IES-Sim用户手册

# 2.1 系统体系架构

IES-SIM采用B/S架构开发了综合能源系统在线仿真平台。前端采用JavaScript，后端采用基于Java语言的Spring框架，仿真计算采用Python编写。本平台数据回传架构如下图所示。


图2-1 IES-SIM前后端数据回传架构

# 2.2 系统软件环境

# 2.2.1 操作系统

控制机采用Microsoft公司的Windows 7 X86/X64 专业版/旗舰版操作系统。本公司支持并推荐使用正版操作系统。

# 2.2.2 测试与诊断

Windows 7操作系统支持的测试软件有： 可对硬件进行测试，如声卡、网卡等，并有故障记录； 测量各进程的时间分配、系统等待排队、占用率等； 可测试CPU的负载率、内存的占用率，并以动态曲线形式显示。

# 2.2.3 系统软件架构

面向对象(Object oriented)是软件开发方法，一种编程范式。把相关的数据和方法组织为一个整体来看待，从更高的层次来进行系统建模，更贴近事物的自然运行模式。采用该范式，在建模过程中，拓扑中每个设备和线路/管道都被定义为一个类的对象，由前端封装到一个json文件中传给后端。后端将数据进行存储，根据前端传递的拓扑图的连接信息，进行综合能源系统子网分配，将错综复杂的耦合网络分解为一个个单独计算子网络。

多能耦合网络数据分解流程如图2-2，首先为五种能源子网分别构建一个并查集，遍历拓扑中所有设备和线路/管道，将设备按照含有的网络参数分配到并查集中；根据设备间的对应关系，由并查集对隶属于同种子网的设备进行分组，最后将只有一个设备的分组过滤，即完成综合能源系统子网分配。

图2-2 多能耦合网络数据分解流程图


图2-2 多能耦合网络数据分解流程图
为了防止用户构建的拓扑及录入的数据有错误，平台还具备拓扑和数据的校验功能。拓扑校验主要校验是否存在不同属性的设备连接到一起、是否存在拓扑构建不完全、在采用节点法的节点中是否有两个源连接在同一总线上等。数据校验主要校验所需数据是否填写完全、质调节网络中流量填写是否对应，并且对于用户填写的无效数据会有提示。如果存在上述错误，前端页面会提示用户进行修改并将错误定位到相应的设备和线路/管道上，直到所有错误全部修改完毕才可进行计算。 将校验通过的子网数据依次传入Python代码进行仿真计算，计算完成后，将计算结果分配到对应的设备和线路/管道后，后端将计算结果进行存储并封装到json文件传给前端进行数据展示。

# 2.3 技术指标

# 2.3.1 系统性能指标

# 1. 能源网络信息可视化展示模块

支持Windows 7及以上版本和常见的Linux系统（如CentOS、Ubuntu）等操作系统； 具有图形和人机图形化交互系统，具有电/热/气/冷/蒸汽设备和电/热/气/冷/蒸汽网络的图形化建模，具备设备参考参数模板导入、用户自定义参数模板导入等功能。电力系统应包括变压器、发电机、电力负荷、光伏、风力发电、电网连接点、蓄电池等模型；热力系统包含水-水换热器、燃气锅炉、电锅炉、热泵、燃气轮机、储热罐、热负荷等模型；天然气系统包括气源、压缩机、阀门、储气罐、气负荷等模型； 支持城市智慧能源网络信息的稳动态展示；稳态展示中，单时间断面仿真以数据框形式展示在弹窗界面对应节点/线路/管道处，连续多时间断面仿真以运行曲线形式展示于弹窗界面，包括仿真时间段内电/气/热/冷/蒸汽系统的能流信息、各个设备的出力和状态信息；动态展示中，展示信息在对应节点/线路/管道处动态刷新，包括电/气/热/冷/蒸汽系统的能流实时变化信息、各个设备的出力和状态信息，支持刷新频率≤10秒； 设备可展示的参数包括但不限于电网：节点功率、节点电压，气网：节点压强、节点流量，热网：供水温度、回水温度、供水功率、回水功率、消耗功率；线路展示的参数包括但不限于电网：线路电流、线路损耗，气网：管道流量、管道压降，热网：管道温降、管道损失； 展示的能源网络类型≥5个（包括但不限于电、热、气、冷、蒸汽等）； 人机界面尺寸不小于23英寸，刷新频率144Hz以上； 电源输入电源220V,额定功率不低于500W； 定制化机箱的长宽深推荐尺寸为501875cm； 定制化16核高性能电气热系统分割并行解算模块，单个解算单元主频≥3.0 GHz；单核解算规模≥1000节点； PCIe 3.0插槽≥8个，支持添加GPU显卡。

# 2. 能源网络联合潮流计算与分析组件

  • 具有≥5种类型单一能源网络能流计算功能（包括但不限于电、热、气、冷、蒸汽等），单次稳态潮流计算时间（网络总节点数≥10000）≤60秒；具有≥16种类型能源耦合网络联合能流计算功能（包括但不限于电-热、电-冷、电-蒸汽、气-热、气-蒸汽、蒸汽-热、热-冷、蒸汽-冷、电-气-热、电-热-冷、电-蒸汽-热、电-蒸汽-冷、气-热-冷、气-蒸汽-冷、电-蒸汽-热-冷、气-电-蒸汽-热-冷等多能源网络耦合运行场景等）；单次稳态联合潮流计算时间（网络总节点数≥10000）≤60秒；具有≥3种多类型耦合设备拓展与测试供能（包括但不限于燃气轮机、热泵、电锅炉等）；
  • 具有电网单断面、时序多断面潮流计算功能；具有气、热网络稳态、动态潮流计算功能（包括但不限于热网全解析模型、热网数值模型、气网数值模型等），气、热网络动态潮流计算功能支持时间计算步长≤60秒、空间计算步长≤100米；
  • 支持网络节点消去、差分步长消去等规模降维等单网络、多网联合能流计算加速方法（包括但不限于气、热等），支持的气、热总节点数≥3000个。

# 3. 能源网络动态仿真与分析组件

  • 具有≥5种类型能源网络（包括但不限于电、热、气、冷、蒸汽等）独立动态仿真与联合动态仿真功能；
  • 支持系统仿真节点规模≥10000个，其中气/热节点数≥3000个，气/热仿真误差精度≤3%；
  • 支持不同扰动（出力波动、负荷波动等）和故障（网络断线、设备故障、短路等）场景下系统动态联合仿真；
  • 支持非线性常微分方程非迭代高效求解（包括但不限于微分变换等半解析算法）；支持偏微分方程差分高效求解；
  • 具有数值积分算法、半解析算法自动切换的算法优选功能；具有仿真变步长加速功能。

# 4. 典型场景能源动态网络模拟平台

  • 支持Windows 7及以上版本和常见的Linux系统（如CentOS、Ubuntu）等操作系统；
  • 支持多能网络数据的导入、导出和编辑功能，数据类型包括但不电气热负荷曲线、电源参数、电气热网络参数、电气热节点参数等；
  • 支持≥3种能源网络的联合运行模拟（包括但不限于电、热、气等），模拟时间支持8760小时以上；
  • 支持的典型场景数≥10种（包括但不限于电、热、气等单能源网络独立运行场景；电-气、电-热、气-热、电-气-热、电-气-热-高占比新能源等多能源网络耦合运行场景）；
  • 具有电气热能源网络最优潮流解耦分布式计算，单次最优潮流时间（网络总节点数≥10000）≤1分钟；
  • 具有能源网络综合评价模块，评价指标≥6种（包括但不限于供电可靠率、设备投资总额、运行总成本、投资回收期、单位碳排放、综合能耗）；
  • 具有可视化展示界面，包括电气热节点列表页面、电源设备列表页面、线路列表页面、负荷节点列表页面，运行结果展示页面等。

# 2.3.2 系统响应指标

  1. 仿真步长 10min-1h
  2. 系统响应时间 故障设置反应时间：<1 s

# 2.3.3 可靠性指标

稳定计算时间： >48小时

# 2.3.4 工作环境和电源

  • 电源：交流电压：176V~264VAC
  • 周波：48Hz~52Hz
  • 接地电阻：<0.5欧姆
  • 温度：0~55℃
  • 相对湿度：5%~95%（不凝结）
  • 周围环境：无爆炸危险，无腐蚀气体及导电尘埃，无严重霉菌，无剧烈振动冲击源。

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