个体为本的综合能源系统建模及仿真

发布时间：2017-05-13 13:14

  本文关键词：个体为本的综合能源系统建模及仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今社会乃至未来几十年,化石能源供应趋势日益加紧,能源安全问题频频出现,碳排放压力不断增加,迫切需要实现能源结构的多元化发展,提高能源综合利用效率,减少能源浪费,确保人类社会能源的可持续发展。考虑到石油、煤、天然气、水务、气象、交通、工业、建筑等行业与电力系统之间的耦合互动关系,为了实现冷、热、电、气、太阳能等多能源品种的协调互补和集成优化,本文从全盘的整体观点出发创建一个集成电力网络、天然气网络、分布式能源站和热水管网的综合能源系统,并提出个体为本的复杂系统建模方法对其进行建模和仿真分析,在探讨综合能源系统内部不同能源子网络交互行为的同时验证了个体建模方法在综合能源系统研究中的适用性。首先,借鉴生态领域中的“个体”思想和分布式人工智能领域中的多Agent系统技术,提出个体为本的复杂系统建模方法。在探讨“个体”与“交互”等重要概念的基础上定义了“个体模型”和“系统模型”并用形式化语言对其进行描述。同时,本文还介绍了个体的计算机模型,用Agent来模拟个体的特性和行为。其次,为了验证个体为本的复杂系统建模方法的正确性及其在综合能源系统研究中的适用性,我们先应用这种方法对对某小型热水系统进行建模,将系统内部的太阳能加热器、燃气锅炉、电热水锅炉、供水管道、回水管道以及用户热负荷分别用不同的个体来描述,并运用Swarm for Java和Matlab软件工具对个体之间的协商交互策略进行仿真,实现了该热水系统的优化运行。仿真结果和采用常规数学建模方法所得的结果几乎一致,从而验证了个体建模方法的正确性和适用性。进一步,本文构建了一个涵盖电力网络、天然气网络、分布式能源站和热水管网的的综合能源系统。其中,分布式能源站由燃气轮机、太阳能集热系统、地源热泵、吸收式热泵和电热水锅炉组成,在回收燃气轮机排烟余热的同时集合了太阳能和地热资源,实现了多能源品种的有机互补和能量的梯级利用。在详细介绍系统内部不同能源子网络和关键设备的工作原理、物理模型和数学模型之后,本文采用所提的个体为本复杂系统建模方法对综合能源系统进行建模,将其划分为电力系统个体ΣELE、天然气系统个体ΣGAS、分布式能源站个体ΣDES和热水管网个体ΣHNET等4个高级个体和若干低级个体,并详细分析了它们的形式化表达和内部具体模型。最后,根据用户终端的电、热、气需求,在全面考虑热水管网热损、循环水泵电耗、电价和气价的情况下,根据不同时段的不同情况对电力系统、天然气系统、分布式能源站、热水管网进行了自主计算、局部优化、综合优化和并列优化。其中,以能耗费用最小为目标对分布式能源站和热水管网进行综合优化计算,从而确定分布式能源站的购电量和购气量;天然气系统则以管网运行能耗最小为目标优化天然气管网流量和压力,电力系统以燃料费用最小为目标进行最优潮流计算。实验仿真结果体现了“温度对口、梯级利用”原则对提高能量利用效率的重要意义,反映了综合能源系统内部不同能源子网络之间的相互影响和交互行为,为后续综合能源系统的研究奠定基础。
【关键词】：综合能源系统 个体建模 电力子网络 天然气子网络 分布式能源站 热水管网
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK01
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究动态12-16
• 1.2.1 各国综合能源系统发展战略分析12-14
• 1.2.2 综合能源系统建模仿真研究现状14-16
• 1.2.3 现有研究总结16
• 1.3 研究方案16-19
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 拟解决的关键问题17-18
• 1.3.3 研究技术路线18-19
• 第二章 个体为本的复杂系统建模方法19-27
• 2.1 复杂系统建模技术19-20
• 2.2 个体为本的复杂系统建模方法20-23
• 2.3 个体模型的计算机实现23-24
• 2.4 个体为本的复杂系统建模方法在综合能源系统建模中的适用性24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 个体为本的小型热水系统建模及仿真27-37
• 3.1 系统概况27
• 3.2 建模过程27-33
• 3.3 仿真实验及结果分析33-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 综合能源系统物理模型的建立37-57
• 4.1 综合能源系统37-38
• 4.2 用户负荷38-39
• 4.3 电力网络39-42
• 4.4 天然气网络42-44
• 4.5 分布式能源系统44-56
• 4.5.1 分布式能源站44-51
• 4.5.2 热水管网51-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 个体为本的综合能源系统建模及其仿真实验57-79
• 5.1 个体的划分及其关系57-58
• 5.2 个体为本的综合能源系统建模58-63
• 5.2.1 电力系统个体模型59
• 5.2.2 天然气系统个体模型59-60
• 5.2.3 分布式能源站个体模型60-61
• 5.2.4 热水管网个体模型61-62
• 5.2.5 用户个体模型62-63
• 5.2.6 关系模型63
• 5.3 个体为本的综合能源系统仿真实验63-77
• 5.3.1 仿真实验设计63-65
• 5.3.2 ΣELE个体的优化模型65-66
• 5.3.3 ΣGAS个体的优化模型66-67
• 5.3.4 分布式能源站和热水管网的综合优化模型67-69
• 5.3.5 算法选择69-70
• 5.3.6 仿真参数设置70
• 5.3.7 仿真结果及分析70-77
• 5.4 本章小结77-79
• 第六章 结论与展望79-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果87-88
• 致谢88-89
• 附件89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：362647