[发明专利]基于前推回代法的电-热综合能源系统潮流计算方法

权利要求书

1.一种基于前推回代法的电-热综合能源系统潮流计算方法，其特征在于，包括：

S1：确定电-热综合能源系统中存在的能源结构种类，耦合元件并建立所述能源结构种类和耦合元件的数学模型：热力系统管道模型、电力系统模型以及耦合装置热电联产机组；其中电力系统模型除了基本网架结构外还包括各类异质能源以节点分布式电源或负荷的形式接入到系统中；

S2：对热力系统管道模型建模时，热力系统管道模型用来描述节点热功率和温度、管道内热水质量流率之间的关系，考虑到热能、温差以及比热容的关系，每个节点消耗的热功率由下式表示：

式中，Φ为每个节点消耗的热功率，单位为MW，热源节点Φ为负，热负荷节点Φ为正；C_p为水的比热容，单位是MJ/(kg·℃)；为注入节点的热水的质量流率，T_s为节点的供热温度，T_r为节点的回热温度，T_o为节点的出口温度；

热水在管道中流动过程中会有热量的损失，沿着水流方向温度逐渐降低，管道末端温度与管道始端温度关系用管道温降公式描述：

式中，T_end和T_start分别为沿着水流方向管道的末端温度和始端温度，单位为℃；T_a为环境温度，单位为℃；λ为管道单位长度的总传热系数，单位为MW/(m·℃)；L_h为管道长度，单位为m，m为管道中热水的质量流率，单位为kg/s；

对于热力系统的供热网来说，由管道流量连续性方程可知流出的质量流率与流入的总质量流率相等，因此节点处流出热水温度等于流入热水温度；对于热力网络的回热网来说，汇入热水温度不同，质量流率亦不同，联立式(2)、(3)进行求解从其他节点流向该节点的热水混合温度；

(Σm_out)T_out＝Σ(m_inT_in)           (3)

式中，T_out为从其他节点流向该节点热水的混合温度，单位为℃；m_out为从该节点流出的各管道中热水的质量流率，单位为kg/s；T_in为流向该节点的各管道末端温度，单位为℃；m_in为流向该节点的各管道中热水的质量流率，单位为kg/s；

S3：对耦合元件热电联产机组建模，依据热电联产机组热电比是否为一个确定值，将其分为如下两种形式：

式中：P_CHP为热电联产机组的电出力；H_CHP为热电联产机组的热出力；c_m为定热电比；c_z为变热电比；η_e为热电联产机组的冷凝效率；F_in为燃料输入速率，这里需要注意的是c_z虽然是一个变化的值，根据实际情况在某个时段内会保持不变；热电联产机组以定热电比运行；

S4：电力系统的分布式电源以节点的形式接入所述综合能源系统中；

S5：上述对于热力系统，电力系统，电热耦合元件进行建模后对所述电力系统采用前推回代法进行潮流计算；对所述热力系统采用与电力系统解算相同的前推回代法进行潮流的计算，具体地，采用热电比拟的思想对热力系统和电力系统节点类型进行对比总结并得到：将节点电压与节点供热温度进行类比，节点电流与管道热水质量流率进行类比，电力系统负荷节点已知负荷功率，热力系统负荷节点已知出口温度，因此将负荷功率和出口温度进行类比；

S6：结合热力系统管道模型以及前推回代算法，将热水质量流率类比电流，供热温度类比电压，进行热力系统前推回代潮流计算，计算出热力系统平衡节点总的热功率；

S7：获得热力系统平衡节点热功率后，利用所述耦合元件求出电力系统输出电功率，作为对应电力系统链接节点的有功负荷，采用固定电热比的方式如下：

S8：对于分布式电源接入带来的PV节点问题，对前推回代算法采用影响因子矩阵的修正方法进行改进，对于PV节点的前推回代算法采用影响因子矩阵的修正方法为：构建影响因子矩阵I，其中：

I_ij为影响因子矩阵对应第i行第j列元素，ΔV_i为节点电压的变化量，ΔQ_j为节点无功补偿的变化量；

通过上述获得的影响因子矩阵，可以进一步得到无功功率补偿量的修正方程的矩阵形式：

上述公式(11)可以简化的写成：

ΔU＝IΔQ                         (12)

ΔU为PV节点电压不平衡向量；ΔQ为PV节点无功补偿量向量；I表示影响因子矩阵，其阶数即为网络中PV节点个数。

S9：采用改进后的前推回代法对电力系统进行潮流计算，判断所有节点的电压是否满足收敛判定条件，若不满足则对注入的无功功率进行修正；PV节点的收敛判定条件为：

式中为第k次计算得到的第i个PV节点处的节点电压；U_schi为第i个PV节点处的给定节点电压幅值；ε_pq为收敛精度；

S10：利用所述改进后的前推回代法迭代至各PV节点均满足精度要求，然后进行潮流计算，计算结束后输出潮流计算的结果；否则则继续利用所述改进后的前推回代法迭代直至收敛，然后进行潮流计算，并输出潮流计算的结果。