[发明专利]基于线性化热力模型的静态热电联合潮流混合求解方法

说明书

本发明提供了一种基于线性化热力模型的静态热电联合潮流混合求解方法，包括：输入网络/负荷/设备数据，解析拓扑，形成各类关联矩阵；设置热网和电网待求初值，建立热电联合系统静态潮流模型；结合关联矩阵，通过矩阵变换建立线性化热力模型，构建热网中的供水温度、回水温度直接计算格式；计算热网水力、热力工况，全局通过交叉迭代至收敛，输出热电耦合机组的电功率；基于计算所得热电耦合环节电功率，利用牛顿‑拉夫逊法计算电力系统潮流。本方法构建多类关联矩阵将热力模型线性化，从而直接求解，避免了热力模型的迭代环节，实现了静态热电联合潮流的高效精确求解。

技术领域

本发明属于能源系统运行优化技术领域，具体地说，涉及一种基于线性化热力模型的静态热电联合潮流混合求解方法。

背景技术

当今社会经济发展导致能源需求日益增长，能源供需矛盾日益突出。提高能源综合利用效率、降低污染气体排放已成为世界范围内的社会问题。美国在2001年提出集成能源系统的发展计划，意在实现电气和天然气的协同规划；欧盟在欧盟第7框架(FP7)中，提出了“泛欧网络”和“智能能源”的概念。我国要发展热电联供、热电冷三联供技术，建设多能互补的智慧能源系统和多能系统综合能源系统。可见，发展多能耦合的综合能源系统，实现能源的高效清洁利用，是推进能源产业发展的必然选择。

热电联合系统是电网、热网通过热电耦合单元耦合的典型多能互补系统，其潮流计算是综合能源各种分析计算的基础。现有的热电联合系统潮流计算方法一般完全参考电力系统构建，包含热网-电网交替迭代算法和联合计算方法。热网模型中，通常参考基尔霍夫电流/电压方程及欧姆定律建立节点流量平衡、回路压降平衡和热力平衡方程。但传统热网模型由于水力、热力的非线性，导致各子模型均需迭代求解，计算复杂，另一方面，应用牛拉法计算时初值的选取不当易产生较大误差且计算速度较慢。因此，如何削弱热网模型中的非线性元素，减少各类子模型迭代次数，以较低的计算复杂度实现高计算精度是热电联合系统潮流计算的关键问题。而现有技术尚未能解决这一问题。

发明内容

针对热网静态潮流中热力模型非线性以及水力、热力模型均需迭代求解导致计算效率低的问题，本发明提供了一种基于线性化热力模型的静态热电联合潮流混合求解方法。本方法首先解析了网络拓扑，生成热网中各类型的关联矩阵；其次，基于典型静态热网模型中的热力模型，基于各类关联矩阵将非线性热力模型转化为可直接计算的线性模型；最后根据设置的初值，对水力模型进行迭代求解，对热力模型直接求解，混合迭代计算热网潮流，进而根据热电耦合机组的电功率利用牛顿-拉夫逊法求解电网潮流。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于线性化热力模型的静态热电联合潮流混合求解方法，包括如下步骤：

S1)输入网络/负荷/设备数据，解析拓扑，形成各类关联矩阵，包括热网的降阶节点-支路关联矩阵，回路-支路关联矩阵，供/回水网的节点流出流量-管道关联矩阵，节点流入流量-管道关联矩阵，节点流出温度-管道起始温度关联矩阵；

S2)设置热网和电网待求初值，建立热电联合系统静态潮流模型，包括热网的水力模型、热力模型和电网潮流模型；

S3)结合关联矩阵，通过矩阵变换建立线性化热力模型，构建热网中的供水温度、回水温度直接计算格式；

S4)计算热网水力、热力工况，其中热网水力工况通过牛顿-拉夫逊法迭代求解，热力工况通过矩阵变换直接求解，全局通过交叉迭代至收敛，输出热电耦合机组的电功率；基于计算所得热电耦合环节电功率，利用牛顿-拉夫逊法计算电力系统潮流。

进一步的，所述步骤S1)包括如下子步骤：