计及工质流和热传导的热力管网能流动态建模

能源互联网在国内兴起,其物理核心多能系统的动态特性和运行调控引起广泛关注,其中热力管网是热力系统和多能系统组网的关键。然而现有热力管网模型绝大多数是管网的水力稳态模型,未考虑管网存量工质的蓄能特性及工质流动、热功转换过程中管网的热力动态过程。此外,管网中工质流动和热传导动态过程同时发生且相互耦合,少有模型对这两类动态过程联立求解。对此,根据能流理论和系统动力学理论,将工质流和热传导动态联立,提出表达统一化的热力管网能流模型,能够对管网的蓄热、做功、能量传输等关键过程准确定量刻画,且易实现较大规模热力管网组网及编程实现。最后通过算例分析验证该热力管网动态模型的合理性和正确性。     

基于精细化热网模型的电热综合能源系统时序潮流计算

综合能源系统包含多热源环状管网且以电热耦合元件为平衡节点。然而,潮流计算中未能详细考虑热网中热能传输动态特性和管道水流局部阻力,也未能清晰定义热网负荷节点类型。文中提出一种基于精细化热网模型的电热综合能源系统时序潮流计算方法。首先,综合考虑热网管道中各种阻力对管道水流量的影响,建立了考虑精细化阻力的水力模型。基于热网管道中各微元之间的相互影响分析,构建了考虑热网动态特性的热力模型和管道温度求解模型。然后,文中重新定义了热网负荷节点类型,修正了热网中水力-热力计算方法和电热耦合处的迭代处理方法,并结合电/热系统间顺序计算方法,提出了兼顾热网动态特性与精细化水力模型的电热综合能源系统时序潮流计算方法。最后,通过实际算例验证所提模型在电热综合能源系统潮流计算中的可行性与必要性。     

考虑供热网储热特性的电—热综合能源系统优化调度

在电—热综合能源系统中,利用电力、热力系统的互补特性可提高系统运行的灵活性,从而提升系统消纳可再生能源的能力。电力系统和热力系统通过热电联产、电制热等发生耦合,文中考虑了热力系统中供热管道传输时间延迟和热损失等热动态特性,以及用户供热需求的柔性,建立了考虑供热网储热特性的电—热综合能源系统优化调度模型。算例1以IEEE 39节点电网和26节点热网耦合系统为例进行分析,结果显示所提模型可以通过能量时间平移,优化匹配电—热综合能源系统的源、网、荷,促进可再生能源高比例消纳;算例2则以海宁市尖山新区为例,分析了含高渗透率可再生能源系统中以集中供热拓展能源终端消费的效果。     

考虑供热系统建模的综合能源系统最优能流计算方法

随着社会经济的发展与技术的进步,综合能源系统已成为未来能源领域变革的重要发展趋势之一,其中以热电联供为代表的电热耦合综合能源系统发展迅速。电热系统的联合优化可以提高燃料利用效率,节省运行成本,但当前电热耦合系统能流研究主要针对于电力系统,对供热系统的管网特性、热负荷与用户温度需求的关联特性考虑得还不够精细,无法充分反映电热系统的实际运行特性。该文基于热力管网支路特性及散热器、换热器等关键设备的稳态模型,考虑供热系统能量传输与管网约束,建立了供热系统稳态能流计算的精细化模型。在此基础上,以热电联供机组电热出力与电锅炉出力为调节变量,提出了一种基于内点法的电热耦合综合能源系统最优能流求解方法,能够更加准确地反映系统运行特性并实现系统经济运行。最后进行算例测试,验证所提最优能流计算方法的可行性与有效性。     

综合能源系统分析的统一能路理论(二):水路与热路

供热网络是综合能源系统的重要组成部分。作为系列论文的第二部分,该文以供热网络为对象,基于质量守恒方程和动量守恒方程推导了水路模型,基于能量守恒方程推导了热路模型,并通过傅里叶变换和二端口等值实现了模型向代数方程的化简,最后基于水路模型与热路模型刻画了供热网络的支路特性与拓扑约束,并由此导出了水力网络方程和热力网络方程。此外,根据供热网络的水力运行特点,完成了动态水路向稳态水路的退化并提出了修正解法。算例结果表明了水路与热路方法分析供热网络的有效性。与传统分析方法相比,热路方法可以描述时域中连续的热力动态过程,在满足计算精度的同时,显著降低了网络分析的计算复杂度。     

电气-供热管网系统等值模型与静态潮流分析方法

随着光伏、风电等清洁能源的持续增长,电热混合系统将是未来综合能源系统的发展趋势。首先,建立供热管网系统流体质量流量与电力系统电功率的等值关系,保证电力功率流、热力流量流可以在统一的时域尺度下进行分析。在此基础上,分别构建供热管网系统的平均温度响应模型及电锅炉外特性模型,确立供热管网系统响应状态及电、热功率流间相互影响的变量。基于牛顿法和供热管网水力计算基本原理,推导电气-供热管网系统潮流修正方程及其雅可比矩阵元素表达式,提出计及电制热效率随系统运行环境变化的电热混合系统潮流静态分析方法。最后,通过算例分析验证了所提出方法的可行性及实用性。     

考虑网络动态特性与综合需求响应的综合能源系统协同优化

在综合能源系统中,利用电、热、气的互补耦合特性可以提高系统运行的灵活性.针对综合能源系统的日前优化问题,文中建立了考虑网络动态特性与综合需求响应的综合能源系统协同优化模型.首先,对热网与气网的管网动态特性进行分析,构建了多能流动态传输方程.其次,基于用户热感知的模糊性,考虑了热负荷的柔性调节能力.然后,同时考虑价格型负荷和替代型负荷,引入综合需求响应以优化次日的负荷曲线,挖掘用户侧的需求响应能力.最后,对所提模型进行了验证分析,结果表明管网的动态特性可以有效提升系统的整体灵活性,相对稳态模型而言,协同优化动态模型可以更加准确地反映系统的运行工况,保证系统运行安全.此外,仿真结果还表明考虑综合需求响应可以有效促进新能源消纳,提升系统运行的经济性.     

考虑热管网动态特性的热电协同优化调度

提出了一种考虑热网自身动态特性的热电协同调度策略,即发挥热管网作为天然储热装置的优势,以此增加热电耦合系统的惯性,抵御风电的随机波动,达到更好消纳风电的目的。为了刻画热管网中水介质温度传播的时变特性与空间分布,提出了描述热管网动态特性的线性差分方程,其中对水介质轴向传热和径向散热特性进行建模;通过耦合元件热电联供(CHP)机组的热电输出耦合特性,将电力系统潮流约束与热网系统水力和热力约束统一考虑在一个动态线性模型中,以向大电网购电最小为优化目标,用Cplex软件包进行求解,求得能最大化消纳风电的最优热电调度策略。     

多时间尺度电热综合能源系统状态估计研究

电热综合能源系统的广泛发展促进了新能源消纳,提高了多能系统运行灵活性。然而,电力系统和热力系统运行时间尺度差异使得对电热综合能源系统进行准确状态估计较为困难。本文通过研究电热综合能源系统内的耦合和交互特性,通过有限差分法将描述热力系统动态特性的偏微分方程差分化,从而提出一种多时间尺度电热综合能源系统状态估计模型,并利用拉格朗日乘子进行求解。算例分析表明:本文所提多时间尺度方法对热力系统供水温度一段时间内的变化趋势估计与实测数据相比,其平均相对误差为0.27%,而稳态模型所得结果平均相对误差为1.03%,可以准确反映电热综合能源系统的多时间尺度特性。     

考虑热网动态特性与碳交易的电-热综合能源系统优化调度

为充分发挥多能源系统的用能经济性、灵活性和低碳性,提出了考虑热网动态特性与碳交易的电-热综合能源系统优化调度方法.在考虑热网动态特性的基础上,通过热电联产机组、热泵、燃气轮机等能源耦合设备,构建了电-热综合能源系统优化调度模型.首先,针对供热管道和采暖建筑的热动态特性进行精细化建模;其次,以综合能源系统运行成本和碳交易...     

利用建筑物与热网热动态特性提高热电联产机组调峰能力

提出了综合考虑建筑物与集中供热管网热动态特性的热电联合运行模式,解决了因传统"以热定电"运行模式而导致的热电联产机组调峰能力不足的问题。详细介绍了基于建筑物与热网热动态特性的热电联合系统的构成方案;着重对比分析了考虑建筑物与热网热动态特性前后的热电联产机组运行点的变化情况,在此基础上明确了其能够提高机组调峰能力的机理;给出了综合考虑建筑物与热网热动态特性的热电联合调度模型。算例结果表明,所述综合模型可以显著提高机组的上调节和下调节容量,其效果优于仅考虑建筑物或者热网单一环节热动态特性的模型。进一步,将系统源侧"热电耦合"特性扩展到荷侧,利用系统"源荷协调控制"实现了机组"热电解耦"。     

考虑管存动态特性的电-气-热综合能源系统低碳经济调度

电转气(P2G)和热电联产机组(CHP)作为综合能源系统耦合元件,是实现清洁低碳电力的重要途径.基于此,从P2G和CHP的协同机理着手,建立了考虑气管网储能特性的电-气-热互联综合能源日前调度模型.模型目标函数以日前调度成本、弃风成本和污染物治理成本之和最小,并计及了电网、气网约束条件,重点关注天然气系统管网的储气空间,以挖掘其管存动态特性.针对模型存在的非线性约束,采用二阶锥松弛和分段线性化将模型转化为混合整数凸优化问题进行求解.通过一个IEEE33节点电网和比利时20节点天然气网耦合的综合能源系统进行算例分析,结果验证了P2G和CHP的联合调度可以提升综合能源系统多项性能,管网动态特性对系统经济性具有积极作用.     

考虑供热系统精细化建模的区域综合能源系统多目标优化调度

双碳目标背景下,新能源并网需求的大量增加对区域综合能源系统灵活运行能力提出了新的要求。为了有效挖掘系统灵活性资源开发潜力,该文基于热网及热负荷精细化模型,提出一种计及多能灵活性的区域综合能源系统日前多目标优化运行策略。首先,建立供热管网传输模型以及建筑储能特性模型,精细化刻画热能传输动态过程;其次,建立多能灵活性资源模型,定量分析制定调度计划时的热电机组可调节容量;随后,建立考虑多能潮流的区域综合能源系统模型,并提出一种以系统灵活性不足率及综合运行成本为目标函数的日前调度策略。算例结果表明,该文所提的多能灵活性资源模型以及多目标优化调度策略可有效降低系统综合运行成本、提升系统可再生能源消纳率,缓解了系统用能高峰期供能压力。     

基于时间序列与耦合分析的区域综合能源系统多能潮流计算方法

由于区域综合能源系统中存在电、热等难以耦合分析的多种能源潮流,提出基于时间序列与耦合分析的区域综合能源系统多能潮流计算方法。首先,利用时间序列分析该系统的调频特性,获取该系统的运行频率,并构建区域综合能源系统稳态网络模型。然后,分别计算电力系统与热力系统潮流,并通过电热耦合分析,得到该系统多能潮流计算结果。最后经实验验证：该方法可以精确计算热力系统中不同管道的供热温度与回热温度,还能够计算得出电力系统运行时的电压、有功功率与无功功率,实现较为全面的多能潮流计算。     

面向区域综合能源服务的电-水联合潮流

现有关于综合能源系统潮流的研究大多以电力、热力、燃气系统耦合形成的多能系统为研究主体,而少量关于电-水联合系统潮流的研究又存在耦合方式单一、模型适应性差等问题。为此面向区域供电、供水综合服务商,提出配电网、配水网耦合形成的区域电-水联合系统的潮流模型和计算方法。提出2种用户级电-水能源集线器模型以描述终端用户综合用能行为产生的电-水关联关系;在此基础上,考虑电-水之间的泵站耦合和用户级能源集线器2种耦合方式,以及水负荷的水压特性,提出区域电-水联合潮流模型及计算方法;用2个不同规模的区域电-水联合系统验证了所提潮流计算方法的有效性,并对比分析了用户级电-水能源集线器及水负荷水压特性对联合潮流的影响。     

大型供热系统水力仿真计算方法的研究

在现有水力计算方法基础上,根据供热系统运行的实际,提出了供回管网相分离的思想,并通过加入管网的热力工况计算．设计出一个能适用于不同工况的通用的大型供热系统的仿真计算模型。该模型不仅可以对热网实际运行工况进行模拟,而且可以求出热网理想工况下的热网参数,并通过实例分析证明其正确有效。为热网的模拟分析和调节提供了依据。从而实现热力管网的管理、调度、网络仿真的集成化,为供热系统的现代化运行和管理提供了一个有力的工具。     

应用MATLAB仿真对区域供热管网的节能调节

为适应现阶段节约能源、合理利用能源的目标,更好地降低区域供热管网运行成本的需要,以理论研究为基础,结合实际的区域供热管网,利用MATLAB/SIMULINK对动态系统进行仿真建模,具体分析区域供热管网的运行状态,建立了区域供热管网水力工况模拟与仿真,通过仿真模型对区域供热管网进行直接的观察和调节,使区域供热管网更优化的运行,以使用户获得高品质的热能,达到最大程度的能源节约。     

气网动态潮流下多能源网与能量枢纽的联合调度

天然气系统与电力系统的时间响应特性之间存在显著差异,若在综合能源系统优化调度模型中进一步融入天然气系统动态潮流模型,则能够更精确地描述其实际运行状态。为此,建立了考虑气网动态过程的电力-天然气耦合系统,该系统基于能量枢纽相耦合,并在能量枢纽中引入考虑负荷特性的需求响应模型,提出了考虑需求响应的多能源网与能量枢纽的联合优化调度方法。通过对网络模型与能量枢纽模型进行线性化处理来降低模型复杂度,并采用分解求解法进行多能流潮流计算。以含有2个能量枢纽的综合能源系统为算例进行仿真分析,结果表明考虑气网动态潮流的模型能更准确地描述实际运行状态,且考虑需求响应对于降低峰谷差、提高经济效益效果显著。     

计及网络动态特性的电—气—热综合能源系统日前优化调度

电—气—热综合能源系统的互联是提高系统运行灵活性与可再生能源消纳能力的有效手段之一。在详细分析热网与气网动态特性基础上,提出一种同时考虑气、热网络动态特性的电—气—热互联系统日前优化调度模型。首先,针对热网与气网的动态特性进行建模分析,挖掘其相应动态特性下所对应的储能能力。然后,建立兼顾气、热网络动态特性的综合能源系统日前优化调度模型,将模型线性化并进行求解。最后,构建仿真系统,计算分析管网动态特性对系统优化运行的影响,以及不同网络间的动态特性作用关系与协同优化潜力,所得结果证明了在综合能源系统中计及网络动态特性的必要性与可行性。     

电热联合调度模型综述

区域电热综合能源系统在能源利用方面有独特优势,为了准确把握电热联合调度的研究重点,综述了电热联合调度模型的相关研究热点问题。介绍了以区域供热为对象的电热联合系统的基本结构与特点。从电热能流差异出发,分析了联合调度模型中热力系统各元件热力特性模型、电力系统典型模型和电热耦合元件典型模型。针对目前电热联合调度模型的研究侧重点与进展,从基本调度模型、考虑能流差异性、考虑系统不确定性、考虑调度机制、考虑主体利益与电力市场的调度模型等五个方面综述了主流的电热联合调度模型,并展望了电热联合调度模型未来研究方向。