本发明属于电气仿真，尤其是一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法。
背景技术：
1、多能配电系统是一种集成了多种能源形式的高效能量系统，包括电能、燃气、热能等多种能源形式。依托于传统的配电系统，多能配电系统通过优化能源的生产与消费，提高能源的使用效率，降低对环境的影响。多能配电系统仿真提供了一种模拟和分析多能配电系统的方法。通过仿真可以评价系统在不同运行方式下的运行指标，优化系统设计，提高系统运行效率，降低系统运行成本。
2、与传统配电系统相比，由于多能配电系统包含电、气、热等多种能源形式，不同能源子系统的物理特性不同，时间常数差异较大，因此单一仿真方法难以适用于所有能源子系统。此外，随着智能设备的广泛应用，部分能源子系统表现出离散特性，传统的基于时间离散的仿真方法难以高效处理这些离散特性，从而降低了仿真效率。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，适用于具有异构特性的电-气多能配电系统动态仿真，能够根据能源子系统的不同特征选择合适的仿真方法。同时仿真方法的选择范围包括时间离散方法以及状态离散方法，并通过异步控制完成不同系统的信息同步，在保证仿真精度的前提下，具有较短的仿真用时，能够高效仿真电-气多能配电系统的动态过程。
2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
3、一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，包括以下步骤：
4、步骤1、根据选定的电-气多能配电系统进行仿真初始化；
5、步骤2、根据步骤1的仿真初始化，建立电-气多能配电系统动态模型；
6、步骤3、根据步骤2建立的电-气多能配电系统动态模型进行动态仿真，判断燃气子系统下一次更新时刻与电力子系统下一次更新时刻的大小关系，如果则待更新子系统为燃气子系统，推进当前仿真时刻tnow到燃气子系统下一次更新时刻并进行步骤4；否则待更新子系统为电力子系统，则执行步骤6；
7、步骤4、根据步骤3确定的燃气子系统下一次更新时刻，更新燃气子系统量子化状态变量及其各阶导数；
8、步骤5、更新电力对燃气子系统耦合设备的输入变量、燃气子系统状态变量及其各阶导数和燃气子系统输入变量，并进行步骤8；
9、步骤6、对电力子系统模型，推进当前仿真时刻tnow到电力子系统下一次更新时刻更新电力子系统下一次更新时刻；
10、步骤7、更新燃气对电力子系统耦合设备的输入变量、电力子系统状态变量；
11、步骤8、判断当前仿真时刻tnow是否达到仿真结束时间，若达到则结束仿真；否则返回步骤3。
12、而且，所述步骤1仿真初始化的具体实现过程为：确定选定的电-气多能配电系统的网络拓扑、元件参数、状态变量初始值和仿真控制参数。
13、而且，所述网络拓扑包括不同节点的连接关系；元件参数包括燃气子系统的管道长度、管道直径、管道摩阻系数、管道与水平方向的夹角和气体中声速，电力子系统的支路电阻和支路电抗；状态变量初始值包括燃气子系统状态变量初值以及对应的一阶、二阶和三阶导数初值，燃气子系统量子化状态变量初值以及对应的一阶和二阶导数初值，电力子系统状态变量初值；仿真控制参数包括仿真结束时间、燃气子系统的状态离散步长和电力子系统的时间离散步长；初始化当前仿真时刻tnow＝0，燃气子系统下一次更新时刻电力子系统下一次更新时刻
14、而且，所述步骤2电-气多能配电系统动态模型包括：电力子系统仿真模型、燃气子系统仿真模型和耦合设备仿真模型。
15、而且，所述电力子系统仿真模型为：
16、0＝ge(xe,ue,uge)
17、式中，ge为电力子系统代数方程；xe为电力子系统状态变量，包括节点电压，支路有功与无功功率；ue为电力子系统输入变量，包括各节点注入功率；uge为燃气对电力子系统耦合设备的输入变量；
18、燃气子系统仿真模型为：
19、
20、0＝gg(xg,ug,ueg)
21、ug＝gl(xg,ug-)
22、式中，fg为燃气子系统微分方程；gg为燃气子系统代数方程；xg为燃气子系统状态变量，包括节点压强与支路流量；ug为燃气子系统输入变量，包括各节点消耗的燃气流量；ueg为电力对燃气子系统耦合设备的输入变量；gl为燃气子系统负荷代数方程；ug-为上一时刻燃气子系统输入变量；
23、耦合设备仿真模型：
24、ueg＝geg(xe,ue)
25、uge＝gge(xg,ug)
26、式中，geg为电力对燃气子系统耦合设备代数方程，包括压缩机和电力转燃气设备；gge为燃气对电力子系统耦合设备代数方程，包括燃气轮机；ue为电力子系统输入变量；ug为燃气子系统输入变量；ueg为电力对燃气子系统耦合设备的输入变量；uge为燃气对电力子系统耦合设备的输入变量。
27、而且，所述步骤3中燃气子系统下一次更新时刻的表达式为：为燃气子系统状态变量xg的第j个分量在t时刻的值(j＝1,…,ng)，ng为燃气子系统状态变量的数量；燃气子系统状态变量及其各阶导数计算公式为：
28、
29、式中，分别为燃气子系统状态变量在时刻的一阶、二阶、三阶导数的值；
30、燃气子系统量子化状态变量为qg，为燃气子系统量子化状态变量qg的第j个分量在t时刻的值(j＝1,…,ng)；ng为燃气子系统状态变量的数量；燃气子系统量子化状态变量及其各阶导数计算公式为：
31、
32、式中，分别为燃气子系统量子化状态变量在时刻的一阶、二阶导数的值；
33、更新燃气子系统下一次更新时刻在给定的燃气子系统的状态离散步长δq下，更新方法为：
34、
35、其中：
36、
37、并将所得最小更新时刻所对应的状态变量的标号记为m。
38、而且，所述步骤4中燃气子系统量子化状态变量及其各阶导数为：
39、
40、式中，分别为燃气子系统量子化状态变量在时刻的一阶、二阶导数值，分别为燃气子系统状态变量在时刻的一阶、二阶导数值。
41、而且，所述步骤5中更新电力对燃气子系统耦合设备的输入变量的具体实现方法为：
42、选取最后一个电力子系统更新时刻用于电力对燃气子系统耦合设备的输入变量ueg的异步更新；根据耦合设备仿真模型，由异步确定，得到：
43、
44、更新燃气子系统状态变量及其各阶导数的具体实现方法为：
45、
46、式中，为燃气子系统状态变量在燃气子系统仿真模型中函数关系，分别为的一阶、二阶导数表达式，分别为燃气子系统量子化状态变量及其一阶、二阶导数在时刻的值。
47、更新燃气子系统输入变量的具体实现方法为：
48、
49、式中，gl为燃气子系统负荷代数方程，为燃气子系统状态变量xg在时刻的值，为燃气子系统输入变量ug在时刻的值。
50、而且，所述步骤6更新电力子系统下一次更新时刻的具体实现方法为：
51、
52、式中，δte为电力子系统的时间离散步长，为更新后的电力子系统下一次更新时刻。
53、而且，所述步骤7更新燃气对电力子系统耦合设备的输入变量的具体实现方法为：
54、选取最后一个燃气子系统更新时刻用于燃气对电力子系统耦合设备的输入变量uge的更新；根据耦合设备仿真模型，由异步确定，对电力子系统仿真模型的求解：
55、
56、更新电力子系统状态变量的具体实现方法为：
57、
58、式中，ge为电力子系统代数方程，为时刻电力子系统状态变量，为时刻电力子系统输入变量，为时刻燃气对电力子系统耦合设备的输入变量；采用牛顿-拉夫逊法求解该代数方程，从而更新xe。
59、本发明的优点和积极效果是：
60、本发明通过对于选定的电-气多能配电系统进行仿真初始化，建立电-气多能配电系统动态模型，判断燃气子系统下一次更新时刻和电力子系统下一次更新时刻中较小的子系统，并对相应的子系统进行更新，同时判断是否达到预定的仿真时间，本发明适用于具有异构特性的电-气多能配电系统动态仿真，能够根据能源子系统的不同特征选择合适的仿真方法。同时仿真方法的选择范围包括时间离散方法以及状态离散方法，并通过异步控制完成不同系统的信息同步，在保证仿真精度的前提下，具有较短的仿真用时，能够高效仿真电-气多能配电系统的动态过程。
1.一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：所述步骤1仿真初始化的具体实现过程为：确定选定的电-气多能配电系统的网络拓扑、元件参数、状态变量初始值和仿真控制参数。
3.根据权利要求2所述的一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：所述网络拓扑包括不同节点的连接关系；元件参数包括燃气子系统的管道长度、管道直径、管道摩阻系数、管道与水平方向的夹角和气体中声速，电力子系统的支路电阻和支路电抗；状态变量初始值包括燃气子系统状态变量初值以及对应的一阶、二阶和三阶导数初值，燃气子系统量子化状态变量初值以及对应的一阶和二阶导数初值，电力子系统状态变量初值；仿真控制参数包括仿真结束时间、燃气子系统的状态离散步长和电力子系统的时间离散步长；初始化当前仿真时刻tnow＝0，燃气子系统下一次更新时刻电力子系统下一次更新时刻
4.根据权利要求1所述的一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：所述步骤2电-气多能配电系统动态模型包括：电力子系统仿真模型、燃气子系统仿真模型和耦合设备仿真模型。
5.根据权利要求4所述的一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：所述电力子系统仿真模型为：
6.根据权利要求1所述的一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：所述步骤3中燃气子系统下一次更新时刻的表达式为：为燃气子系统状态变量xg的第j个分量在t时刻的值(j＝1,…,ng)，ng为燃气子系统状态变量的数量；燃气子系统状态变量及其各阶导数计算公式为：
7.根据权利要求1所述的一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：所述步骤4中燃气子系统量子化状态变量及其各阶导数为：
8.根据权利要求1所述的一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：所述步骤5中更新电力对燃气子系统耦合设备的输入变量的具体实现方法为：
9.根据权利要求1所述的一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：所述步骤6更新电力子系统下一次更新时刻的具体实现方法为：
10.根据权利要求1所述的一种电-气多能配电系统时间-状态离散联合仿真方法，其特征在于：所述步骤7更新燃气对电力子系统耦合设备的输入变量的具体实现方法为：
