(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111456335.0 (22)申请日 2021.12.01 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 申请人 国网浙江省电力有限公司 (72)发明人 周苏洋　陈锦怡　顾伟　陈晓刚　 (74)专利代理 机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 代理人 赵丹 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种电力-热蒸 汽耦合能源系统仿真方法 (57)摘要 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。 权利要求书2页 说明书11页 附图6页 CN 114139379 A 2022.03.04 CN 114139379 A 1.一种电力 ‑热蒸汽耦合能源系统仿真方法， 其特 征在于， 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。 2.根据权利要求1所述的 电力‑热蒸汽耦合能源系统仿真方法， 其特征在于， 所述电力 子系统模型基于传统的交流潮流方程建立， 并进行后续潮流计算， 具体如下： 电力网络的潮流方程： 式(1)中， Ui和 θi是节点i的电压幅值和相角， E是电力网络中所有节点的集合， Pi和Qi为 注入节点i的有功功率和无功功率， Gij和Bij是节点i与节点j之间的互导纳(i＝j时为节点i 的自导纳)的实部和虚部； 在潮流求解过程中， 节点i的4个状态变量Ui、 θi、 Pi、 Qi中， 需要有2个已知量和2个未知 量， 且根据已知量的不同， 可将节点分类为PV 节点、 PQ节点和平衡节点。 3.根据权利要求1所述的 电力‑热蒸汽耦合能源系统仿真方法， 其特征在于， 所述蒸汽 供热子系统模型包含了管段动量平衡方程、 节点质量流量平衡方程、 管段质量流量平衡方 程和管段能量平衡方程， 具体如下： (1)管段动量平衡方程： 式中： λ为管段的摩擦阻力系 数； d为管道内经， Pin和Pout分别为管道中蒸汽流入端和流 出端的蒸汽压强， c1、 c2为拟合系数， L为管道长度， W是蒸汽管网中所有管道的集合， Qi是管 道i中的蒸汽流 量； 其中， Qin,i和Qout,i分别为流入和流出 管道i的蒸汽流 量； (2)节点质量 流量平衡方程： 式中， Qn,i是节点i的注入蒸汽流量， Win,i为所有流入节点i的管道合集， Wout,i为所有流 出节点i的管道合 集； (3)管段质量流量平衡方程： Qin,i＝Qout,i+Qc,i,i∈W                   (10)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114139379 A 2其中， Qin,i和Qout,i分别为流入和流出 管道i的蒸汽流 量； (4)管段能量平衡方程： Qin,ihin,i＝Qout,ihout,i+Qc,ihc,i+CtKiLi(Ti‑Ta),i∈W           (11) 式中， hin,i、 hout,i、 hc,i分别是管道i始端、 末 端以及冷凝水的比焓， Hi是蒸汽在管道i流动 过程中的散热损失功率,Ki是管道i的总传热系数。 4.根据权利要求1所述的 电力‑热蒸汽耦合能源系统仿真方法， 其特征在于， 所述热电 耦合设备模型选取2种典型的热电耦合设备CHP 机组和电锅炉进 行了稳态数学建模， 具体如 下： (1)CHP机组模型： 基于新汽量的用途不同将CHP机组分为背压式机组和抽凝式机组， 背压式机组供应的 电功率P与热功率Φ基本成线性关系： P＝KCHPΦ                         (20) 背压式机组热功率与电功率的比值 为一定值KCHP： 抽凝式机组供电功率P和供 热功率Φ的耦合关系式： 抽凝式机组热功率与电功率的比值在一定的范围内是 可变的； (2)电锅炉模型： 采用定调峰比的电锅炉模型， 电锅炉承担的调峰热负荷与该节点处全部热负荷的比值 如下： 式中， Kp即表示调峰比， ΦEB表示电锅炉所提供的调峰热功率大小， Φ表示该节点的总 热负荷。 5.根据权利要求1所述的 电力‑热蒸汽耦合能源系统仿真方法， 其特征在于， 所述步骤 S2中对于一个有N节点和M支路 的热蒸汽管网系统， 可列写出3M+N个网络控制方程， 在该管 网中， 待求量有M个管道的始端流量Qin、 末端流量Qout、 管道冷凝水量Qc， 以及N个节 点的压强 P或节点注入流量Qi之一， 所以一共有(3M+N)末端流量Qout个未知量， 对于这3M+N个未知量， 通过联立3M+N个网络控制方程， 可以唯一地求解出所有未知量， 该网络控制方程是一组非 线性方程组， 根据工程 实际， 蒸汽热网的网络拓扑结构一般相对简单， 节点数和管道数的规 模相对较小,通过 牛顿拉夫逊法即可实现该非线性方程组的求 解。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114139379 A 3