面向综合能源系统的㶲流追踪模型与计算方法

周天烁; 王丹; 李家熙; 李宜哲; 贾宏杰

doi:10.7500/AEPS20221213004

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面向综合能源系统的㶲流追踪模型与计算方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 面向综合能源系统的㶲流追踪模型与计算方法
- Tracing Model and Calculation Method of Exergy Flow for Integrated Energy System
- 电力系统自动化 2023年47卷第17期页码：75-88
- 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：
  
  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
  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。E-mail：wangdantjuee@tju.edu.cn
  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
- 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/AEPS20221213004
  中图分类号：
- 收稿：2022-12-13，
  
  修回：2023-02-27，
  
  网络出版：2023-06-26，
  
  纸质出版：2023-09-10
- 稿件说明：
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周天烁,王丹,李家熙等.面向综合能源系统的㶲流追踪模型与计算方法[J].电力系统自动化,2023,47(17):75-88.

ZHOU Tianshuo,WANG Dan,LI Jiaxi,et al.Tracing Model and Calculation Method of Exergy Flow for Integrated Energy System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):75-88.
周天烁,王丹,李家熙等.面向综合能源系统的㶲流追踪模型与计算方法[J].电力系统自动化,2023,47(17):75-88. DOI： 10.7500/AEPS20221213004.

ZHOU Tianshuo,WANG Dan,LI Jiaxi,et al.Tracing Model and Calculation Method of Exergy Flow for Integrated Energy System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):75-88. DOI： 10.7500/AEPS20221213004.

摘要

现有电力系统潮流追踪计算方法在含有电、气、热等多能源耦合的综合能源系统中存在局限性。㶲作为多种能源形式的共有属性，能够统一表征综合能源系统的有效能。为明晰综合能源系统中有效能在网络中的流动踪迹，文中基于等效㶲流机理模型建立了综合能源系统㶲流追踪模型，分别提出了综合能源系统顺序㶲流追踪方法、逆序㶲流追踪方法和㶲流分配解析追踪方法。通过典型综合能源系统算例，全面分析了综合能源系统网络中㶲流在源-网-荷的分配关系，并验证了㶲流追踪模型的正确性。最后，对㶲流追踪在能源价格制定、可再生能源消纳路径、不良㶲数据辨识、规划与运行优化等方面的应用前景进行了展望。

Abstract

The power flow tracing calculation method for power systems has limitations for integrated energy systems (IESs) containing multiple coupling energy sources such as electricity

gas and heat. Exergy

as a common property of multiple energy forms

can uniformly characterize the effective energy of an IES. In order to find the traces of effective energies flowing in the network of the IES

this paper establishes an exergy flow tracing model for IES based on the equivalent exergy flow mechanism model. And the exergy flow tracking methods of upstream-looking

downstream-looking

and exergy flow distributing parse are proposed. By using a typical IES case

this paper comprehensively analyzes the exergy flow distribution relationship between source

grid and load in the IES

and verifies the correctness of the exergy flow tracing model. Finally

the application prospect of exergy flow tracing in energy price setting

renewable energy accommodation path

identification of bad exergy data

and planning and operation optimization is presented.

关键词

Keywords

references

中国经济网 . 刘满平：聚焦双碳目标建设统一能源市场［EB/OL］. （ 2022-04-18 ）［ 2022-12-09 ］. http：//bgimg.ce.cn/cysc/ny/gdxw/202204/18/t20220418_37503046.shtml http://bgimg.ce.cn/cysc/ny/gdxw/202204/18/t20220418_37503046.shtml .

China Economic Network . LIU Manping： focusing on double carbon targets to build a unified energy market ［EB/OL］. （ 2022-04-18 ）［ 2022-12-09 ］. http：//bgimg.ce.cn/cysc/ny/gdxw/202204/18/t20220418_37503046.shtml http://bgimg.ce.cn/cysc/ny/gdxw/202204/18/t20220418_37503046.shtml .

中共中央国务院关于加快建设全国统一大市场的意见［EB/OL］.（ 2022-04-10 ）［ 2022-12-09 ］. http：//www.gov.cn/zhengce/2022-04/10/content_5684385.htm http://www.gov.cn/zhengce/2022-04/10/content_5684385.htm .

The Central Committee of the Communist Party of China and the State Council on accelerating the construction of a unified national market ［EB/OL］. （ 2022-04-10 ）［ 2022-12-09 ］. http：//www.gov.cn/zhengce/2022-04/10/content_5684385.htm http://www.gov.cn/zhengce/2022-04/10/content_5684385.htm .

吴桐，刘丽军，林钰芳，等 . 基于动态分区的配电网日前优化调度研究［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 15 ）： 21 - 32 .

WU Tong ， LIU Lijun ， LIN Yufang ， et al . Day-ahead optimal dispatch for a distribution network based on dynamic partitioning ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 15 ）： 21 - 32 .

罗治强，姚寅，董时萌，等 . 基于图论网络流算法的新能源跨区域交易路径输电定价策略［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 23 ）： 130 - 136 .

LUO Zhiqiang ， YAO Yin ， DONG Shimeng ， et al . Transmission cost allocation strategy of a renewable energy cross-regional transaction path based on a graph theory network flow algorithm ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 23 ）： 130 - 136 .

BIALEK J . Tracing the flow of electricity ［J］. IEE Proceedings- Generation， Transmission and Distribution ， 1996 ， 143 （ 4 ）： 313 .

谢开贵，周家启 . 基于有向通路的潮流跟踪新方法［J］. 中国电机工程学报， 2001 ， 21 （ 11 ）： 87 - 91 .

XIE Kaigui ， ZHOU Jiaqi . A new power flow tracing method based on directed path ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2001 ， 21 （ 11 ）： 87 - 91 .

刘文颖，陈鑫鑫，王方雨，等 . 基于图论和潮流追踪的网损分摊方法［J］. 华北电力大学学报（自然科学版）， 2020 ， 47 （ 5 ）： 1 - 9 .

LIU Wenying ， CHEN Xinxin ， WANG Fangyu ， et al . Network loss allocation based on graph theory and power flow tracking ［J］. Journal of North China Electric Power University （Natural Science Edition）， 2020 ， 47 （ 5 ）： 1 - 9 .

雷震，郝雨辰，朱月尧，等 . 基于主从博弈模型的电热联合市场节点能价计算方法［J］. 电力工程技术， 2021 ， 40 （ 1 ）： 50 - 57 .

LEI Zhen ， HAO Yuchen ， ZHU Yueyao ， et al . Nodal energy price calculation based on Stackelberg game model in combined power and heat market ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2021 ， 40 （ 1 ）： 50 - 57 .

邓莉荣，孙宏斌，陈润泽，等 . 面向能源互联网的热电联供系统节点能价研究［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 11 ）： 3375 - 3382 .

DENG Lirong ， SUN Hongbin ， CHEN Runze ， et al . Research on nodal energy price of combined heat and power system for energy Internet ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 11 ）： 3375 - 3382 .

JIANG T ， DENG H W ， BAI L Q ， et al . Optimal energy flow and nodal energy pricing in carbon emission-embedded integrated energy systems ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2018 ， 4 （ 2 ）： 179 - 187 .

刘开欣，杨卫红，王丹，等 . 基于配网潮流追踪的可再生能源有功调度与节点集群需求响应策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 19 ）： 5714 - 5726 .

LIU Kaixin ， YANG Weihong ， WANG Dan ， et al . Research on renewable energy scheduling and node aggregated demand response strategy based on distribution network power flow tracking ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 19 ）： 5714 - 5726 .

王骐鑫，卢保通，王蓓蓓，等 . 配额制背景下基于区块链的可再生能源电力追踪方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 23 ）： 11 - 19 .

WANG Qixin ， LU Baotong ， WANG Beibei ， et al . Blockchain-based renewable energy power tracking method in background of renewable portfolio standard ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 23 ）： 11 - 19 .

符慧 . 加快构建清洁低碳安全高效的能源体系［N］. 中国石化报， 2022-03-08 （2）.

FU Hui . Accelerate the construction of a clean， low-carbon， safe and efficient energy system ［N］. Sinopecnews ， 2022-03-08 （2）.

王丹，周天烁，李家熙，等 . 面向能源转型的高㶲综合能源系统理论与应用［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 17 ）： 114 - 131 .

WANG Dan ， ZHOU Tianshuo ， LI Jiaxi ， et al . Theory and application of high-exergy integrated energy system for energy transition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 17 ）： 114 - 131 .

周步祥，夏海东，臧天磊 . 考虑能量梯级利用的园区综合能源系统站网协同规划［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 1 ）： 20 - 27 .

ZHOU Buxiang ， XIA Haidong ， ZANG Tianlei . Station and network coordinated planning of park integrated energy system considering energy cascade utilization ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 20 - 27 .

李鹏，吴迪凡，李雨薇，等 . 基于谈判博弈的多微网综合能源系统多目标联合优化配置［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3680 - 3690 .

LI Peng ， WU Difan ， LI Yuwei ， et al . Multi-objective union optimal configuration strategy for multi-microgrid integrated energy system considering bargaining games ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3680 - 3690 .

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 .

黄宇，王宇涛，李淑琴，等 . 计及㶲分析的综合能源系统多目标优化调度［J］. 太阳能学报， 2022 ， 43 （ 7 ）： 30 - 38 .

HUANG Yu ， WANG Yutao ， LI Shuqin ， et al . Multi-objective optimal scheduling of integrated energy system with thermodynamic exergy analysis method ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2022 ， 43 （ 7 ）： 30 - 38 .

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 .

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 .

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 .

陈皓勇，陈思敏，陈锦彬，等 . 面向综合能源系统建模与分析的能量网络理论［J］. 南方电网技术， 2020 ， 14 （ 2 ）： 62 - 74 .

CHEN Haoyong ， CHEN Simin ， CHEN Jinbin ， et al . Energy network theory for modeling and analysis of integrated energy systems ［J］. Southern Power System Technology ， 2020 ， 14 （ 2 ）： 62 - 74 .

陈皓勇，文俊中，王增煜，等 . 能量网络的传递规律与网络方程［J］. 西安交通大学学报， 2014 ， 48 （ 10 ）： 66 - 76 .

CHEN Haoyong ， WEN Junzhong ， WANG Zengyu ， et al . Transfer laws and equations of energy networks ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University ， 2014 ， 48 （ 10 ）： 66 - 76 .

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 .

CHEN H Y ， CHEN S M ， LI M ， et al . Optimal operation of integrated energy system based on exergy analysis and adaptive genetic algorithm ［J］. IEEE Access ， 2020 ， 8 ： 158752 - 158764 .

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 .

LI J X ， WANG D ， JIA H J ， et al . Mechanism analysis and unified calculation model of exergy flow distribution in regional integrated energy system ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 324 ： 119725 .

ZHOU Tianshuo ， WANG Dan ， LI Jiaxi ， et al . Calculation and analysis of the exergy flow of an integrated energy system with distributed renewable energy ［C］// The 6th IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration ， November 11-13 ， 2022 ， Chengdu， China .

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 .

谢开贵，李春燕，赵渊，等 . 电力系统功率分配的解析模型和算法［J］. 中国电机工程学报， 2005 ， 25 （ 22 ）： 27 - 31 .

XIE Kaigui ， LI Chunyan ， ZHAO Yuan ， et al . Efficient analytical model and algorithm for distributing power using the downstream distribution matrix ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2005 ， 25 （ 22 ）： 27 - 31 .

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 .

LI C P ， ZHOU H Y ， LI J H ， et al . Economic dispatching strategy of distributed energy storage for deferring substation expansion in the distribution network with distributed generation and electric vehicle ［J］. Journal of Cleaner Production ， 2020 ， 253 ： 119862 .

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 .

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 .

LEI Y ， WANG D ， JIA H J ， 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 .

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 ： 117155 .

陈艳波，高瑜珑，赵俊博，等 . 综合能源系统状态估计研究综述［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 7 ）： 2281 - 2292 .

CHEN Yanbo ， GAO Yulong ， ZHAO Junbo ， et al . Review on integrated energy system state estimation ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 7 ）： 2281 - 2292 .

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 .

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