基于叠加原理的综合能源系统动态潮流追踪及碳熵分析

王梦雪; 赵浩然; 刘春阳; 马后震

doi:10.7500/AEPS20221025005

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基于叠加原理的综合能源系统动态潮流追踪及碳熵分析

碳视角下的电力系统分析与优化 | 更新时间：2025-06-16

- 基于叠加原理的综合能源系统动态潮流追踪及碳熵分析
- Dynamic Energy Flow Tracking and Carbon Entropy Analysis of Integrated Energy System Based on Superposition Principle
- 电力系统自动化 2024年48卷第1期页码：10-20
- 作者机构：
  
  电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市 250061
- 作者简介：
  
  王梦雪(1997—)，女，博士研究生，主要研究方向：综合能源系统碳分析、综合能源系统分布式协同优化调度。E-mail：mengxuewang@mail.sdu.edu.cn
  赵浩然(1983—)，男，教授，博士生导师，主要研究方向：风机与风电场控制、风电并网、风电场数字孪生、综合能源系统。E-mail：hzhao@sdu.edu.cn
  刘春阳(1989—)，男，通信作者，博士，副教授，主要研究方向：储能系统与微电网能量管理、综合能源系统运行优化、电力系统规划与运行优化。E-mail：liuchunyang@sdu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2018YFA0702200)
- DOI：10.7500/AEPS20221025005
  中图分类号：
- 收稿：2022-10-25，
  
  修回：2023-02-08，
  
  网络出版：2023-06-20，
  
  纸质出版：2024-01-10
- 稿件说明：
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王梦雪,赵浩然,刘春阳等.基于叠加原理的综合能源系统动态潮流追踪及碳熵分析[J].电力系统自动化,2024,48(1):10-20.

WANG Mengxue,ZHAO Haoran,LIU Chunyang,et al.Dynamic Energy Flow Tracking and Carbon Entropy Analysis of Integrated Energy System Based on Superposition Principle[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(1):10-20.
王梦雪,赵浩然,刘春阳等.基于叠加原理的综合能源系统动态潮流追踪及碳熵分析[J].电力系统自动化,2024,48(1):10-20. DOI： 10.7500/AEPS20221025005.

WANG Mengxue,ZHAO Haoran,LIU Chunyang,et al.Dynamic Energy Flow Tracking and Carbon Entropy Analysis of Integrated Energy System Based on Superposition Principle[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(1):10-20. DOI： 10.7500/AEPS20221025005.

摘要

用户侧碳排放指标的精确计算是引导用户低碳用能的关键。目前，综合能源系统的碳轨迹追踪方法仅停留在稳态，无法精准计算负荷变化大且动态过程长的气、热系统的碳排放指标。为此，基于叠加原理对动态气、热系统进行了潮流追踪与碳熵分析。首先，建立了基于气、热系统叠加特性的动态潮流模型，计及气网管存与热网传热时延，对系统进行动态潮流追踪，明确了系统内的源-荷潮流关系。然后，基于碳熵理论提出了气、热系统的动态碳熵分析方法，进一步明确了源-荷碳排放关系，形成了用户侧精细化碳指标。最后，以中国吉林省某地区综合能源系统为例进行动态潮流分析和碳熵分析，验证了模型的有效性，并与稳态碳轨迹追踪方法对比，验证了动态碳轨迹追踪的必要性。

Abstract

The accurate calculation of the carbon emission indicator on the user side is the key to guiding the usage of low-carbon energy for users. However

the current carbon trajectory tracking methods for integrated energy systems only consider steady states

which cannot accurately calculate the carbon emission indicators of the natural gas and thermal system with significant load variation and long dynamic processes. Therefore

based on the superposition principle

the energy flow tracking and carbon entropy analysis of dynamic natural gas and thermal systems are carried out. Firstly

the dynamic energy flow model based on the superposition characteristics of the natural gas and thermal systems is established. Then

the energy flow is tracked by taking the line pack in the natural gas network and the time delay in the thermal network into consideration

and the source-load energy flow relationship within the system is defined. Secondly

based on the carbon entropy theory

the dynamic carbon entropy analysis methods of natural gas and thermal systems are proposed to clarify the source-load carbon emission relationships

and refined carbon emission indicators on the user side are formed. Finally

an integrated energy system in Jilin Province

China is taken as a case to verify the effectiveness of the model in dynamic energy flow analysis and carbon entropy analysis. The necessity of dynamic carbon trajectory tracking is also verified by comparing the model with the steady-state carbon trajectory tracking method.

关键词

Keywords

references

曹政 . “双碳”工作开局良好定能如期实现目标［N］. 北京日报， 2022-09-23 .

CAO Zheng . A good start to the “double carbon” work will meet the target as scheduled ［N］. Beijing Daily ， 2022-09-23 .

陈俊先，贾燕冰，韩肖清，等 . 考虑需求侧碳交易机制的多微能网分布式协同优化调度［J］. 电网技术［ 2022-12-08 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=DWJS20220902001&DbName=DKFX2022 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=DWJS20220902001&DbName=DKFX2022 .

CHEN Junxian ， JIA Yanbing ， HAN Xiaoqing ， et al . Distributed coordinated optimal scheduling of multi-micro integrated energy systems considering demand-side carbon trading mechanism ［J］. Power System Technology ［ 2022-12-08 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=DWJS20220902001&DbName=DKFX2022 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=DWJS20220902001&DbName=DKFX2022 .

陈星莺，孙晓聪，丁一，等 . 支撑电力能源清洁高效转型的用能权交易研究与展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 1 - 15 .

CHEN Xingying ， SUN Xiaocong ， DING Yi ， et al . Research and prospects of energy consumption right trading for supporting clean and efficient electric energy transition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 1 - 15 .

郑若楠，李志浩，唐雅洁，等 . 考虑居民用户参与度不确定性的激励型需求响应模型与评估［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 154 - 162 .

ZHENG Ruonan ， LI Zhihao ， TANG Yajie ， et al . Incentive demand response model and evaluation considering uncertainty of residential customer participation degree ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 154 - 162 .

吉斌，昌力，陈振寰，等 . 基于区块链技术的电力碳排放权交易市场机制设计与应用［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 12 ）： 1 - 10 .

JI Bin ， CHANG Li ， CHEN Zhenhuan ， et al . Blockchain technology based design and application of market mechanism for power carbon emission allowance trading ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 12 ）： 1 - 10 .

庞腊成，吉斌，徐帆，等 . 面向电-碳市场协同的负荷响应机制与效益分析初探［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 22 ）： 62 - 71 .

PANG Lacheng ， JI Bin ， XU Fan ， et al . Preliminary study on mechanism and benefit analysis of load response for electricity-carbon market collaboration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 22 ）： 62 - 71 .

李姚旺，张宁，杜尔顺，等 . 基于碳排放流的电力系统低碳需求响应机制研究及效益分析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2830 - 2842 .

LI Yaowang ， ZHANG Ning ， DU Ershun ， et al . Mechanism study and benefit analysis on power system low carbon demand response based on carbon emission flow ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2830 - 2842 .

顾默，董树锋，张舒鹏，等 . 家庭集聚需求侧响应策略分析［J］. 电力工程技术， 2022 ， 41 （ 4 ）： 100 - 107 .

GU Mo ， DONG Shufeng ， ZHANG Shupeng ， et al . A strategy for demand response based on family agglomeration ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2022 ， 41 （ 4 ）： 100 - 107 .

杨苹，曾凯林，余雁琳，等 . 电能量市场下负荷聚合商参与负荷削减投标策略［J］. 电力工程技术， 2022 ， 41 （ 1 ）： 2 - 10 .

YANG Ping ， ZENG Kailin ， YU Yanlin ， et al . Strategy of load aggregator participating in load curtailment bidding under power market ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2022 ， 41 （ 1 ）： 2 - 10 .

CHWN G ， CHEN B ， ZHOU H ， et al . Life cycle carbon emission flow analysis for electricity supply system： a case study of China ［J］. Energy Policy ， 2013 ， 61 ： 1276 - 1284 .

KANG C Q ， ZHOU T R ， CHEN Q X ， et al . Carbon emission flow from generation to demand： a network-based model ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2015 ， 6 （ 5 ）： 2386 - 2394 .

周天睿，康重庆，徐乾耀，等 . 电力系统碳排放流的计算方法初探［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 11 ）： 44 - 49 .

ZHOU Tianrui ， KANG Chongqing ， XU Qianyao ， et al . Preliminary investigation on a method for carbon emission flow calculation of power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 11 ）： 44 - 49 .

周天睿，康重庆，徐乾耀，等 . 碳排放流在电力网络中分布的特性与机理分析［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 15 ）： 39 - 44 .

ZHOU Tianrui ， KANG Chongqing ， XU Qianyao ， et al . Analysis on distribution characteristics and mechanisms of carbon emission flow in electric power network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 15 ）： 39 - 44 .

龚昱，蒋传文，李明炜，等 . 基于复功率潮流追踪的电力用户侧碳排放计量［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 17 ）： 113 - 117 .

GONG Yu ， JIANG Chuanwen ， LI Mingwei ， et al . Carbon emission calculation on power flow tracing ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 17 ）： 113 - 117 .

汪超群，陈懿，文福拴，等 . 电力系统碳排放流理论的若干问题及改进方法［J/OL］. 电网技术［ 2022-10-25 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2071 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2071 .

WANG Chaoqun ， CHEN Yi ， WEN Fushuan ， et al . Some problems and improvement of carbon emission flow theory in power systems ［J/OL］. Power System Technology ［ 2022-10-25 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2071 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2071 .

李岩松，刘启智，张朕搏，等 . 基于电网功率分布的碳排放流计算方法［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 3 ）： 840 - 844 .

LI Yansong ， LIU Qizhi ， ZHANG Zhenbo ， et al . Algorithm of carbon emission flow based on power distribution ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 3 ）： 840 - 844 .

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

HUANG J ， DUAN W ， ZHOU Q ， et al . Methodology for carbon emission flow calculation of integrated energy systems ［J］. Energy Reports ， 2022 ， 8 ： 1090 - 1097 .

FANG J K . Dynamic optimal energy flow in the integrated natural gas and electrical power systems ［C］// 2018 IEEE Power & Energy Society General Meeting （PESGM）， August 5-10 ， 2018 ， Portland， USA .

YANG J W ， ZHANG N ， KANG C Q ， et al . Effect of natural gas flow dynamics in robust generation scheduling under wind uncertainty ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 2087 - 2097 .

王程，吴科宏，贾起越，等 . 基于显式差分的区域电-气综合能源系统动态能流计算方法［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 16 ）： 5775 - 5785 .

WANG Cheng ， WU Kehong ， JIA Qiyue ， et al . An explicit difference based calculation method for dynamic energy flow of integrated electric-gas systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 16 ）： 5775 - 5785 .

CHEN Y ， GUO Q ， SUN H ， et al . Generalized phasor modeling of dynamic gas flow for integrated electricity-gas dispatch ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 283 .

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 .

YANG J ， ZHANG N ， BOTTERUD A ， et al . Situation awareness of electricity-gas coupled systems with a multi-port equivalent gas network model ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 258 ： 114029 .

YANG J W ， ZHANG N ， BOTTERUD A ， et al . On an equivalent representation of the dynamics in district heating networks for combined electricity-heat operation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 560 - 570 .

杨经纬，张宁，康重庆 . 多能源网络的广义电路分析理论：（一）支路模型［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 9 ）： 21 - 32 .

YANG Jingwei ， ZHANG Ning ， KANG Chongqing . Analysis theory of generalized electric circuit for multi-energy networks： Part one branch model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 9 ）： 21 - 32 .

杨经纬，张宁，康重庆 . 多能源网络的广义电路分析理论：（二）网络模型［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 10 ）： 10 - 21 .

YANG Jingwei ， ZHANG Ning ， KANG Chongqing . Analysis theory of generalized electric circuit for multi-energy networks： Part two network model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 10 - 21 .

ZHOU Y Z ， GU C H ， WU H ， et al . An equivalent model of gas networks for dynamic analysis of gas-electricity systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 4255 - 4264 .

王梦雪，赵浩然，刘春阳，等 . 基于碳熵指标的电热互联综合能源系统碳轨迹追踪方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 19 ）： 13 - 22 .

WANG Mengxue ， ZHAO Haoran ， LIU Chunyang ， et al . Carbon tracking method of electric-thermal interconnected integrated energy system based on carbon entropy index ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 19 ）： 13 - 22 .

顾伟，陆帅，姚帅，等 . 综合能源系统混合时间尺度运行优化［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 8 ）： 203 - 213 .

GU Wei ， LU Shuai ， YAO Shuai ， et al . Hybrid time-scale operation optimization of integrated energy system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 8 ）： 203 - 213 .

孙宏斌，潘昭光，郭庆来 . 多能流能量管理研究：挑战与展望［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 15 ）： 1 - 8 .

SUN Hongbin ， PAN Zhaoguang ， GUO Qinglai . Energy management for multi-energy flow： challenges and prospects ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 15 ）： 1 - 8 .

YU S ， ZHANG S ， HAN Y ， et al . Transfer function models of gas distribution networks for studying gas-electricity coupling： modeling， networking and evaluation ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 118 .

ZHANG S ， GU W ， LU H ， et al . Superposition-principle based decoupling method for energy flow calculation in district heating networks ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 295 ： 117032 .

易文飞，卜强生，路珊，等 . 计及气网管存效应的综合能源系统分布鲁棒优化调度［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 6 ）： 53 - 60 .

YI Wenfei ， BU Qiangsheng ， LU Shan ， et al . Distributionally robust optimal dispatching of integrated energy system considering line pack effect of gas network ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 53 - 60 .

LU S ， GU W ， ZHOU J ， et al . Coordinated dispatch of multi-energy system with district heating network： modeling and solution strategy ［J］. Energy ， 2018 ， 152 ： 358 - 370 .

WEI G ， WANG J ， SHUAI L ， et al . Optimal operation for integrated energy system considering thermal inertia of district heating network and buildings ［J］. Applied Energy ， 2017 ， 199 ： 234 - 246 .

陈彬彬，孙宏斌，吴文传，等 . 综合能源系统分析的统一能路理论（三）：稳态与动态潮流计算［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4820 - 4831 .

CHEN Binbin ， SUN Hongbin ， WU Wenchuan ， et al . Energy circuit theory of integrated energy system analysis（Ⅲ）： steady and dynamic energy flow calculation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4820 - 4831 .

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