2.区域综合能源系统电气热混合潮流算法研究
电力系统中潮流计算算法研究
电力系统中潮流计算算法研究随着电力系统的不断发展，潮流计算算法成为了电力系统运行中不可或缺的一环。
潮流计算算法主要是用来分析电力系统中电流、电压以及功率等各种参数的变化。
它是电力系统稳态分析中最基本、最重要的一项计算，对于保证电网的安全可靠运行起到了举足轻重的作用。
一、潮流计算算法的基本原理潮流计算算法的基本原理是基于电力系统中的潮流方程，通过求解潮流计算方程来得到电力系统中各支路及各节点的电流、电压和功率等参数。
其主要求解过程包括节点电压的估计、节点功率的平衡以及潮流方程的求解等方面。
潮流计算算法可以通过数学方法实现，也可以利用计算机程序来求解。
二、潮流计算中常用的算法1. 高斯-赛德尔迭代法高斯-赛德尔迭代法是潮流计算中最早也是最经典的算法之一。
该算法是根据潮流计算方程的特点而设计出来的，主要通过迭代的方式求解方程组，并逐步逼近方程的最终解。
该算法虽然存在收敛速度较慢、收敛极限不明确等缺点，但是其稳定性较好，可以准确地计算出电力系统中的各项参数。
2. 牛顿-拉夫逊方法牛顿-拉夫逊方法是一种基于二次对数频率计算的方法，其主要特点是通过求解雅克比矩阵而不是求解逆矩阵来建立方程组。
该算法收敛速度较快、计算精度高，被广泛应用于大规模电力系统的潮流计算中。
3. 变权系数法变权系数法是一种改进的潮流计算算法，其主要特点是通过加大潮流方程中电压较小的节点的权数，从而使迭代效率更高，收敛速度更快。
该方法适用于电力系统中节点数较多、计算强度较大的情况。
三、潮流计算在电力系统中的应用潮流计算通常被广泛应用于电力系统的运行和规划中，主要包括以下几个方面：1. 性能评估潮流计算可以用来评估电力系统的性能，包括电压稳定性、电网负荷能力、电网安全裕度等方面。
通过对潮流计算结果的分析，电力系统工作者可以预测电力系统可能出现的问题，并采取相应的措施来保证电网的安全稳定运行。
2. 计划管理潮流计算可以用来指导电力系统的规划和管理工作。
综合能源系统多能流潮流计算模型与方法综述
综合能源系统多能流潮流计算模型与方法综述一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，综合能源系统作为一种新型、高效、环保的能源利用方式，受到了广泛关注。
综合能源系统不仅集成了多种能源形式，如电、热、冷、气等，还通过先进的能源转换和存储技术，实现了能源间的互补和优化利用。
然而，综合能源系统的复杂性也给其运行和管理带来了挑战，特别是多能流潮流计算问题。
多能流潮流计算是综合能源系统分析和优化的基础，对于保障系统安全、提高能源利用效率、降低运行成本具有重要意义。
本文旨在对综合能源系统多能流潮流计算模型与方法进行全面综述。
文章将介绍综合能源系统的基本概念和特点，明确多能流潮流计算的重要性和挑战性。
然后，文章将重点综述现有的多能流潮流计算模型，包括基于物理模型的计算方法和基于数据驱动的计算方法，分析各自的优缺点和适用范围。
文章还将探讨多能流潮流计算中的关键问题和挑战，如模型精度与计算效率、不确定性分析与处理、多时间尺度协调等。
文章将展望多能流潮流计算模型与方法的发展趋势和前景，为综合能源系统的研究与实践提供参考和借鉴。
通过本文的综述，读者可以深入了解综合能源系统多能流潮流计算的研究现状和发展动态，为相关领域的研究和实践提供有益的参考和指导。
二、综合能源系统多能流潮流计算基础综合能源系统是一种复杂的网络结构，涉及多种能源形式的转换和传输，包括电力、热能、燃气等。
多能流潮流计算是分析综合能源系统运行状态的重要手段，它基于物理定律和能量守恒原理，通过数学模型描述系统内部各种能源形式的流动和转换过程。
多能流潮流计算的基础是建立系统的数学模型，这通常包括节点方程和支路方程。
节点方程描述的是节点处各种能源形式的供需平衡关系，支路方程则描述了能源在系统中的传输和转换过程。
这些方程通常是非线性的，需要通过数值方法求解。
多能流潮流计算还需要考虑各种约束条件，如设备容量限制、能源质量限制等。
这些约束条件在模型中以不等式或等式的形式出现，需要在求解过程中得到满足。
电力系统潮流计算及其应用研究
电力系统潮流计算及其应用研究随着人们生活质量的提高和生产力的不断发展，电力系统在社会经济中的地位逐渐得到了凸显。
而电力系统的潮流计算是电力系统分析和控制的核心内容之一。
本文将围绕电力系统潮流计算及其应用进行探讨。
一、电力系统潮流计算的概述电力系统潮流计算是指针对电力系统中各节点电压和电流的计算与求解过程。
潮流计算可以用于电力系统的分析、规划、控制、保护等方面。
随着电力系统规模的不断扩大，潮流计算也出现了新的问题和挑战。
例如，新能源的不断接入、交流/直流混合输电方式、复杂的电力市场等，都给潮流计算提出了更高的要求和挑战。
在电力系统潮流计算中，关键的数学模型称为潮流方程。
潮流方程的基本形式为：$f (P_{i},Q_{j},U_{i},U_{j})=0$。
其中，$P_{i}$和$Q_{i}$分别表示节点i的有功和无功负荷，$U_{i}$和$U_{j}$为节点i和节点j的电压，f（）表示一种和节点电压和电流相关的函数关系。
通过求解这个方程，实现对电力系统节点电压和电流的计算和求解。
二、电力系统潮流计算方法目前，电力系统潮流计算方法可大致分为以下两类：直接方法和迭代方法。
直接方法又称为解析法，指通过矩阵方程的解析求解，不需要迭代步骤。
这种方法在计算速度快的情况下，精度较高。
但它仅适用于小型电力系统的计算。
迭代方法通常基于牛顿-拉弗逊法（Newton-Raphson, N-R法）或基于幂法（Power flow，PF）的方法。
此类方法通常效果更为准确，但相对计算量较大。
其中，N-R法更适用于负荷变化频繁、电压变化范围大的情况；而PF法则更适用于单一负荷和电压初始值稳定的情况。
三、电力系统潮流计算的应用电力系统潮流计算在电力系统的现代化建设和运用管理中发挥着重要作用。
这里我们将列举几个典型的应用案例。
1.电力系统计算和规划潮流计算可以为电力系统的规划与设计提供基础性的数据支撑。
例如，电力系统的负载分布、设备容量和位置、线路配置和传递能力，都可以根据先前的潮流计算结果和情况来做出判断和选择。
区域综合能源系统规划研究综述
区域综合能源系统规划研究综述摘要：传统的能源系统规划、运行局限于电、气、热、冷等单一能源形式内部，无法充分发挥能源间的优势互补，能源利用效率、可再生能源消纳、节能减排等问题遭遇瓶颈。
针对此问题，能源互联网、综合能源系统等概念相继被国内外学者提出并研究，构建了未来能源系统广泛互联、平等共享的愿景，正在推动新一轮的能源革命。
关键词：区域综合能源；系统规划；研究一、多种形式能源耦合理论研究1、能源集线器理论能源集线器理论将RIES的能源形式归结到外部供应和终端需求两端，如图1所示。
图1RIES能源结构示意图终端需求的能源形式被抽象为电、热、冷三类，而外部供应的能源形式则包括向区域内输入的所有能源，如电、气、热、风、光等。
能源转换设备将外部供应的能源形式转换为终端需求的能源形式，并通过供能网络传输给分散于区域内的各用户。
此外，区域内还可能存在多种形式的储能设备实现能源存储。
从能源转换角度，外部供应能源对应于EH的入Pα，Pβ，…，Pχ，而EH的输出Lα，Lβ，…，Lχ则对应于终端需求。
通过构建耦合矩阵来描述EH的转换关系如下：式中：α，β，…，χ分别表示能源形式如电、气、热、冷等；ηαβ为能源α转换至β的效率；υ为分配系数，表征某一种能源在多个EC之间的分配比例。
式（1）中，假设转换效率η为常数，则此模型为线性模型。
υ作为变量，可为多种形式能源之间的互补优势与经济调度提供了优化空间。
显然，υ应满足如下约束：式中：I，ｊ＝α，β，…，χ。
进一步定义耦合系数C：以P，L，C分别表示式（1）中的输入矢量、输出矢量和耦合矩阵，则式（1）模型可表示为：如考虑ES，则式（４）可改写为：式中：E为ES能量；E为ES实时功率；S为ES耦合矩阵。
2、多能耦合理论的发展2.1能源集线器非线性研究能源集线器非线性主要体现为EC设备的变工况特性，即转换效率η随实际负载率Ｎ的变化而变化：RIES中包含多种类型的EC设备，其中包括以下具有较明显变工况特性的设备。
电力系统中潮流计算方法研究
电力系统中潮流计算方法研究随着电力系统的迅速发展和电力需求的不断增长，电力系统的可靠性和稳定性成为了极为重要的问题。
在电力系统中，潮流计算是一项至关重要的技术，它可以帮助我们预测电力负荷和电力流向，有助于电力系统的稳定运行。
本文将探讨电力系统中的潮流计算方法及其研究。
一、潮流计算方法潮流计算是电力系统调度和运行的关键技术之一，其基本原理是根据电网拓扑、输电线路及变电站运行参数等，采用一系列算法求解电力系统中各节点的电压、电流和功率等物理量。
目前常用的潮流计算方法主要有两种：直接法和迭代法。
1.直接法直接法也叫解析法，它采用解析表达式计算电网各节点的电压、电流和功率等物理量。
其主要优点是计算速度较快，计算精度较高，适合用于小型电力系统和对计算精度要求较高的情况。
但是，直接法的缺点在于其计算复杂度极高，在大型电力系统中计算的时间和计算资源都会非常消耗。
2.迭代法迭代法也叫数值法，以牛顿—拉夫逊法（Newton-Raphson method）为代表，采用迭代过程计算电网各节点的电压、电流和功率等物理量。
迭代法主要优点在于其计算复杂度较低，在大型电力系统中计算速度相对较快。
但是，在特殊情况下，如系统存在多重解或松弛现象时，迭代法的收敛性也会受到一定的影响。
二、潮流计算的应用潮流计算在电力系统调度和运行中有着广泛的应用。
具体来讲，潮流计算可以用于下列几个方面：1.电网规划和设计电网规划与设计中潮流计算是必不可少的技术手段。
通过对不同区域、不同负荷的电力需求进行分析和计算，可以预测未来电力需求的变化，进而为电网规划与设计提供可靠的数据和参考。
2.电网运行状态分析潮流计算可以帮助运维人员及时监测电网运行状态，防范潜在安全隐患。
当电网发生故障或负荷变化时，运维人员可以通过潮流计算及时预警，采取有效措施避免电网故障的发生。
3.电网故障诊断与分析电力系统中常常发生各种故障，包括线路短路、设备故障等，这些故障严重影响电力系统的稳定运行。
电力系统中潮流计算与优化方法研究与应用
电力系统中潮流计算与优化方法研究与应用概述：电力系统是当今社会中不可或缺的基础设施之一，而潮流计算和优化方法是电力系统的核心研究内容。
随着电力负荷的增加，传统的电力系统已经不再能满足人们对电能的需求。
因此，对电力系统的潮流计算和优化方法的研究和应用显得尤为重要。
本文将讨论电力系统中潮流计算和优化方法的研究和应用。
一、潮流计算方法的研究与应用1.1 潮流计算的概念和原理潮流计算是对电力系统中各个节点的电流、电压和功率进行计算和分析的过程。
这个过程是通过电力系统的拓扑结构和负载改变来进行的。
潮流计算的基本原理是基于功率平衡方程和各个节点之间的电压相等条件。
最常见的潮流计算方法有直流潮流计算和交流潮流计算。
1.2 潮流计算的方法和技术在电力系统中，潮流计算是一个复杂的问题，因此需要使用一些方法和技术来解决。
目前，常用的潮流计算方法有牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson）、高斯-赛德尔法（Gauss-Seidel）、恢复牛顿法（Fast Decoupled Newton），以及分布式潮流计算方法。
1.3 潮流计算的应用潮流计算在电力系统中有着广泛的应用。
它可以用于解决电力系统中的潮流问题，评估电网状态和电力负荷，确定电力系统的输电能力，并为电力系统的规划和调度提供支持。
此外，潮流计算还可以用于分析电力系统的稳定性，提高电力系统的可靠性和安全性。
二、优化方法的研究与应用2.1 优化方法的概念和原理电力系统的优化问题是指找到一组最佳的控制策略或调整参数，使电力系统的某些性能指标达到最优。
优化方法的基本原理是通过最小化或最大化目标函数来寻找最优解。
在电力系统中，常见的优化问题包括最小化功率损耗、最大化输电能力和优化发电调度等。
2.2 优化方法的方法和技术优化问题是一个多目标、多约束的问题，因此需要使用一些方法和技术来解决。
常用的优化方法包括线性规划、非线性规划、遗传算法、粒子群算法等。
此外，在电力系统中还可以采用模糊数学、神经网络和支持向量机等方法来解决优化问题。
电力系统潮流计算与分析
电力系统潮流计算与分析电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，它为我们提供了稳定可靠的电力供应。
而电力系统的潮流计算与分析则是电气工程中的重要研究领域之一。
本文将介绍电力系统潮流计算与分析的基本概念、方法和应用。
一、潮流计算的基本概念潮流计算是指对电力系统中各个节点的电压、电流、功率等参数进行计算和分析的过程。
它是电力系统规划、设计和运行中必不可少的工具。
潮流计算的目的是确定电力系统中各个节点的电压和相位角，以及各个支路的电流和功率。
通过潮流计算，可以评估电力系统的稳定性、负载能力和输电能力，为电力系统的规划和运行提供科学依据。
二、潮流计算的方法潮流计算的方法主要包括直流潮流计算和交流潮流计算两种。
直流潮流计算是一种简化的方法，适用于电力系统中负载变化较小的情况。
它假设电力系统中的所有元件都是直流元件，忽略了电抗元件的影响。
交流潮流计算则考虑了电力系统中的电抗元件对电流和功率的影响，是一种更为精确的计算方法。
在交流潮流计算中，常用的方法包括高斯-赛德尔法、牛顿-拉夫逊法和快速潮流法等。
高斯-赛德尔法是一种迭代法，通过反复迭代计算节点的电压和相位角，直到满足收敛条件。
牛顿-拉夫逊法则是一种迭代法，通过对节点电压的雅可比矩阵进行线性化，求解节点电压的增量，从而逐步逼近潮流计算的结果。
快速潮流法是一种基于分解和迭代的方法，通过将电力系统分解为多个子系统进行计算，从而提高计算的速度和效率。
三、潮流计算的应用潮流计算在电力系统的规划、设计和运行中有着广泛的应用。
首先，潮流计算可以用于电力系统的负荷分配和负载能力评估。
通过计算各个节点的电压和功率，可以确定电力系统中各个节点的负载水平，从而合理分配负荷，提高电力系统的供电能力。
其次，潮流计算可以用于电力系统的故障分析和稳定性评估。
通过模拟电力系统中的故障情况，可以评估电力系统的稳定性，为电力系统的运行和维护提供依据。
此外，潮流计算还可以用于电力系统的输电能力评估和优化。
《2024年区域综合能源系统供需预测及优化运行技术研究》范文
《区域综合能源系统供需预测及优化运行技术研究》篇一一、引言随着经济社会的快速发展和人口的不断增长，能源需求日益旺盛。
为满足日益增长的能源需求，同时兼顾环境保护与可持续发展，区域综合能源系统逐渐成为研究热点。
本文旨在研究区域综合能源系统的供需预测及优化运行技术，通过科学的方法预测能源需求，并探讨优化运行策略，以期为区域能源系统的可持续发展提供理论支持和技术指导。
二、区域综合能源系统概述区域综合能源系统是指在一个特定区域内，通过多种能源形式（如电力、热力、天然气等）的联合供应和优化配置，实现能源的高效利用和环境保护的系统。
该系统集成了多种能源供应方式，包括电力、供热、供冷等，通过智能控制和优化调度，达到供需平衡和能源的高效利用。
三、区域能源需求预测（一）预测方法区域能源需求预测是综合能源系统规划与运行的基础。
常用的预测方法包括时间序列分析、回归分析、灰色预测等。
这些方法可以根据历史数据和未来发展趋势，对区域能源需求进行科学预测。
（二）影响因素分析影响区域能源需求的因素众多，包括经济发展水平、人口增长、产业结构、气候条件等。
在预测过程中，需要综合考虑这些因素，建立合理的预测模型。
四、供需平衡分析在预测了区域能源需求的基础上，需要进行供需平衡分析。
通过分析区域内各种能源的供应能力、传输损耗、储存能力等因素，确定系统的供需平衡点。
同时，还需要考虑不同能源之间的互补性和替代性，以实现能源的高效利用和环境保护。
五、优化运行技术研究（一）智能控制技术智能控制技术是优化运行的关键技术之一。
通过引入先进的控制算法和智能设备，实现对区域综合能源系统的智能控制和优化调度。
例如，可以通过智能电网技术实现电力系统的智能调度和优化运行。
（二）多能互补技术多能互补技术是提高能源利用效率的重要手段。
通过将不同形式的能源进行互补供应和优化配置，实现能源的高效利用。
例如，可以通过风能、太阳能等可再生能源与常规能源的互补供应，降低能源消耗和环境污染。
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XU Xiandong, JIA Hongjie, JIN Xiaolong, YU Xiaodan, MU Yunfei
(Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of EdNankai District, Tianjin 300072, China)
Cge Cgh
C0e C0h
⎤ ⎥ ⎥
⎡ ⎢ ⎢
Pe Pg
⎤ ⎥ ⎥
(2)
N ⎢⎣L0 ⎥⎦ ⎢⎣C e0 Cg0 C0
0 ⎥⎦ N ⎢⎣P0 ⎥⎦
L
C
P
本文仅讨论与电/气/热综合能源系统相关的热
电联产设备的两种能源集线器模型，如图 2 所示，
其他能源形式及储能装置(如热电联产设备的热能
存储环节)本文暂不涉及。此外，为简化能源集线器
入分配系数，0≤νAC≤1，则(1-νAC)Pe 表示直接供应电 力负荷的电能，νACPe 则表示输入到空调中的电能：
⎡Le ⎤ N ⎢⎣Lh ⎥⎦
=
（⎢⎡⎢⎣1 ν−Aν CAη CA)Cη T ηη ggMMhe
以能源集线器(energy hub)模型为代表的相关 研究对于含有电力、天然气和热力系统(电/气/热) 之间的耦合关系和协同优化给出详尽的分析[14-19]。 然而，从电网角度考虑，传统的能源集线器模型主 要反映了能源传输网络与综合能源系统之间的有 功交互，往往并不考虑这一过程中无功变化；此外， 当区域综合能源系统的电气部分接入配电系统 时[20-21]，电气系统(由微网及所连配电系统构成)可 能出现的三相不平衡情况，传统模型也难以考虑。
关键词：能源互联网；区域综合能源系统；能源集线器；电 /气/热综合潮流；热电联产系统；运行模式
0 引言
能源是人类赖以生存和发展的基础，是国民经 济的命脉，如何在确保人类社会能源可持续供应的 同时减少用能过程中的环境污染，是当今世界各国 共同关注的热点[1]。通过电/气/热多种能源系统的一 体化规划设计和运行优化，构建由分布式终端综合 能源单元和与之相耦合的集中式能源供应网络共 同构成的区域综合能源系统(integrated community energy system, ICES)，则成为适应人类社会能源领 域变革，确保人类社会用能安全和长治久安的必由 之路[2]。基于天然气的热电联产(combined heat and power，CHP)系统[3-4]，可利用燃气的高品位能量发 电，低品位能量供热供冷，用能效率可达 80%以上， 是现今综合能源系统中最具商业前景的一种运营 模式。此外，含有风/光/储的多能互补系统，也往 往作为一种常用手段，平抑可再生能源发电的功率 波动[5-6]。而对于这类问题的研究，潮流计算是需要 考虑的最基本问题之一。
第 35 卷 第 14 期 3634 2015 年 7 月 20 日
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
Vol.35 No.14 Jul. 20, 2015 ©2015 Chin.Soc.for Elec.Eng.
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.14.018 文章编号：0258-8013 (2015) 14-3634-09 中图分类号：F 426
对于单个能源变换装置，其输入 Pα与输出 Lβ 关系如式(1)所示：
Lβ = CαβPα
(1)
式中，Cαβ为输入和输出之间的耦合系数。包括多 个能源变换装置和多种能源形式的综合能源系统，
则可通过矩阵 C 来描述输入与输出间的耦合关系， 如式(2)所示：
⎡ Le
⎢ ⎢
Lh
⎤ ⎥ ⎥
=
⎡⎢Cee ⎢Ceh
KEY WORDS: energy internet; integrated community energy system (ICES); energy hub; hybrid power-gas-heat flow; combined heat and power (CHP); operating mode
作为综合能源系统中的主要能源网络，电力— 天然气(电/气)网络间的相互影响很早就为学术界 所关注，文献[7-8]深入分析了美国天然气与电力系 统之间的交互影响，考虑了天然气管道运行约束的 电力风险评估[7]和考虑风电随机性的电力机组日前 调度[8]等内容；欧洲天然气发电所占比例与美国类 似，因此相关问题也受到普遍关注[9]；文献[10]提 出了在中国发展以多种能源混合网络为特征的智 能能源网设想，但仅停留在概念阶段；文献[11]分 析了由天然气驱动的微型燃气轮机的运行对于城
摘要：随着热电联产系统、中央空调及燃气锅炉的广泛使用， 区域综合能源系统中电力、天然气和热力系统的耦合和联系 日益紧密。为充分反映不同能源系统之间的交互影响，文中 基于能源集线器理论，构建热电联产系统模型；科学考虑不 同耦合形式和能源供应模式下电力网络和燃气管网的相关 约束，给出区域综合能源系统的完全解耦、部分耦合以及完 全耦合 3 种运行模式，并提出适用的混合潮流算法。测试结 果表明，所发展的算法能够合理反映区域综合能源系统的稳 态特性，适用于含有电/气/热 3 种能源系统的综合能源系统 潮流计算。
ABSTRACT: With the integration of combined heat and power (CHP) units, air-conditioners and gas boilers,
power, gas, and heat systems are becoming tightly linked to each other in the integrated community energy system (ICES). Interactions among the three systems are not well captured by traditional methods. To address this issue, a hybrid power-gas-heat flow calculation method was developed in this paper. In the proposed method, an energy hub model was presented to describe interactions among the three systems incorporating various CHP operating modes. In addition, three operating modes were proposed for the ICES including fully decoupled, partially coupled, and fully coupled. Numerical results indicated that the proposed algorithm can be used in the steady-state analysis of the ICES and reflect interactions among various energy systems.
基金项目：国家自然科学基金项目(51377117)；国家 863 高技术基 金项目(2015AA050403)；国家电网公司科技项目面向智慧城市的多元能 源互联与管理关键技术研究及应用资助。
Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51377117); The National High Technology Research and Development of China 863 Program (2015AA050403); Research on Key Technologies of Multi-energy Interconnection and Management for Smart City.
1 能源集线器模型
1.1 能源集线器模型描述 在区域综合能源系统中，电/气/热耦合环节是
通过 CHP 机组实现的，为此需要构建其适用的分 析模型。CHP 系统存在不同的结构和组成方式[25]， 可用能源集线器来描述其中的能源耦合关系，其基 本结构如图 1 所示，它包括了电/气能源输入(Pe 和 Pg)和电/热能源输出(Le 和 Lh)。考虑到微型能源系统
第 14 期
徐宪东等：区域综合能源系统电/气/热混合潮流算法研究
3635
市天然气管网压力的影响；文献[12]提出了一种天 然气—电力混合系统动态模型，基于该模型研究了 天然气与电气网络之间的互动；文献[13]在考虑风 电接入、天然气网络和水电系统间影响的基础上， 研究了电力系统机组组合问题。然而，上述研究主 要是对于电/气能源传输网络进行了研究，对于热负 荷在电/气系统潮流分析中的耦合作用，甚少提及。
的模型描述，文中涉及到的热力设备，如中央空调、