基于改进UKF的电热气耦合网络状态估计方法、系统

基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法、系统
技术领域
1.本发明属于综合能源系统监控与控制领域，具体涉及一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法、系统。


背景技术：

2.随着新型电力系统的建设，传统单一的供能网络由于单独规划、单独设计与独立运行，多种能源之间的耦合率低，效率不高。因此，ies(integrated energy system，综合能源系统)应运而生，电-热-气耦合网络成为了能源互联网中的一种典型形式。ies是以电力系统为核心，打破供电、供热、供气、供冷等各种能源供应系统之间的壁垒，在规划、设计、建设和运行的过程中，对各种能源的分配、转化与存储环节进行相互协调优化控制，充分利用不同能源的特点与优势。其中，电-热耦合网络是综合能源系统的主要形式之一。
3.为了实现ieghs(integrated electricity-gas-heat system，电热气综合能源)的分析与控制，向能量管理系统提供可信的数据，因此需要一套面向ieghs的se(state estimation，状态估计)方法。


技术实现要素：

4.发明所要解决的技术问题：为了克服传统最小二乘法的计算效率不足，提供一种基于改进ukf的电热耦合网络状态估计方法、系统，旨在将ukf(unscented kalman filter, 无迹卡尔曼滤波)状态估计算法中引入中间参数将电热两系统模型进行线性化求解，对于燃气网络，通过引入奇异值分解算法ukf中的协方差矩阵正定化，保证计算气网状态估计过程中的数值稳定性，并通过耦合元件的约束，实现求解算法效率与稳定的提高。
5.本发明为解决以上技术问题而采用如下技术方案：本发明提供一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法，包括如下步骤：s1、首先将电热气耦合网络中各支路、耦合元件的参数归一化处理，建立电力系统量测模型；s2、首先根据天然气系统能流的连续方程、运动方程与管道压力方程，构建天然气网络偏微分方程模型并进行简化处理，得到天然气网络的动态方程；然后对天然气网络的流量方程进行离散化处理，将其转化为一组差分方程，建立天然气系统量测模型；最后以电力系统、天然气系统量测模型为基础，针对热力系统中的水力网络、热力网络分别建立相应的量测模型，同时将电热气耦合设备等式约束矩阵化处理加入量测模型之中，建立电热气耦合网络原始状态估计模型；s3、在步骤s2的基础之上建立电热气耦合网络ukf状态估计模型，其次在电-热网络量测模型中引入中间状态变量oh、ah、rf、xf，将电热网络ukf状态估计模型线性化；同时对于气网系统状态估计，在ukf状态估计模型之中加入奇异值分解算法；s4、将电热气耦合网络ukf状态估计模型的中间状态估计方程进行线性求解，实现电热气耦合网络状态估计。
6.步骤s1中，建立电力系统量测模型为：,其中g
si
、b
si
分别为串联电导、电纳，g
ij
、b
ij
分别表示等效线路电导、电纳，g
ij
=g
si
/k，b
ij
=b
si
/k，k为支路变比；pi，qi分别为节点i的注入的有功功率和无功功率；vi，vj分别为节点i、j的电压模值；为节点i、j之间的相角差；n为电网节点总数；p
ij
、q
ij
分别为节点i与j之间的有功、无功功率；g
ij
、b
ij
分别表示节点i与j之间的电导和电纳参数。
7.步骤s2中，根据天然气系统能流的连续方程、运动方程与管道压力方程，构建天然气网络偏微分方程模型：,其中：、分别表示重力加速度、管道摩擦系数；表示管道的倾斜角度；表示管道倾斜角度为时管道内的气体密度；表示管道内径；为管道横截面积；表示质量流量；、分别表示摩尔气体常数、气体压缩因子；表示常温下的声速；、、、分别表示气体压力、温度、流速、密度；、分别表示为对与的偏导数。
8.步骤s2中，针对热力系统中的水力网络、热力网络分别建立相应的量测模型如下：（1）建立水力网络量测方程为：
,其中，，分别表示节点i和j之间的水流量与阻抗系数；表示节点的注入水流量；、分别表示节点、的压强头。
9.（2）建立热力网络量测方程为：,其中，c
x
表示比热容，t
si
、t
ri
分别表示节点i的供热温度与节点回热温度；表示节点i的热功率。
10.步骤s2中，将电热气耦合设备等式约束矩阵化处理加入量测模型之中，建立电热气耦合网络原始状态估计模型如下：,其中：、、分别代表量测方程、量测量权重矩阵、量测误差，表示系统量测量；表示热泵的热力功率，表示热泵运行时消耗的电功率，表示热泵性能系数；表示燃气轮机的热力功率，表示燃气轮机运行时消耗的电功率，表示燃气轮机最大的输出电能，表示燃气轮机性能系数；表示p2g设备的产气功率，表示p2g设备消耗的电功率、表示设备的能量转换系数矩阵。
11.步骤s3中，考虑整个ieghs系统，对于整个系统的量测模型为：
,其中，xe、xh、xg分别表示电力系统、热力系统和天然气系统中间状态变量矩阵；ze、zh、zg分别表示电力系统、热力系统和天然气系统中间量测量矩阵；z
iehs
表示电力系统、热力系统和天然气系统总的量测量矩阵；r
iehs
表示系统的量测误差，其中包含电力系统量测误差re、热力系统量测误差rh、燃气系统量测误差rg，其均服从于高斯分布；表示系统常系数矩阵，为系统的状态变量。
12.步骤s4中，将电热气耦合网络ukf状态估计模型的中间状态估计方程进行线性求解，实现电热气耦合网络状态估计，具体如下：构建等价的基于改进ukf的状态估计线性方程模型，具体为：,其中，表示目标函数；表示电力系统、热力系统和天然气系统总的量测量矩阵；表示系统常系数矩阵，为系统的状态变量。
13.通过改进ukf方程，直接求出电力系统与天然气系统的状态变量。
14.热力系统中，出水温度与节点回热温度的估计值已被求出，对于其余的量进行非线性反变换：,其中，f1、f2、f3、f4、f5分别表示、、、、的反变换矩阵；
通过上述非线性变换即可求出电热气耦合网络所需的状态变量。
15.本发明还提出一种电子系统，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明前述的方法。
16.最后，本发明提出一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明所述的方法。
17.本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具备如下技术效果：本发明通过在传统ukf算法过程中，引入中间状态变量，在电热耦合网络中只需求解一次线性规划问题，其次通过一次参数变换即可求得电热系统状态变量；差分处理后的天然气系统管道方程描述了相邻时刻管道内部压强与流量之间的关系。这种方程形式与传统气体稳态方程相比，主要区别在于各时间断面下的稳态方程相互独立，相邻时间之间的状态量不存在关联性，而天然气差分方程存在前后短时间断面的关联性，这种相关性可以提高系统估计的准确性，能够有效的为能源管理系统提供可信的熟数据，同时由于对无迹卡尔曼滤波算法ukf中的协方差矩阵p进行奇异值分解的处理，增强了ieghs动态状态估计时的数值稳定性。
附图说明
18.图1为本发明方法的流程示意图。
19.图2为电热气耦合网络拓扑示意图。其中上方图中带编号1-33的实心圆点分别表示电力系统1-33个电力节点；中间图中带编号1-20的方块分别表示天然气系统1-20个天然气节点；下方图中带编号1-14的空心圆点分别表示1-14个燃气网络节点。p表示接入系统的p2g设备，g表示发电机，t表示系统接入的燃气轮机，w系统接入的气源。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
21.图1为本发明提供一种基于改进ukf的电热耦合网络状态估计方法的流程示意图，其中包括以下步骤：s1、首先将电热气耦合网络中各支路、耦合元件的参数归一化处理，建立电力系统量测模型；s2、首先根据天然气系统能流的连续方程、运动方程与管道压力方程，构建天然气网络偏微分方程模型并进行简化处理，得到天然气网络的动态方程；然后对天然气网络的流量方程进行离散化处理，将其转化为一组差分方程，建立天然气系统量测模型；最后以电力系统、天然气系统量测模型为基础，针对热力系统中的水力网络、热力网络分别建立相应的量测模型，同时将电热气耦合设备等式约束矩阵化处理加入量测模型之中，建立电热气耦合网络原始状态估计模型；s3、在步骤s2的基础之上建立电热气耦合网络ukf状态估计模型，其次在电-热网络量测模型中引入中间状态变量oh、ah、rf、xf，将电热网络ukf状态估计模型线性化；同时对于气网系统状态估计，在ukf状态估计模型之中加入奇异值分解算法；s4、将电热气耦合网络ukf状态估计模型的中间状态估计方程进行线性求解，实现
电热气耦合网络状态估计。
22.图2为本发明的一个具体实例，该综合能源系统结构包括电能、热能与气能耦合，涉及燃气轮机、p2g等设备，具体能量流向可参考图中。
23.（1）首先将电热气耦合网络中各支路、耦合元件的参数归一化处理，建立电力系统量测模型：建立电力系统量测方程为：
24.其中，g
si
、b
si
分别为串联电导、电纳，g
ij
与b
ij
分别表示等效线路电导、电纳，g
ij
=g
si
/k，b
ij
=b
si
/k，k为支路变比；pi，qi分别为节点i 的注入的有功功率和无功功率；vi，v
j 分别为节点i、j的电压模值；为节点i、j之间的相角差；n为电网节点总数；p
ij
、q
ij
分别为节点i与j之间的有功、无功功率；g
ij
、b
ij
分别表示节点i与j之间的电导和电纳参数。
25.进一步地，步骤s2中，天然气系统量测模型建立方法如下：首先，根据天然气系统能流的连续方程、运动方程与管道压力方程，构建天然气网络偏微分方程模型：,
26.其中：、分别表示重力加速度、管道摩擦系数；表示管道的倾斜角度；表示管道倾斜角度为时管道内的气体密度；表示管道内径；为管道横截面积；表示质量流量；、分别表示摩尔气体常数、气体压缩因子；表示常温下的声速；、、、分别表示气体压力、温度、流速、密度；、分别表示为对与的偏导数。
27.管道摩擦系数由下式表达：
,
28.其中：是管段粗糙度，为雷诺数，lg()表示以10为底的对数函数。
29.然后，对天然气网络偏微分方程进行简化处理，得到天然气网络的动态方程表示为：,其中：、分别表示为对与的偏导数；为气体流速的绝对值。
30.接着，使用lax-wendroff法对天然气网络的流量方程进行离散化处理，将其转化为一组差分方程：
31.其中和分别表示t时刻i和j的节点密度；和分别表示t+1时刻i和j的节点密度；和分别表示t时刻管道前部和后部的质量流量；和分别表示t+1时刻管道前部和后部的质量流量；为管道节点i与j之间的长度，表示空间步长；是t+1时刻与t时刻之间的时间步长；表示节点i与j之间管道横截面积，表示管道节点i和j之间的摩擦系数；表示管道节点i和j之间气体流速的绝对值大小；表示管道节点i和j之间的管道内径。
32.进一步的，在步骤s2中，针对热力系统中的水力网络、热力网络分别建立相应的量测模型如下：（1）建立水力网络量测方程为：
,
33.其中，，分别表示节点i和j之间的水流量与阻抗系数；为节点的注入水流量；、分别为节点、的压强头。
34.（2）建立热力网络量测方程为：,
35.其中，c
x
表示比热容，t
si
、t
ri
分别表示节点i的供热温度与节点回热温度；表示节点i的热功率。
36.进一步的，在步骤s2中，将电热气耦合设备等式约束矩阵化处理加入量测模型之中，建立电热气耦合网络原始状态估计模型如下：,
37.其中：、、分别代表量测方程、量测量权重矩阵、量测误差，表示系统量测量；表示热泵的热力功率，表示热泵运行时消耗的电功率，表示热泵性能系数；表示燃气轮机的热力功率，表示燃气轮机运行时消耗的电功率，表示燃气轮机最大的输出电能，表示燃气轮机性能系数；表示p2g设备的产气功率，表示p2g设备消耗的电功率、表示设备的能量转换系数矩阵。
38.进一步地，所述步骤s3中的引入中间变量的方法如下：对于电力系统状态估计模型线性化过程如下：
，
39.其中，令中间量测量为、、，、、分别表示垂直电压中间变量、横向电压中间变量、电压平方中间变量，因此中间状态变量矩阵为：。
40.对于热力系统状态估计模型线性化过程如下：，
41.其中，引入中间变量、，与分别为压强中间变量和热功率中间变量；所以热力系统的中间状态变量为，中间量测量为，表示矩阵转置。
42.同时考虑整个ieghs系统，对于整个系统的量测模型为：,
43.其中，xe、xh、xg分别表示电力系统、热力系统和天然气系统中间状态变量矩阵；ze、zh、zg分别表示电力系统、热力系统和天然气系统中间量测量矩阵；z
iehs
表示电力系统、热力系统和天然气系统总的量测量矩阵；r
iehs
表示系统的量测误差，其中包含电力系统量测误
差re、热力系统量测误差rh、燃气系统量测误差rg，其均服从于高斯分布；表示系统常系数矩阵，为系统的状态变量。
44.进一步地，在所述步骤s4中，对于气网系统状态估计，在ukf状态估计模型之中加入奇异值分解算法，具体为：构建天然气网络原始ukf算法模型为：,
45.其中：为ukf算法通过无迹变换得到的2n+1个sigma点；表示权重参数；为ukf算法中的协方差矩阵；表示第0个sigma点，表示第i个sigma点，n表示生成点数的个数。
46.根据奇异值分解理论，将协方差矩阵p分解为：,
47.其中：、、，和分别表示上三角矩阵和下三角矩阵；表示矩阵向量空间；表示中间矩阵；其中z矩阵为：,
48.其中，为对角矩阵。
49.根据上述公式，将天然气网络原始ukf算法模型改进为：,其中：表示第i个对角矩阵，均为整数。
50.进一步地，在所述步骤s4中，可以构建等价的基于改进ukf的状态估计线性方程模型为：
,
51.其中，表示目标函数；表示电力系统、热力系统和天然气系统总的量测量矩阵；表示系统常系数矩阵，为系统的状态变量。
52.通过改进ukf方程，直接求出电力系统与天然气系统的状态变量；热力系统中，出水温度ts与节点回热温度tr的估计值已被求出，对于其余的量进行非线性反变换：，其中，f1、f2、f3、f4、f5分别表示、、、、的反变换函数。
53.通过上述非线性变换即可求出电热气耦合网络所需的状态变量。
54.实施例2:本实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述方法的步骤，在此不再赘述。
55.实施例3:本实施例还提出一种电子设备，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。需要说明的是，所述处理器执行所述计算机程序时对应本发明实施例所提供的方法的具体步骤，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
56.首先基于已有电力系统的量测方程之上，并考虑电热气各子系统时间尺度差异和动态惯性不同建立不同的量测模型；根据天然气网络的管道偏微分模型，通过lax-wendroff法将其离散化处理，使之成为差分方程；将热力系统分成水力网络与热力网络分层进行建模，并且在电热气耦合网络模型基础上构建燃气轮机、蒸汽轮机、p2g设备电热气耦合元件模型；然后对于电热两个子系统，在传统ukf状态估计算法基础之上，引入中间变量将电热量测方程线性化，对于燃气网络，将奇异值分解方法将ukf中的协方差矩阵正定化，保证计算气网状态估计过程中的数值稳定性；其次将模型运用于电热气耦合网络之中；最后通过线性规划与非线性变换参数求解电热量测方程状态变量，通过ukf求解天然气网络状态变量，从而得到电热气耦合网络状态变量，实现向能源管理系统提供可信的熟数据。
57.用于实施本技术的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
58.在本技术的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦除可编程只读存储器（eprom或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（cd-rom）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
59.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
60.上述仅为本方发明的优选实施方法，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

技术特征：
1.一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、首先将电热气耦合网络中各支路、耦合元件的参数归一化处理，建立电力系统量测模型；s2、首先根据天然气系统能流的连续方程、运动方程与管道压力方程，构建天然气网络偏微分方程模型并进行简化处理，得到天然气网络的动态方程；然后对天然气网络的流量方程进行离散化处理，将其转化为一组差分方程，建立天然气系统量测模型；最后以电力系统、天然气系统量测模型为基础，针对热力系统中的水力网络、热力网络分别建立相应的量测模型，同时将电热气耦合设备等式约束矩阵化处理加入量测模型之中，建立电热气耦合网络原始状态估计模型；s3、在步骤s2的基础之上建立电热气耦合网络ukf状态估计模型，其次在电-热网络量测模型中引入中间状态变量，将电热网络ukf状态估计模型线性化；同时对于气网系统状态估计，在ukf状态估计模型之中加入奇异值分解算法；s4、将电热气耦合网络ukf状态估计模型的中间状态估计方程进行线性求解，实现电热气耦合网络状态估计。2.根据权利要求1所述的一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法，其特征在于，步骤s1中，建立电力系统量测模型为：,其中g
si
、b
si
分别为串联电导、电纳，g
ij
、b
ij
分别表示等效线路电导、电纳，g
ij
=g
si
/k，b
ij
=b
si
/k，k为支路变比；p
i
，q
i
分别为节点i 的注入的有功功率和无功功率；v
i
，v
j 分别为节点i、j的电压模值；为节点i、j之间的相角差；n为电网节点总数；p
ij
、q
ij 分别为节点i与j之间的有功、无功功率；g
ij
、b
ij
分别表示节点i与j之间的电导和电纳参数。3.根据权利要求2所述的一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法，其特征在于，步骤s2中，天然气系统量测模型建立方法如下：首先，根据天然气系统能流的连续方程、运动方程与管道压力方程，构建天然气网络偏微分方程模型：,
其中：、分别表示重力加速度、管道摩擦系数；表示管道的倾斜角度；表示管道倾斜角度为时管道内的气体密度；表示管道内径；为管道横截面积；表示质量流量；、分别表示摩尔气体常数、气体压缩因子；表示常温下的声速；、、、分别表示气体压力、温度、流速、密度；、分别表示为对与的偏导数；管道摩擦系数由下式表达：,其中：是管段粗糙度，为雷诺数，lg()表示以10为底的对数函数；然后，对天然气网络偏微分方程进行简化处理，得到天然气网络的动态方程表示为：,其中：、分别表示为对与的偏导数；为气体流速的绝对值；接着，使用lax-wendroff 法对天然气网络的流量方程进行离散化处理，将其转化为一组差分方程：,其中和分别表示t时刻i和j的节点密度；和分别表示t+1时刻i和j的节点密度；和分别表示t时刻管道前部和后部的质量流量；和分别表示t+1时刻管道前部和后部的质量流量；为管道节点i与j之间的长度，表示空间步长；是t+1时刻与t时刻之间的时间步长；表示节点i与j之间管道横截面积，表示管道节点i和j之间的摩擦系数；表示管道节点i和j之间气体流速的绝对值大小；表示管道节点i和j之间的管道内径。4.根据权利要求3所述的一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法，其特征在于，步骤s2中，针对热力系统中的水力网络、热力网络分别建立相应的量测模型如下：（1）建立水力网络量测方程为：
,其中，，分别表示节点i和j之间的水流量与阻抗系数；表示节点的注入水流量；、分别表示节点、的压强头；（2）建立热力网络量测方程为：,其中，c
x
表示比热容，t
si
、t
ri
分别表示节点i的供热温度与节点回热温度；表示节点i的热功率。5.根据权利要求4所述的一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法，其特征在于，步骤s2中，将电热气耦合设备等式约束矩阵化处理加入量测模型之中，建立电热气耦合网络原始状态估计模型如下：,其中：、、分别代表量测方程、量测量权重矩阵、量测误差，表示系统量测量；表示热泵的热力功率，表示热泵运行时消耗的电功率，表示热泵性能系数；表示燃气轮机的热力功率，表示燃气轮机运行时消耗的电功率，表示燃气轮机最大的输出电能，表示燃气轮机性能系数；表示p2g设备的产气功率，表示p2g设备消耗的电功率、表示设备的能量转换系数矩阵。6.根据权利要求5所述的一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法，其特征在于，步骤s3中，将电热网络ukf状态估计模型线性化，具体为：对于电力系统状态估计模型线性化过程如下：
,其中，令中间量测量为、、，、、分别表示垂直电压中间变量、横向电压中间变量、电压平方中间变量，因此中间状态变量矩阵为：；对于热力系统状态估计模型线性化过程如下：,其中，引入中间变量、，与分别为压强中间变量和热功率中间变量；所以热力系统的中间状态变量为，中间量测量为，表示矩阵转置；同时考虑整个ieghs系统，对于整个系统的量测模型为：,其中，x
e
、x
h
、x
g
分别表示电力系统、热力系统和天然气系统中间状态变量矩阵；z
e
、z
h
、z
g
分别表示电力系统、热力系统和天然气系统中间量测量矩阵；z
iehs 表示电力系统、热力系统和天然气系统总的量测量矩阵；r
iehs
表示系统的量测误差，其中包含电力系统量测误差r
e
、
热力系统量测误差r
h
、燃气系统量测误差r
g
，其均服从于高斯分布；表示系统常系数矩阵，为系统的状态变量。7.根据权利要求6所述的一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法，其特征在于，步骤s4中，对于气网系统状态估计，在ukf状态估计模型之中加入奇异值分解算法，具体为：构建天然气网络原始ukf算法模型为：,其中：为ukf算法通过无迹变换得到的2n+1个sigma点；表示权重参数；p为ukf算法中的协方差矩阵；表示第0个sigma点，表示第i个sigma点，n表示生成点数的个数；根据奇异值分解理论，将协方差矩阵p分解为：,其中：、、，和分别表示上三角矩阵和下三角矩阵；表示矩阵向量空间；表示中间矩阵；其中矩阵为：,其中为对角矩阵；将天然气网络原始ukf算法模型改进为：,其中：表示第i个对角矩阵，均为整数。8.根据权利要求6所述的一种基于改进ukf的电热气耦合网络状态估计方法，其特征在于，步骤s4中，将电热气耦合网络ukf状态估计模型的中间状态估计方程进行线性求解，实现电热气耦合网络状态估计，具体如下：构建等价的基于改进ukf的状态估计线性方程模型，具体为：
,其中，表示目标函数；表示电力系统、热力系统和天然气系统总的量测量矩阵；表示系统常系数矩阵，为系统的状态变量；通过改进ukf方程，直接求出电力系统与天然气系统的状态变量；热力系统中，出水温度与节点回热温度的估计值已被求出，对于其余的量进行非线性反变换：,其中，f1、f2、f3、f4、f5分别表示、、、、的反变换函数；通过上述非线性变换即可求出电热气耦合网络所需的状态变量。9.一种电子系统，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，其特征在于，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-8中任意一项所述的方法。10.一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-8任意一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了基于改进UKF的电热气耦合网络状态估计方法、系统，首先根据电热气各子系统时间尺度差异和动态惯性不同分别建立各子系统的量测模型；其次将天然气网络的管道偏微分模型离散化处理，使之成为差分方程；针对水力网络与热力网络分层进行建模，同时构建燃气轮机、蒸汽轮机、P2G设备电热气耦合元件模型；然后将电热子系统量测方程线性化，对于天然气网络，将UKF中的协方差矩阵正定化；之后将模型运用于电热气耦合网络中；最后通过线性规划与非线性变换参数求解电热量测方程状态变量，通过UKF求解天然气网络状态变量，得到电热气耦合网络状态变量，实现向能源管理系统提供可信的熟数据。的熟数据。的熟数据。


技术研发人员：李伟康 马刚 程思达 高丛 孟宇翔 李豪
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/7/12