综合能源系统稳态建模及关联效应分析研究

发布时间：2020-09-19 17:09

　　 综合能源系统作为未来实现全球能源互联网和泛在电力物联网的重要物理载体,可以使不同种类能源协同互补、端口广泛接入以及消纳高比例可再生能源,充分实现能源的梯级利用。因为综合能源系统具有因地制宜的多元化结构和广泛接入“即插即用”的泛化特性,使得综合能源系统发展与政策导向、市场新兴业态以及其他领域优秀技术产生了紧密的关联性,也造成了综合能源系统稳态建模的多样性和复杂性。本文研究由此问题深入展开,首先,在对综合能源系统架构特点分类的基础上,分析目前综合能源系统发展面临的主要问题。然后,结合关联性问题对综合能源系统进行稳态建模,阐明内部运行情况以及关联效应。主要创新和成果如下:(1)针对目前综合能源系统在环境污染控制和清洁运行方面研究较少,本文将污染物总量控制理论引入综合能源系统建模,提出了综合能源系统与环境系统协同优化模型。实现了综合能源系统的最优运行以及区域环境质量的提高,为综合能源系统清洁运行规划提供了理论方法。(2)由于综合能源系统内部多种能源之间在传输和转化的过程中形成了强z1合关系,从而使系统碳排放过程难以清晰界定,碳排放总量无法准确计量。针对此问题,本研究根据综合能源系统低碳运行的控制原理,提出了生命周期能源链分析方法,结合碳交易手段构建了综合能源系统低碳经济运行模型,并分析了该方法对系统并网和离网两种运行方式的影响,为综合能源系统参与碳交易、实现低碳化调控提供了理论方法。(3)针对孤岛型综合能源系统中发展电动汽车的问题,提出了居民使用电动汽车的心理风险评估方法,构造了独立海岛终端一体化系统。通对系统的仿真优化,可以模拟出合理的电动汽车投放数量方案,并分析了不同方案对系统运行的影响,为实现电动汽车推广和岛屿电气化提供了理论方法。(4)楼宇型综合能源系统作为灵活的用户侧终端,可以与储能设备和电动汽车实现深度耦合。为提高能源利用效率,降低能耗,本研究提出了综合能源系统“源-网-荷-储”多向互动模式。通过结合V2G技术和室温控制,对面向冷/热/电负荷需求的楼宇型综合能源系统进行建模优化,并根据用户对电动汽车的使用行为提出不同调度策略,为实现楼宇综合能源系统内能量多向互动模式和V2G技术应用提供了理论方法。(5)由于综合能源系统的多种负荷需求之间存在耦合关系,传统负荷预测方法难以满足综合能源系统混合负荷预测需求。针对此问题,本研究提出了多层LSTM多任务深度学习算法,结合VIP技术和Spearman秩相关性分析,构建了综合能源系统混合负荷预测模型,并采用均方根误差对预测精度进行评价。结果表明,本研究所构建的预测模型,有效解决了综合能源系统混合负荷间因强耦而合难于预测的问题,为人工智能技术在综合能源系统负荷预测上的应用提供了指导思路。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM73;TK01
【部分图文】：

气系统中既可以作为气源点也可作为负荷，本研宄在稳态计算中，为避免节点负荷逡逑的重复计算，将储气站统一作为气源点。天然气系统模型主要由气源、管道、加压逡逑站、负荷构成，如图２－１所示：逡逑气源点逡逑逦］逦网络节点逦厂逡逑—0—逦｝—0－—＞逡逑Ｉ逦邋输气管道逡逑Ｌ邋Ｊ逦加压站逡逑储气站逡逑图２－１能源转化示意图天然气子系统模型图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋ｔｈｅ邋ｇｒａｐｈ，邋ｏｆ邋Ｎａｔｕｒａｌ邋ｇａｓ邋ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ邋ｍｏｄｅｌ逡逑为了解决传统方法中计算量大运行时间长的问题，将含有加压器的管道选出来逡逑单独建立模型，先给出不含加压器的情况下天然气系统管道模型。逡逑１）天然气管道流量模型逡逑对于理想绝热输气管道Ｚ，其首末节点分别为ｗ和《，研究针对７．０ｂａｒ以上的逡逑尚压网络，其稳态流量力＿米用Ｗｅｙｍｏｕｎｔｈ流体方程计算［１Ｇ６］，具体表达式如（２－１邋）、逡逑（２－２）所示：逡逑／邋＝邋／／．？？邋＝ｓＳｎｒ［ｐ＾Ｐｍ）ｘＬｎｘ逡逑ｙ］ｓ％ｎＰ（Ｐｎ＾Ｐｍ）（Ｐｎ邋￣ｐＩ）＾邋ｍｎｅＮＧＮ逡逑２０逡逑

该方法不仅降低了模型计算量与求解难度，而且可以准确地计算出加压站运行时消逡逑耗的能量。逡逑含燃气驱动型压缩机的管道模型如图２－２：逡逑ｆｍｉ逦ｆｃｏｍ．ｋ逦ｆｏｎ逡逑0—＞逦（＞逦？—逦0逡逑ｍ逦１逦ｏ逦ｎ逡逑丁ｃｏｍ．ｋ逡逑图２－２含燃气驱动型压缩机的管道模型图逡逑Ｆｉｇ．邋２－２．邋Ｐｉｐｅｌｉｎｅ邋ｗｉｔｈ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｄｒｉｖｅｎ邋ｂｙ邋ｇａｓ邋ｔｕｒｂｉｎｅ逡逑压缩机模型表达式：逡逑ｆｃｏｍ邋ｋ邋＝邋ｋ？ｎ邋ｙｌＰｉ邋＿邋Ｐｉ逦（２－３）逡逑＾ｃ0ｍ，邋＝邋［ｎ？，？邋ｆｍｍＴｇａｓ邋（ｎｊａ－＇），ａ邋－１）］／＾，ｏｅ邋ＮＧＮ逦（２－４）逡逑ｆｍｉ邋＿邋ｆｃｏｍ．ｋ邋＾ｃｏｍ逦（２＿５）逡逑ｆ，ｍ邋￣逦，邋ｉ邋ｅ邋ＮＧＮ逦（２－６）逡逑式中：假设压缩机的入口节点为／，出口节点为0；人表示为流过压缩机的逡逑流量，表示为经过压缩机所消耗的流量。ｎ？，？为压缩比：和为入口管道逡逑和出口管道的管道常数；ｐ，和凡为压缩机入口节点／和出丨丨节点0的压力，为逡逑天然气热值，７＾为天然气温度

２．４模型求解逡逑本研宄采用内点法求解气－电综合能源系统与环境系统最优潮流耦合问题，具体逡逑流程如图２－３所不：逡逑初始化逡逑逦ｙ邋［逦逡逑计算互￥间隙Ｇａｐ逡逑是｜输出气－电综合能逡逑逦？ｃＣ＾Ｇａｐ＞逦？源系统最优潮流逡逑｜逦及排＾情况逡逑计算扰＿因子／／逦１逦ｒ＾±ｉ＼Ｗ逡逑……—ｉ逦１逦Ｌ—逡逑丨电网系统丨ｉ气网系统Ｉ丨环境系统ｉ逡逑丨数据代入电压平衡！；数据代入气－电耦ｉ邋Ｉ数据排污成本方丨逡逑；方程、有功平衡方ｉ！合方程、管道流丨｜程、污染物排放丨逡逑；程、无功平衡方

【参考文献】

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1 姜子英;潘自强;邢江;於凡;;中国核电能源链的生命周期温室气体排放研究[J];中国环境科学;2015年11期

2 徐宪东;贾宏杰;靳小龙;余晓丹;穆云飞;;区域综合能源系统电/气/热混合潮流算法研究[J];中国电机工程学报;2015年14期

3 李正茂;张峰;梁军;

本文编号：2822780