r和出口节点的势ph,o；eh,source和eh,load分别为热源和热负荷；mh,s、mh,l分别为热源节点和负荷节点的介质流量；
44、节点热功率方程：
45、
46、式中：φh,source和φh,load分别为热源节点热功率和负荷节点热功率；ts为节点供热温度；tr节点回热温度；to为节点出口温度；
47、由式(12)和式(13)可得到节点热功率、节点流、节点温度、管道介质流量之间关系如下：
48、
49、式中：φh,source和φh,load分别为热源、热负荷节点的热功率；eh,source和eh,load分别为热源和热负荷；
50、以管道介质流量mh、供水温度ts、出口温度to、回水温度tr以及热力非平衡节点流eh,i的估计值为状态量；以管道介质流量节点流量供水温度tsmea、出口温度tomea、回水温度trmea为实际量测量，预测得到的平衡节点热功率和非平衡节点热功率为虚拟量测量，以及非平衡节点负荷eh,i构造的零等式约束伪量测，共同构成量测量；热力系统的各量测量和状态量的关系表示为：
51、
52、式中：∑mh,i表示所有与节点i相连的热力管道介质流量之和；mh,q为节点的介质流量；和为各量测量对应的量测误差；
53、同时根据热和热的和等于能量的等式关系，构造由非平衡节点热功率非平衡节点负荷eh,i、非平衡节点温度组成的伪量测方程：
54、
55、热力系统非平衡节点负荷的零约束伪量测方程：
56、
57、式中：为各量测量对应的量测误差。
58、本发明还提供一种综合能源系统量质协同状态估计装置，包括：
59、数据采集单元，用于通过远程终端控制系统rtu，集采综合能源系统ies量测值向量，包括电力系统量测值向量、天然气系统量测值向量、热力系统量测值向量；
60、模型生成单元，用于生成电力系统静态量质协同状态估计模型、天然气系统静态量质协同状态估计模型、热力系统静态量质协同状态估计模型；
61、计算单元，用于求解电力系统静态量质协同状态估计模型得到电力系统势幅值v、相角θ的估计值，并得到耦合节点的电能；求解天然气系统静态量质协同状态估计模型得到节点气压pi和气负荷eg,i的估计值，并得到耦合节点的气负荷；求解热力系统静态量质协同状态估计模型得到管道介质流量mh、供水温度ts、出口温度to、回水温度tr，以及热力非平衡节点流eh,i的估计值；其中出口温度也即非平衡节点温度，回水温度也即平衡节点温度；
62、求解单元，用于通过耦合节点之间也即能源站之间的电能-耗气量、气负荷-热功率的交互关系，修正耦合节点的耗气量、热功率，实现综合能源系统量质协同状态估计的分布式求解。
63、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述综合能源系统量质协同状态估计方法的步骤。
64、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述综合能源系统量质协同状态估计方法的步骤。
65、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
66、1.综合考虑能量“量”与“质”的差异：本发明不仅提供完整可信的能流参数，还提供完整可信的流参数。传统的综合能源系统状态估计方法仅关注能量的数量，而忽略了能量品质的差异。本发明兼顾了综合能源系统中不同形式能量的“量”和“质”，从而实现更加全面和精确的状态估计。
67、2.量质协同分析的数据基础：本发明基于综合能源系统能流稳态模型和流稳态模型，能够明晰综合能源系统中关键环节的能流参数和流参数，为综合能源系统的量质协同分析提供了坚实的数据基础。这有助于提高能源利用效率，减少能源浪费。
68、3.广泛的应用前景：随着能源互联网的发展和多种能源耦合的日益紧密，目前能源系统中存在损较大、高品质电能低质利用、热能不匹配利用等问题，造成了大量的能源资源浪费；本发明的量质协同状态估计方法能够有效解决这些问题，提高能源系统的整体效能和经济性。
69、4.支持高比例新能源接入：在大量绿电、绿氢、地热等可再生能源被开发利用的背景下，本发明的方法能够为高比例新能源接入下的综合能源系统规划、运行、市场交易等方面提供可靠的数据基础。特别是以光伏、风电为主的绿电占比日益增大的情况下，本发明的方法显得尤为重要。
70、5.满足用户和能源供应端的高要求：用户对能量品质的要求不断提高，综合能源供应端对综合能源系统状态估计基础数据的高效维护以及综合能源系统在线安全分析与多能运行调度水平提出了更高的要求。本发明的方法能够满足这些需求，支持未来ies能量管理系统进一步提升能量品质或新增流分析功能模块。
71、综上，本发明提供的综合能源系统量质协同状态估计方法，不仅提高了综合能源系统的能量利用效率，还为未来能源系统的发展提供了重要的技术支持，具有显著的经济和社会效益。
1.一种综合能源系统量质协同状态估计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种综合能源系统量质协同状态估计方法，其特征在于，步骤s1中，
3.根据权利要求1所述一种综合能源系统量质协同状态估计方法，其特征在于，步骤s2中，所述电力系统静态量质协同状态估计模型为：
4.根据权利要求1所述一种综合能源系统量质协同状态估计方法，其特征在于，步骤s3中流集线器模型能够统一揭示能流、碳流、流、熵增流在能源站内分布情况，表征能源站的能流与流交互关系，具体为：
5.根据权利要求1所述一种综合能源系统量质协同状态估计方法，其特征在于，步骤s4中，含负荷零约束伪量测方程的天然气系统静态量质协同状态估计模型为：
6.根据权利要求1所述一种综合能源系统量质协同状态估计方法，其特征在于，步骤s6中，所述含负荷零约束伪量测方程的热力系统静态量质协同状态估计模型：
7.根据权利要求1所述一种综合能源系统量质协同状态估计装置，其特征在于，包括：
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6任一项所述综合能源系统量质协同状态估计方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述综合能源系统量质协同状态估计方法的步骤。
