面向综合能源系统的㶲流计算模型

李家熙; 王丹; 周天烁; 贾宏杰

doi:10.7500/AEPS20220128006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

面向综合能源系统的㶲流计算模型

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 面向综合能源系统的㶲流计算模型
- Exergy Flow Calculation Model for Integrated Energy System
- 电力系统自动化 2022年46卷第24期页码：45-56
- 作者机构：
  
  1.智能电网教育部重点实验室(天津大学),天津市 300072
  2.天津市智慧能源与信息技术重点实验室(天津大学),天津市 300072
- 作者简介：
  
  李家熙(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：综合能源系统分析。E-mail：3016203186@tju.edu.cn
  王丹(1981—)，男，通信作者，博士，副教授，主要研究方向：综合能源系统、智能配用电系统、分布式能源与微网等。E-mail：wangdantjuee@tju.edu.cn
  周天烁(1995—)，男，博士研究生，主要研究方向：综合能源系统分析。E-mail：tszhou@tju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51977141);国家重点研发计划资助项目(2018YFB0905000);国家电网公司总部科技项目(SGTJDK00DWJS1800232)
- DOI：10.7500/AEPS20220128006
  中图分类号：
- 收稿：2022-01-28，
  
  修回：2022-05-18，
  
  网络出版：2022-10-09，
  
  纸质出版：2022-12-25
- 稿件说明：
移动端阅览
李家熙,王丹,周天烁等.面向综合能源系统的㶲流计算模型[J].电力系统自动化,2022,46(24):45-56.

LI Jiaxi,WANG Dan,ZHOU Tianshuo,et al.Exergy Flow Calculation Model for Integrated Energy System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(24):45-56.
李家熙,王丹,周天烁等.面向综合能源系统的㶲流计算模型[J].电力系统自动化,2022,46(24):45-56. DOI： 10.7500/AEPS20220128006.

LI Jiaxi,WANG Dan,ZHOU Tianshuo,et al.Exergy Flow Calculation Model for Integrated Energy System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(24):45-56. DOI： 10.7500/AEPS20220128006.

摘要

综合能源系统㶲流机理与分析方法的提出为能源品质分析提供了新思路。针对不同应用场景，如何系统性地求解㶲流分布成为亟须解决的问题。基于网络化㶲流机理，建立了两种适应于不同场景的综合能源系统㶲流计算模型：一是建立关联矩阵，在已知非平衡节点功率的条件下，基于多能潮流提出间接计算方法；二是基于三相电力潮流、㶲流与气压关系、㶲流与水流-温度关系，建立电力、天然气、热力系统㶲流计算模型以及能源站㶲集线器模型，在已知非平衡节点㶲的条件下，提出直接计算方法。最后，通过算例系统验证了两种计算模型的合理性与优越性，分析了算例系统的能源品质特征。

Abstract

The proposal of exergy flow mechanism and analysis method of integrated energy systems provides a new idea for the energy quality analysis. For the different application scenarios

how to systematically solve the exergy flow distribution has become an urgent problem to be solved. Based on the mechanism of networked exergy flow

two exergy flow calculation models of integrated energy systems suitable for different scenarios are established. Firstly

the incidence matrix is established

and an indirect calculation method is proposed based on multi-energy power flow when the power of the unbalanced nodes is known. Secondly

based on the three-phase electric power flow

the relationship between exergy flow and gas pressure

and the relationship between exergy flow

water flow

and temperature

and the exergy flow calculation models of electricity

natural gas

and heat system are proposed. The exergy hub model of the energy station is also established. When the exergy of unbalanced nodes is known

the direct calculation method is proposed. Finally

the rationality and superiority of the two calculation models are verified by a test system

and the energy quality characteristics of the system are analyzed.

关键词

Keywords

references

LIU S ， ZHOU C ， GUO H M ， et al . Operational optimization of a building-level integrated energy system considering additional potential benefits of energy storage ［J］. Protection and Control of Modern Power Systems ， 2021 ， 6 （ 1 ）： 4 .

杨海柱，李梦龙，江昭阳，等 . 考虑需求侧电热气负荷响应的区域综合能源系统优化运行［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 10 ）： 30 - 37 .

YANG Haizhu ， LI Menglong ， JIANG Zhaoyang ， et al . Optimal operation of regional integrated energy system considering demand side electricity heat and natural-gas loads response ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 10 ）： 30 - 37 .

么艳香，叶林，屈晓旭，等 . 风-光-水多能互补发电系统㶲分析模型［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 10 ）： 55 - 60 .

YAO Yanxiang ， YE Lin ， QU Xiaoxu ， et al . Exergy analysis model of wind-solar-hydro multi-energy generation power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 10 ）： 55 - 60 .

AHMADI G R ， TOGHRAIE D . Energy and exergy analysis of Montazeri Steam Power Plant in Iran ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2016 ， 56 ： 454 - 463 .

WANG Y L ， HUANG F F ， TAO S Y ， et al . Multi-objective planning of regional integrated energy system aiming at exergy efficiency and economy ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 306 ： 118120 .

HU X ， ZHANG H ， CHEN D W ， et al . Multi-objective planning for integrated energy systems considering both exergy efficiency and economy ［J］. Energy ， 2020 ， 197 （ 5 ）： 117155 .

陈聪，沈欣炜，夏天，等 . 计及㶲效率的综合能源系统多目标优化调度方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 12 ）： 60 - 67 .

CHEN Cong ， SHEN Xinwei ， XIA Tian ， et al . Multi-objective optimal dispatch method for integrated energy system considering exergy efficiency ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 12 ）： 60 - 67 .

葛海麟，陈皓勇，文俊中，等 . 基于能量网络理论的分布式供能系统分析［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 6 ）： 34 - 40 .

GE Hailin ， CHEN Haoyong ， WEN Junzhong ， et al . Distributed energy system analysis based on energy network theory ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 6 ）： 34 - 40 .

何帅，刘念，盛超群，等 . 多能源枢纽联合运行的㶲损最小化分布式优化调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 28 - 37 .

HE Shuai ， LIU Nian ， SHENG Chaoqun ， et al . Distributed optimal scheduling for minimizing exergy loss based on joint operation of multiple energy hubs ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 28 - 37 .

LJUBENKO A ， POREDOŠ A ， MOROSUK T ， et al . Performance analysis of a district heating system ［J］. Energies ， 2013 ， 6 （ 3 ）： 1298 - 1313 .

陈彬彬，孙宏斌，陈瑜玮，等 . 综合能源系统分析的统一能路理论（一）：气路［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 2 ）： 436 - 444 .

CHEN Binbin ， SUN Hongbin ， CHEN Yuwei ， et al . Energy circuit theory of integrated energy system analysis （Ⅰ）： gaseous circuit ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 2 ）： 436 - 444 .

陈彬彬，孙宏斌，尹冠雄，等 . 综合能源系统分析的统一能路理论（二）：水路与热路［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2133 - 2142 .

CHEN Binbin ， SUN Hongbin ， YIN Guanxiong ， et al . Energy circuit theory of integrated energy system analysis（Ⅱ）： hydraulic circuit and thermal circuit ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2133 - 2142 .

李家熙，王丹，贾宏杰 . 面向综合能源系统的㶲流机理与分析方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 12 ）： 163 - 173 .

LI Jiaxi ， WANG Dan ， JIA Hongjie . Exergy flow mechanism and analysis method for integrated energy system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 12 ）： 163 - 173 .

傅秦生 . 能量系统的热力学分析方法［M］. 西安：西安交通大学出版社， 2005 .

FU Qinsheng . Thermodynamic analysis method of energy system ［M］. Xi’an ： Xi’an Jiaotong University Press ， 2005 .

孙雨耕 . 电路基础理论［M］. 北京：高等教育出版社， 2011 .

SUN Yugeng . Basic circuit theory ［M］. Beijing ： Higher Education Press ， 2011 .

朱永强，蔡钦钦，龚萍，等 . 多能源网络稳态能量流分析与计算方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 20 ）： 59 - 66 .

ZHU Yongqiang ， CAI Qinqin ， GONG Ping ， et al . Analysis and calculation method of steady-state energy flow in multi-energy network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 20 ）： 59 - 66 .

CHENG Yaohua ， ZHANG Ning ， WANG Yi ， et al . Modeling carbon emission flow in multiple energy systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 3562 - 3574 .

范宏，王宏祥，张树卿 . 综合能源信息物理系统的分层建模和能量-信息流混合计算方法［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 8 ）： 3028 - 3039 .

FAN Hong ， WANG Hongxiang ， ZHANG Shuqing . Hierarchical modeling and energy-information flow hybrid calculation method of integrated energy cyber physical system ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 3028 - 3039 .

臧海祥，耿明昊，黄蔓云，等 . 电-热-气混联综合能源系统状态估计研究综述与展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 7 ）： 187 - 199 .

ZANG Haixiang ， GENG Minghao ， HUANG Manyun ， et al . Review and prospect of state estimation for electricity-heat-gas integrated energy system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 7 ）： 187 - 199 .

SAEDI I ， MHANNA S ， MANCARELLA P . Integrated electricity and gas system modelling with hydrogen injections and gas composition tracking ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 303 ： 117598 .

国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . 天然气能量的测定： GB/T 22723—2008 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2009 .

General Administration of Quality Supervision ， Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China ， Standardization Administration of the People’s Republic of China . Energy determination for natural gas ： GB/T 22723—2008 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2009 .

国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . 天然气计量系统技术要求： GB/T 18603—2014 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2015 .

General Administration of Quality Supervision ， Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China ， Standardization Administration of the People’s Republic of China . Technical requirements of measuring systems for natural gas ： GB/T 18603—2014 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2015 .

刘晓鸥，葛少云 . 区域综合能源系统的能效定义及其相关性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 8 - 18 .

LIU Xiaoou ， GE Shaoyun . Definition and correlation analysis on energy utilization efficiency of regional integrated energy system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 8 - 18 .

WANG D ， ZHI Y Q ， JIA H J ， et al . Optimal scheduling strategy of district integrated heat and power system with wind power and multiple energy stations considering thermal inertia of buildings under different heating regulation modes ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 240 ： 341 - 358 .

CHEVALIER S ， SCHENATO L ， DANIEL L . Accelerated probabilistic power flow in electrical distribution networks via model order reduction and Neumann series expansion ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 3 ）： 2151 - 2163 .

江茂泽 . 输配气管网的模拟与分析［M］. 北京：石油工业出版社， 1995 .

JIANG Maoze . Simulation and analysis of gas transmission and distribution network ［M］. Beijing ： Petroleum Industry Press ， 1995 .

ZHU M T ， XU C S ， DONG S F ， et al . An integrated multi-energy flow calculation method for electricity-gas-thermal integrated energy systems ［J］. Protection and Control of Modern Power Systems ， 2021 ， 6 （ 1 ）： 5 .

LIU X Z ， WU J Z ， JENKINS N ， et al . Combined analysis of electricity and heat networks ［J］. Applied Energy ， 2016 ， 162 ： 1238 - 1250 .

SUN Q Y ， ZHANG N ， YOU S ， et al . The dual control with consideration of security operation and economic efficiency for energy hub ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 6 ）： 5930 - 5941 .

TAHIR M F ， CHEN H Y ， HAN G Z . Exergy hub based modelling and performance evaluation of integrated energy system ［J］. Journal of Energy Storage ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 102912 .

张义斌 . 天然气-电力混合系统分析方法研究［D］. 北京：中国电力科学研究院， 2005 .

ZHANG Yibin . Study on the methods for analyzing combined gas and electricity networks ［D］. Beijing ： China Electric Power Research Institute ， 2005 .

同济大学 . 燃气燃烧与应用［M］. 4版 . 北京：中国建筑工业出版社， 2011 .

Tongji University . Gas combustion and application ［M］. 4th ed . Beijing ： China Architecture & Building Press ， 2011 .

刘柳，王丹，贾宏杰，等 . 面向区域综合能源系统的安全域模型［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 8 ）： 63 - 71 .

LIU Liu ， WANG Dan ， JIA Hongjie ， et al . Security region model for regional integrated energy system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 8 ）： 63 - 71 .

赵丽萍，张书伟，张雪岩，等 . 基于随机机会约束规划的面向能源互联的主动配电网选址定容方法［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 14 ）： 121 - 129 .

ZHAO Liping ， ZHANG Shuwei ， ZHANG Xueyan ， et al . Locating and sizing method for energy interconnection oriented active distribution networks based on stochastic chance constrained programming ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 14 ）： 121 - 129 .

LEI Yang ， WANG Dan ， JIA Hongjie ， et al . Multi-stage stochastic planning of regional integrated energy system based on scenario tree path optimization under long-term multiple uncertainties ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 300 ： 117224 .

程浩忠，胡枭，王莉，等 . 区域综合能源系统规划研究综述［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 7 ）： 2 - 13 .

CHENG Haozhong ， HU Xiao ， WANG Li ， et al . Review on research of regional integrated energy system planning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 7 ）： 2 - 13 .

刘洪，赵越，刘晓鸥，等 . 计及能源品位差异的园区多能源系统综合能效评估［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 8 ）： 2835 - 2843 .

LIU Hong ， ZHAO Yue ， LIU Xiaoou ， et al . Comprehensive energy efficiency assessment of park-level multi-energy system considering difference of energy grade ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 8 ）： 2835 - 2843 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

面向综合能源系统的㶲流机理与分析方法

面向能源转型的高㶲综合能源系统理论与应用