考虑多能网络的综合能源系统最优能流计算和恢复重构方法研究

摘要

为解决能源利用效率低、供需关系日益紧张等问题，能够打破原有各供能系统单独规划、运行局限的综合能源系统应用范围不断扩大，电、热、冷、气等多类供能系统之间的耦合程度不断加深。当前传统的电热耦合系统分析大多以电力系统为核心，对供热系统尤其是供热管网的建模常忽略或做近似处理，常常只考虑能量平衡而未能考虑供能网络的约束。同时，综合能源系统故障情况下的恢复重构往往只从单一供能系统尤其是电力考虑角度恢复方案，缺少各供能系统间的协调配合。因此需要考虑供热系统网络约束对电热耦合系统最优能流进行计算，并研究综合能源系统的故障恢复过程中协调考虑电、热网结构的重构策略。
　　本文以热电耦合综合能源系统为研究对象，研究考虑热网网络约束的电热联合系统最优能流计算方法，并围绕网络故障场景下综合考虑电/热网络的重构恢复策略展开研究，主要进行了三方面的研究。
　　(1)研究供热系统尤其是供热管网的精细化建模方法。不仅考虑系统能量平衡，同时关注供热系统的网络平衡，在热能计算中考虑管道约束及热能传输损失的部分，给后续的最优能流计算提供了更加精确的模型。根据供热系统负荷建模方法，从热负荷温度需求出发，利用散热器、换热器等供热系统关键设备建立热用户温度需求与一级热网换热站热负荷的数学模型。针对供热系统的水力工况和热力工况分别进行建模，提出合理的求解方法，并进行算例验证。
　　(2)提出电热耦合综合能源系统最优能流计算方法。在电力系统潮流分析的基础上，对供热系统热力工况进行分析，对供热系统热力工况进行线性化，通过对热源、热负荷进行建模，仿照电力系统最优潮流方程形式，建立了电热耦合综合能源系统最优能流求解模型。分析了内点法的原理与实际计算流程，结合所提最优能流模型进行分析，给出求解方法并进行相关算例验证。
　　(3)提出考虑供热网络的综合能源系统恢复重构方法。以建立的综合能源系统模型为基础，分析电热耦合综合能源系统不同能量系统间的互补替代能力。首先对比分析了热网约束对机组出力和网络损耗的影响，电、热负荷波动时电、热源出力的波动情况并分别分析了电网、热网管道退出时机组出力的情况，分析其中电锅炉等耦合元件在能源互补替代方面发挥的作用。在此基础上，利用遗传算法与内点法求解配电线路和供热管道因故障退出时损失负荷最小的网络重构恢复策略。

目录

声明

致谢

摘要

1引言

1．1研究背景与意义

1．1．1研究背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1 综合能源系统建模方法研究现状

1．2．2综合能源系统求解方法研究现状

1．2．3综合能源系统故障恢复研究现状

1．3主要研究内容

2热力系统建模与求解

2．1引言

2．2供热管网建模

2．2．1供热管网拓扑

2．2．2供热系统管网阻力模型

2．3供热系统关键设备建模

2．3．1水泵水力特性模型

2．3．2散热器数学模型

2．3．3换热器数学模型

2．4供热系统水力工况计算

2．4．1管道压降方程

2．4．2节点流量方程

2．4．3回路压降方程

2．4．4水力工况模型的矩阵表示

2．4．5水力工况求解方法

2．4．6水力工况算例验证

2．5供热系统热力工况计算

2．5．1换热器热负荷建模

2．5．2节点温度混合方程

2．5．3管段热损耗方程

2．5．4热力工况求解方法

2．5．5热力工况算例验证

2．6与传统方法的对比

2．7小结

3电热耦合模型及最优能流优化方法

3．1引言

3．2电力系统建模

3．3热源、热负荷建模

3．3．1 热源模型

3．3．2热负荷模型

3．4电热耦合元件建模

3．4．1燃气机组耗气特性

3．4．2水泵电功率方程

3．4．3 电锅炉功率方程

3．5电热耦合综合能源系统最优能流计算模型

3．5．1 目标函数

3．5．2约束条件

3．5．3求解流程

3．6内点法

3．6．1内点法介绍

3．6．2一阶最优性条件

3．6．3 内点法求解原理及求解过程

3．7算例验证

3．8小结

4电热耦合综合能源系统重构恢复策略

4．1引言

4．2综合能源系统互补能力研究

4．2．1 耦合元件能量转化作用分析

4．2．2负荷变化对综合能源系统影响分析

4．2．3线路故障对综合能源系统的影响

4．3遗传算法

4．3．1遗传算法的基本概念

4．3．2遗传算法的求解过程

4．3．3群体的设计

4．3．4适应度函数

4．3．5基本操作

4．4综合能源系统恢复重构

4．4．1 求解算法

4．4．2算例验证

4．5小结

5结论

参考文献

附录

作者简历

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