[发明专利]确定性复杂多能流稳态分析计算方法

权利要求书

1.一种确定性复杂多能流稳态分析计算方法，其特征在于：确定性能流计算是IES运行分析的重要基础，其主要任务是在某一确定的工况下，通过系统中的部分已知信息求取未知信息，从而确定出整个系统的运行状态。确定性能流计算的研究重点在于能流方程的理论推导、模型的建立及求解上。稳态计算基于瞬时平衡思想，将系统的状态变化视作离散过程，一般由代数方程表征。

2.根据权利要求1所述的一种确定性复杂多能流稳态分析计算方法，其特征在于，确定性能流计算是IES运行分析的重要基础，其主要任务是在某一确定的工况下，通过系统中的部分已知信息求取未知信息，从而确定出整个系统的运行状态，主要步骤包括：

Step 1：包含电能、天然气、热(冷)能等能源形式的IES稳态能流计算可统一建模为：

式中：x_e为电力系统变量向量，一般包括电压幅值、电压相位、有功功率、无功功率等；x_g为天然气系统变量向量，一般包括节点压力、节点注入流量等；x_h为热(冷)力系统变量向量，一般包括节点注入功率、支路流量、供热温度、回热温度等。F_e，F_g，F_h分别代表电力系统、天然气系统、热(冷)力系统的能流计算方程，按照状态变量的选择不同可分为两类：节点注入模型，选取节点电压/压力作为状态变量进行求解；支路流模型，选取支路功率/流量作为状态变量进行求解；

Step 2：电力系统的能流计算基于节点的有功功率和无功功率平衡，以电压幅值和电压相位为状态变量，构建如下方程：

式中：P_G,i和P_L,i分别为节点i的有功发电功率和负荷功率；Q_G,i和Q_L,i分别为节点i的无功发电功率和负荷功率；U_i和U_j分别为节点i和j的电压幅值；θ_ij为节点i和j之间的电压相位差；G_ij和B_ij分别为节点导纳矩阵中第i行第j列元素的实部和虚部。对于低阻抗比的输电网，也可以采用近似的直流潮流方程，忽略其无功功率和电压幅值的变化。而对于辐射状配电网，也可采用BFM；

Step 3：天然气系统的能流计算基于节点流量平衡，以节点压力为状态变量，构建Weymouth方程如下：

式中：π_i和π_j分别为节点i和j的压力；f_ij为支路i-j的(体积)流量；C_g,T为高压输气管道特性参数；

Step 4：实际中，一般负荷节点的已知量并非流量而是热量，此时水力方程和热力方程无法解耦，需联合求解，其方程为：

C_pm_q(T_s-T_o)-φ＝0

C_sT_s-b_s＝0

C_rT_r-b_r＝0

B_hKm|m|＝0

(∑m_sT_s)-m_oT_o＝0

(∑m_rT_r)-m_oT_o＝0

式中：C_p为工质比热容；m_q为各节点流出流量向量；T_s为各节点的供热温度向量；T_r为各节点的回热温度向量；T_o为各节点的流出温度向量；φ为各节点热负荷向量；C_s和C_r分别为供热网络和回热网络的支路-流量关联矩阵；b_s和b_r分别为与供热温度和回热温度相关的列向量；B_h为回路-支路关联矩阵；K为管道阻力系数向量；m为支路质量流量向量；T_start，T_end，T_a分别为管道起点温度向量、终点温度向量、外界环境温度向量；λ为管道的热传导系数向量；L为管道的长度向量；m_o为混合节点向负荷注入的流量向量；m_s为供热管网中混合节点注入的流量向量；m_r为回热管网向混合节点注入的流量向量。

3.根据权利要求1所述的一种确定性复杂多能流稳态分析计算方法，其特征在于，确定性能流计算的研究重点在于能流方程的理论推导、模型的建立及求解上。稳态计算基于瞬时平衡思想，将系统的状态变化视作离散过程，一般由代数方程表征，分解求解法则首先通过能源枢纽模型将原始负荷解耦得到各子系统独立负荷，然后各子系统分别进行迭代求解，可实现复杂多能耦合关系的统一建模：

式中：下标e，g，h分别表示能源形式中的电、气、热(冷)；下标组合则表示能源形式的转换过程，例如eh表示该过程将电能转换为热(冷)能(如电热泵)，ee表示该过程将电能转换为电能，即转换前后能源形式不发生转变(如变压器)；L为原始负荷；L^*为解耦后各子系统独立负荷；η为转换效率；ν为分配系数。