[发明专利]一种电力-热蒸汽耦合能源系统仿真方法

说明书

本发明公开一种电力‑热蒸汽耦合能源系统仿真方法。该方法包括如下步骤：S1、建立电力‑热蒸汽耦合能源系统稳态仿真模型，包括电力子系统、蒸汽供热子系统和热电耦合设备模型；S2、确定蒸汽供热子系统求解条件和求解步骤；S3、依据耦合设备种类确定电力‑热蒸汽耦合能源系统求解步骤；S4、按照S3确立的求解步骤进行求解运算。本发明在蒸汽供热子系统建模方面，利用分段线性拟合对模型进行了简化，精确考虑了热蒸汽传输过程的冷凝水损失，在保证求解准确性的同时大大提升了模型求解速度。本发明提供的电力‑热蒸汽耦合系统仿真分析方法，有利于推动高蒸汽负荷的工业场景下利用热电耦合互补特性有效提升能源利用率和新能源消纳能力。

技术领域

本发明涉及能源系统仿真分析技术领域，具体的是一种电力-热蒸汽耦合能源系统仿真方法。

背景技术

在综合能源系统中，电热耦合能源网络的发展最为迅速。热电联产机组和电气化供热设备的发展使得电网和热网之间相互耦合和相互作用。利用热网的储能特性存储电网中的能量，可以实现对电网波动的调节，有利于新能源的接入和能源利用率的提升前，集中供热和热电联供的规模在世界范围内正逐渐扩大。

集中供热系统按照热媒的种类可以将分为热水供热系统和蒸汽供热系统，目前对热电耦合能源系统的研究中，主要针对以热水为热媒的城市供热子系统与电力子系统的耦合系统进行研究，而几乎很少对以蒸汽为热媒的热电耦合系统进行研究。蒸汽在供热管道流动过程中温度、压力、密度均发生变化，在传输沿途有较大的散热损失，且可能发生相变并产生冷凝水，甚至可能造成到达最终热用户的热蒸汽流量、压强、温度等参数不满足用户需求。

因此，为推动含大量蒸汽热负荷的工业场景下蒸汽-电力耦合系统的发展，有必要建立快速、准确的电网与蒸汽热网的耦合仿真系统。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种电力-热蒸汽耦合能源系统稳态仿真模型，是快速、准确的电网与蒸汽热网的耦合仿真系统，充分实现热能与电能的联合利用与调节控制，提升整个系统的能源利用效率，优化系统运行状态，提升系统安全与稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种电力-热蒸汽耦合能源系统仿真方法，包括以下步骤：

S1、建立电力-热蒸汽耦合能源系统稳态仿真模型，包括电力子系统模型、蒸汽供热子系统模型和热电耦合设备模型；

S2：基于步骤S1中建立的蒸汽供热子系统模型，通过分析方程组的总方程数和待求未知量并结合工程实际，确定蒸汽供热子系统模型的求解条件和求解步骤；

S3：基于背压式机组和抽凝式机组两种典型的CHP机组类型，确定电力子系统与蒸汽供热子系统的耦合程度，从而确定求解步骤；

S4：基于步骤S3确定的求解步骤，运用牛顿拉夫逊法/cplex求解器对相应方程组进行求解，并进行结果分析。

本发明的有益效果：

本发明提出了一种计及冷凝水损失的电力-热蒸汽耦合能源系统仿真方法，针对有大量蒸汽供热需求的工业密集区，有利于提高能源利用效率和新能源的消纳。主要优点有：1)针对传统蒸汽网络中模型复杂及冷凝水损失、散热损失计算不精确问题，通过饱和蒸汽性质分段线性拟合方法实现模型简化，并引入了散热损失修正系数以修正天气等原因导致的散热损失变化，同时充分考虑了蒸汽传输过程中的冷凝水损失，实现了高精度、高速率的电-汽耦合仿真。2)针对背压式、抽凝式CHP机组在蒸汽网络中的运行差异，提出了含多类型CHP机组的电-汽耦合网络建模求解方法。3)通过九节点树状/环状网络案例验证了本文所提方法，管网流量相对误差在1.5％以内，略优于传统仿真方法，仿真时长缩短至0.479％，求解速度提升显著。4)通过本仿真方法，拓展了其在新能源消纳方面的应用。通过仿真发现，引入电锅炉可以降低电网负荷波动性，从而提升整个系统的稳定性、有利于新能源的接入。

附图说明