1.电‑热综合能源系统混合能流计算方法,其特征在于,具体包括如下步骤:步骤1:识别电‑热综合能源系统拓扑结构,所述电‑热综合能源系统由电力子系统、热力子系统和热电联产机组构成,其中,热力子系统由供水管网和回水管网组成,热电联产机组为电力子系统和热力子系统间的耦合设备,同时向电力子系统和热力子系统供电和供热;
基于所述电‑热综合能源系统拓扑结构,分别获取电力子系统、热力子系统混合能流的已知状态量,并设定所述电‑热综合能源系统的电力子系统、热力子系统平衡节点,其中,所述混合能流的已知状态信息包括所述电力子系统的电力参数、所述热力子系统的水力参数和热力参数;
步骤2:根据所述热力子系统拓扑结构,生成热力子系统关联参考矩阵和回路矩阵;基于所述热力子系统的水力参数,建立热力子系统的水力工况稳态模型;基于所述热力子系统的热力参数,建立计及供水、回水管网传输热损耗的热力子系统热力工况稳态模型;
步骤2所述热力子系统水力工况稳态模型、热力工况稳态模型的具体推导过程如下:热力子系统的水力工况稳态模型是包括节点水流量平衡方程和回路压降平衡方程的非线性模型;
节点水流量平衡方程是指管网中某一节点的质量流量等于流入该节点与流出该节点的支路质量流量之差,具体表达式为:式中, 和 分别为支路j和支路k中工质的质量流量; 为节点i处的质量流i i量;in和out分别表示流入节点i和流出节点i的支路集合;上标pipe和node分别表示管道支路和节点;
回路压降平衡方程是指对供热管网中的任一回路,其中所包含的各支路上压降的代数和为0,可表示为如下形式:式中,hj为支路j上的水头损失;nloop表示供热管网中的回路集合;
式(2)中的水头损失hj可通过下式计算:
式中,sj为支路j的阻力特性数,表示支路j中通过1kg/h水流量时的水头损失值;
热电转换数学模型
根据所述热力子系统拓扑结构,生成热力子系统关联参考矩阵A和回路矩阵B,将热力系统的水力工况稳态模型用矩阵形式表示为:pipe node
式中,m 和m 分别为各支路质量流量和节点质量流量组成的向量;h为支路水头损失向量;s为各支路的阻力特性数构成的向量;
热力子系统中各节点的供水温度、回水温度及供热功率的分布情况可由热力子系统的热力工况稳态模型计算得出,供水温度、回水温度的分布情况直接反映供热效果的好坏;
所述热力子系统中的热力工况稳态模型的具体推导过程如下:热力子系统的热力工况稳态模型包括管道支路热传递方程和节点温度混合方程;
由于热力子系统中流动的供热工质质量流量稳定,忽略其分子间的对流以及工质内能随时间的变化,只考虑工质温度的轴向变化,可得支路热传递方程如下:式中, 分别表示管道j中工质的质量流量和距离管道起始点x处的温度;
CP为水的比热容;Ta为管道周围的环境温度;Rj为管道j多层保温结构的总热阻;
对式(5)分离变量并积分可得管道j末端节点工质的平均温度:式中,Tstart、Tend分别表示管道支路j始、末节点的温度;λj为管道j单位长度的导热系数,λj=1/Rj;lj为管道j的长度;
节点温度混合方程表明,在热力子系统中,流入同一节点的所有管道内的工质在该节点进行充分混合,随后所有流出该节点的管道内工质的温度都等于混合温度,其具体表达式为:node
式中,Ti 表示节点i处的混合温度;Tend.j为支路j末端的工质温度,可由式(6)求得;
对于集中供热管网,在给定热源供水温度和负荷回水温度的条件下,利用热力子系统水力、热力工况稳态模型确定管道内供热工质的质量流量mj、各负荷节点的供水温度Ts.i及热源节点的回水温度Tr.source;在各节点热负荷Φi已知的条件下,除热源节点外各节点的质量流量 可由下式求得:式中,Ts.i和Tr.i分别为除热源节点外节点i的供水、回水温度;
步骤3:根据所述电力子系统的电力参数,建立电力子系统的交流潮流模型;
步骤4:建立热电联产机组的热电转换数学模型,并构建以热电联产机组为耦合设备的电‑热综合能源系统混合能流模型,所述混合能流模型由以下4部分依次构成,热力子系统的水力工况稳态模型、热力子系统的热力工况稳态模型、热电联产机组热电转换模型以及电力子系统的交流潮流模型;
步骤5:设置所述电‑热综合能源系统混合能流模型中未知状态量的初始值,利用牛顿‑拉夫逊法迭代计算步骤4中电‑热综合能源系统混合能流模型并输出最终电热综合能源系统混合能流模型的计算结果。
2.根据权利要求1所述的电‑热综合能源系统混合能流计算方法,其特征在于,步骤3所述电力子系统的交流潮流模型如下:式中,Pi、Qi分别为节点i注入的有功功率和无功功率;Ui、Uj分别为节点i和节点j的电压幅值;n为电力子系统内的节点数;Gij和Bij分别为支路ij的电导和电纳值;θij为节点i和节点j之间的相角差。
3.根据权利要求1所述的电‑热综合能源系统混合能流计算方法,其特征在于,步骤4中热电联产机组的热电转换数学模型可表示为如下形式:以热定电模式下热电联产机组输出的热功率和电功率间满足如下关系:其中,ΦCHP表示热功率,PCHP表示电功率。
4.根据权利要求1所述的电‑热综合能源系统混合能流计算方法,其特征在于,步骤5具体如下:根据所述电‑热综合能源系统混合能流模型的4个依次组成部分,即热力子系统的水力工况稳态模型、热力子系统的热力工况稳态模型、热电联产机组热电转换模型及电力子系统的交流潮流模型,给出所述电‑热综合能源系统混合能流模型计算方法的基本步骤如下:第一步,进行热力子系统的水力、热力工况稳态模型计算,得出热力子系统热源节点处热电联产机组发出的热功率及热力子系统内各节点的温度、流量信息;
第二步,根据热电联产机组的热功率及机组的热电转换模型求得热电联产机组的电功率输出;
第三步,将热电联产机组的电功率输出代入电力子系统的交流潮流模型进行计算,若满足式(11)收敛条件,计算结束,输出电‑热综合能源系统混合能流解,否则,返回第一步继续进行迭代计算;
(k) (k)
||ΔP ,ΔQ ||<ε (11)
(k) (k) (k) (k)
式中,||ΔP ,ΔQ ||表示电力子系统节点功率偏差向量ΔP 、ΔQ 中最大分量的‑4绝对值;k为迭代次数;ε为允许的迭代收敛误差,当采用标幺值进行计算时,取ε=10 。