一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法

本发明属于能源系统，特别是涉及一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法。

背景技术：

1、综合能源系统是指将多种能源形式进行整合，以实现能源的高效利用和减少对环境的影响。综合能源系统包括传统的能源形式如煤、石油、天然气等，以及可再生能源形式如太阳能、风能、水能等。综合能源系统的发展是能源领域的一个重要趋势，它可以提高能源的利用效率，减少能源的浪费和污染，同时也可以降低能源的成本。

2、综合能源系统的潮流计算是指对综合能源系统中的电力、热力、气等能源进行计算和分析，以确定能源的流向和能源系统的运行状态。潮流计算是综合能源系统的重要组成部分，它可以帮助能源系统的设计者和运营者更好地了解能源系统的运行情况，优化能源系统的设计和运行，提高能源的利用效率和经济性。

3、潮流计算的基本原理是基于能量守恒和功率平衡原理，通过对能源系统中各个节点的电压、电流、功率等参数进行计算和分析，以确定能源的流向和能源系统的运行状态。潮流计算可以帮助能源系统的设计者和运营者确定能源系统的最优运行状态，包括电力系统的电压稳定、电流平衡、功率平衡等方面，以及热力系统和气系统的温度、压力、流量等参数的平衡和稳定。

4、综合能源系统的潮流计算需要考虑多种能源形式的相互作用和影响，包括电力、热力、气等能源形式的相互转换和传输。因此，潮流计算需要考虑多种因素，包括能源系统的拓扑结构、能源系统中各个节点的参数、能源系统中各种能源形式的相互作用和影响等。同时，潮流计算还需要考虑能源系统的负荷变化、能源价格变化等因素的影响，以确定能源系统的最优运行状态。

5、综合能源系统潮流计算是综合能源系统规划、设计和运行的重要工具，可以帮助决策者制定合理的能源政策和方案，优化能源利用结构，提高能源利用效率，降低能源消耗和排放，从而实现可持续发展。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提供一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法，该方法充分考虑了基于牛顿拉夫逊法下，在迭代的过程中因为潮流方向改变而导致对应局部阻力不匹配的情况，与传统方式相比较，潮流结果更能反应实际，与实际管道流量更为接近，对综合能源系统经济性优化运行和调度策略具有重要意义。

2、一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法，具体步骤如下：

3、第一步，根据节点流量方程，回路压力平衡方程，水头损失方程构建热网水力模型。

4、1)节点流量方程

5、am＝mq

6、式中，a为热网节点支路关联矩阵；m为管道质量流量，单位为kg/s；mq为节点质量流率，单位kg/s；

7、2)回路压力平衡方程

8、bhhf＝0

9、式中bh为环路关联矩阵，hf为各管段水头损失向量。

10、3)水头损失方程

11、

12、

13、

14、式中ld为局部阻力当量长度，单位为m。ζ为局部阻力系数，d为管道的内直径，单位为m。ρ为水的密度，λ为管道阻力系数，ε为管道绝对粗糙度数值。

15、第二步，根据潮流方向更新网络关联矩阵，获得局部阻力系数。

16、dm＝sgn(m)

17、a′＝dm*a1

18、上式dm为判断潮流设定方向与管道流量m计算方向是否一致的符号列向量。1表示管道流量方向与设定方向一致，-1则表示相反。a1为与关联矩阵a维数相同，但元素全为1的矩阵。a，为与管道流量m的计算方向对应的热网关联矩阵。

19、第三步，建立热网管道热力模型。

20、1)节点热力功率方程

21、

22、式中，为节点热功率，单位为w，cρ为水的比热容，单位为mj·kg-1·℃-1，ts为该节点的供水温度，单位为℃，tr为该节点的出水温度，单位为℃。

23、2)管道温降方程

24、

25、式中，tend为管道末端温度，tstat为管道始端温度。ta为环境温度。μ为管道传热系数。

26、3)水力交汇点模型

27、

28、式中，tout为水力交汇点温度，tin为流入该节点的各管道末端的温度，mout为流出水力交汇点的各管道质量流率，min为流入水力交汇点的各管道质量流率。

29、热源通常采用抽凝式蒸汽轮机chp机组或燃气轮机chp机组，其电热功率关系如下：

30、

31、式中，c为机组热电比，为机组提供的热功率，pchp为机组提供的电功率。

32、第四步，进行热网模型中水力与热力模型的耦合。

33、

34、

35、mi＝mi-1-(j(i-1))-1δf(i-1)

36、根据上述牛顿拉夫逊公式更新管道质量流率，其中δfh为水力偏差向量，jh为水力雅可比矩阵。其中mi上标i为迭代次数。

37、水力模型与热力模型耦合方式为：根据牛顿拉夫逊法计算节点质量流率，将满足水力模型的管道质量流率代入热力模型中计算管道温度，最后判断水力模型与热力模型温度偏差量是否达到精度要求，满足则进行步骤5，不满足则返回步骤2。

38、第五步，建立电网潮流模型，并利用牛顿拉夫逊法进行迭代求解。

39、1)电力节点潮流方程

40、

41、

42、式中，pi，qi分别为节点i的有功及无功功率，单位分别为kw及kvar；u为电压，下标为节点编号，单位kv；gij，bij为节点导纳矩阵参数，g代表电导，b代表电纳；θij为两节点间相角差，下标表示节点i与节点j，单位为°。

43、根据牛顿拉夫逊法，其迭代格式为：

44、

45、其中雅可比矩阵je为：

46、

47、式中，jsθ，jsu为节点复功率偏差量分别对θ，u求偏导。

48、电热耦合方式为：首先利用初始化的电平衡节点处的机组2的热功率φ2进行热网模型计算。得出热力平衡节点处机组1的电热功率p1，φ1后，进行电网潮流计算得出电平衡节点处机组2的电热功率p2，φ2。判断δφ2是否满足设定的误差，满足则输出整个电热综合能源系统潮流结果，不满足则回到步骤1。

49、与现有技术对比，本发明技术突出并具备有益的技术效果是：本发明考虑了在迭代过程中因潮流方向改变而导致局部阻力不匹配的情况。由于潮流结果受多种因素影响，若其中某种因素在潮流计算过程中被忽略或者简化都有可能导致潮流结果的变化，故在迭代过程中考虑局部阻力与潮流方向匹配能够提高潮流计算结果的准确性。

技术特征：

1.一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法，其特征在于，所述步骤1包括：

3.根据权利要求2所述的一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法，其特征在于，所述步骤2包括：

4.根据权利要求1所述的一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法，其特征在于，所述步骤3中的热网管道热力模型包括：

5.根据权利要求4所述的一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法，其特征在于，所述步骤4包括：

6.根据权利要求1所述的一种计及局部阻力与潮流方向匹配的电热综合能源系统潮流计算方法，其特征在于，所述步骤5包括：

技术总结
本发明公开了一种计及局部阻力与潮流方向实时匹配的电热综合能源系统潮流计算方法：包含以下步骤：步骤1，根据节点流量平衡，回路压力平衡，水头损失方程构建热网水力模型，初始化潮流方向；步骤2，根据潮流方向更新网络关联矩阵，获得局部阻力系数。步骤3，建立热网管道热力模型。步骤4，根据牛顿拉夫逊法，进行水力与热力模型的耦合。步骤5，建立电网潮流模型，并利用牛顿拉夫逊法进行热力模型和电力模型的耦合，通过迭代计算直至收敛，最终输出潮流结果。本发明考虑了在迭代过程中因潮流方向改变而导致局部阻力不匹配的情况，能够提高潮流计算结果的准确性。

技术研发人员：彭霖灏,张忠会,张华毅,陈心涵,周伟建,卢仲宁
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15