[发明专利]基于改进雅可比矩阵的热网潮流计算方法

说明书

本发明公开了一种基于改进雅可比矩阵的热网潮流计算方法，步骤为：获取热网系统的网络数据；进行热网系统的水力模型建模和热力模型建模；分析水力模型、供水网络和回水网络三者之间的交互影响，获取热网系统的改进雅可比矩阵；根据所获得的改进雅可比矩阵，采用基于牛顿‑拉夫逊方法进行迭代计算，直到系统节点误差达到最大收敛容忍度或收敛次数达到最大，并输出热网系统的潮流分布结果。本发明方法在保证计算精度的同时大大提高了计算的速度和效率，具有实用的工程价值和具备广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及热网系统及能量流计算的技术领域，尤其是指一种基于改进雅可比矩阵的热网潮流计算方法。

背景技术

综合能源系统是近年来的一大研究热点，能量流计算在综合能源系统中起着举足轻重的作用。而热网是综合能源系统的子系统之一，热网系统的建模准确性以及能量流计算效率是一个重点研究问题。热网系统分为供水网络和回水网络，热网系统以水流作为媒介将热量通过管道输送到用户端，与用户端的板换进行充分的热交换后，通过回水管道回到热源，进行新一轮的热交换与热传递。

在2013年，卡迪夫大学的Liu Xuezhi博士提出了一种基于节点法的类似于电网潮流解法的热网潮流计算方法，此后，该方法被广泛应用于综合能源系统的相关研究中，如综合能源系统能量流分析、综合能源系统概率潮流分析以及综合能源系统优化分析等领域。但是，在该方法中，存在计算效率不高的不足之处。原因在于，在该模型中，作者推导的热网系统的雅克布矩阵，忽略了管道流量和回水网络对供水网络部分的影响，以及忽略了管道流量和供水网络对回水网络的影响，在该部分，作者的处理是将该部分的雅可比矩阵中的非对角线置零，这将导致计算效率的缓慢。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供了一种基于改进雅可比矩阵的热网潮流计算方法，该方法对雅可比矩阵进行重新推导和修正，重新考虑了管道流量和回水网络对供水网络部分的影响，以及管道流量和供水网络对回水网络的影响，在保证计算精度的同时大大提高了计算的速度和效率，具有实用的工程价值和具备广泛的应用前景。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：基于改进雅可比矩阵的热网潮流计算方法，包括以下步骤：

S1、获取热网系统的网络数据；

S2、根据所获得的热网系统的网络数据进行热网系统的水力模型建模和热力模型建模；

S3、根据水力模型与热力模型之间的交互关系，推导并获取热网系统的改进雅可比矩阵；

S4、根据所获得的改进雅可比矩阵，采用牛顿-拉夫逊方法进行迭代计算，直到热网系统节点误差函数值达到最大收敛容忍度或收敛次数达到最大，并输出热网系统的潮流分布结果。

进一步，在步骤S1中，获取热网系统的网络数据，包括：热网总节点数、每根管道长度L、管道单位长度的热传导系数λ、热源i处的额定供水温度T_i,source、负荷节点i处的额定出水口温度T_i,o、负荷节点i处的热负荷需求Φ_i,LD、在多热源供应网络中非平衡节点i处提供的热功率Φ_i,source、管道的阻力系数f、热网系统的节点-支路关联矩阵A_h、支路-节点关联矩阵B_h、送端节点-支路关联矩阵A_h,1、受端节点-支路关联矩阵A_h,2、支路-送端节点关联矩阵、支路-受端节点关联矩阵B_h,2和热网系统的回路-支路关联矩阵B_h,loop；

在步骤S2中，基于步骤S1所获得的热网系统的网络数据，进行热网系统的水力模型建模和热力模型建模，具体如下：

水力模型建模：各管道的流量在各节点处满足流量连续性方程，即节点处注入流量等于流出的流量；在一个由管道组成的闭合回路中，水在各管道中流动的压头损失之和为0：