CN107871058B - 电热联合系统的潮流计算方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

电热联合系统的潮流计算方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种电热联合系统的潮流计算方法、装置、设备及存储介质。所述方法包括：获取电热联合系统的参数；基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数；基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量；基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度；将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。本发明实施例可以提高电热联合系统潮流计算的准确性，为电力系统调度提供灵活性。

Description

电热联合系统的潮流计算方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及能源系统领域，尤其涉及一种电热联合系统的潮流计算方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
随着能源和环境问题的日益严峻，为了提高能源的总体效率和可再生能源的消纳能力，对多类能源互联集成和互补融合的需求日益迫切。而如何对多能源的分布进行有效计算对多能源系统的投资规划和运行决策具有重要意义。
针对电力系统来说，潮流是电力系统各处电压(包括幅值与相角)、有功功率、无功功率等的分布，是电力系统调度的基础。潮流计算，是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压(幅值及相角)、网络中的功率分布以及功率损耗等。
现有的仅针对供热系统的研究，没有考虑其他能源系统与供热系统之间的耦合关系，这种分析方法使得综合能源系统(如电热耦合系统)的灵活性低，不利于多能源系统中多能协同。目前多能源系统中采用稳态模型进行潮流计算，或者采用简化模型进行潮流计算，其中，稳态模型会将有动态过程、有储能能力的供热系统视为没有动态过程的系统，没有考虑供热系统在传输上的动态过程，忽略了传输的时延，使得计算结果不够准确；而采用简化模型能够降低了模型建立的难度，但降低了实际的多能源系统的灵活性和调节范围，不利于经济效益和效率的提升。
发明内容
本发明实施例提供了一种电热联合系统的潮流计算方法、装置、设备及存储介质，优化现有的电热耦合系统的潮流计算方法，追踪供热系统的动态温度变化，并结合与电力系统的耦合关系分析计算多能源系统的潮流，避免孤立分析供热系统的潮流，提高供热系统的灵活性，以及潮流计算的准确性。
第一方面，本发明实施例提供了一种电热联合系统的潮流计算方法，包括：
获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数；
基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数；
基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量；
基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度；
将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电热联合系统的潮流计算装置，包括：
参数获取模块，用于获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数；
电力计算模块，用于基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数；
水流量计算模块，用于基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量；
温度计算模块，用于基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度；
输出模块，用于将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
第三方面，本发明实施例还提供了一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的电热联合系统的潮流计算方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的电热联合系统的潮流计算方法。
本发明实施例提供了一种电热联合系统的潮流计算方法及装置，通过基于热功率和水流量，计算供热系统的各个节点的温度的技术手段，解决了供热系统的潮流计算时没有考虑流量和温度的耦合导致潮流计算结果不准确的问题，提高电热联合系统潮流计算的准确性，为电力系统调度提供灵活性。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种电热联合系统的潮流计算方法的流程图；
图2为本发明实施例二中的一种电热联合系统的潮流计算方法的流程图；
图3a为本发明实施例三中的一种电热联合系统的潮流计算方法的流程图；
图3b为本发明实施例三中的一种供热系统的拓扑结构示意图；
图3c为本发明实施例三中的一种供热系统的动态过程的潮流计算流程图；
图4为本发明实施例四中的一种电热联合系统的潮流计算装置的结构示意图；
图5是本发明实施例五中的一种设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种电热联合系统的潮流计算方法的流程图，本实施例可适用于对存在电热联合的综合能源系统进行分析计算的情况，该方法可以由本发明实施例提供的电热联合系统的潮流计算装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，并一般可集成在监控分析综合能源系统的计算机设备中。如图1所示，本实施例的方法具体包括：
S110，获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数。
在本发明实施例中，电热联合系统具体是指，由分布于一个区域内的电力系统、供热系统和作为耦合环节的多能源转换设备组成的系统，其中，多能源转换设备包括电锅炉或热电联产技术(Combined Heat and Power，CHP)机组。
S120，基于所述电力系统的电力参数和潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数。
在本发明实施例中，电力参数包括电压、电流、相角、有功功率和无功功率等。目标电力参数为待求的电力参数。潮流方程为输入已知电力参数，输出未知或者待求的电力参数的方程。当已知至少三个电力参数，可以计算得到未知的电力参数。示例性的，潮流方程的输入为：电压、有功功率和电流，则可以计算并输出相角和无功功率。基于所述电力系统的电力参数和潮流方程，可以获取电力系统中各节点的目标电力参数。
具体的，潮流方程为
F(X,C,U)＝0
其中，X是系统的状态，包括电压和相角，C是电导和电纳，U是系统的激励，即注入的功率。求解该多维非线性代数方程组，可以利用牛顿拉夫逊法，借助计算机进行辅助迭代计算，即先给定初值，然后通过不断迭代，计算电力系统中各节点的未知电力参数。
S130，基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量。
在本发明实施例中，供热系统是一个动态传输过程，而且供热系统在传输热量时需要以介质为载体，在本发明实施例中，供热系统的介质是水。水力参数包括注入节点的热量和注入节点的温度。
具体的，水流连续性方程原理为，对于供热系统中的一个节点，流入该节点的流量等于流出该节点的流量，表示为：
(∑m)in-(∑m)out＝mq
其中，(∑m)in是注入该节点的流量之和，(∑m)out是从该节点注出的流量之和，mq是节点的流量。如果向该节点注入的流量之和大于该节点流出的流量之和，则mq为正，如果向该节点注入的流量之和小于该节点流出的流量之和，则mq为负。
回路压降方程原理为，对于供热系统回路，整个回路水力压降之和为0，表示为：
∑hf＝0
其中，hf是每段管道的压降，而且压降计算遵循压损方程。
压损方程原理为，对一段管道，压降与流量平方成正比，表示为：
hf＝Km|m|
其中，K是管道的阻尼系数，由管道自身决定。
温度与流量之间的关系，在供热系统中流量和温度之间具有耦合关系，该耦合关系可以通过热负荷模型体现，表示为：
Figure BDA0001481271740000071
其中，φ为负荷的热功率，Tr为回水温度，Cp为水的热容，且负荷节点的φ、Tr和Cp均已知，而流量mq和供水温度Ta未知。其中，对于每一个热负荷节点，供水温度Ta表示热水注入负荷节点之前的温度，回水温度Tr表示从负荷节点流出的热水在管道节点处与其他管道的水混合之后的温度。
将四个方程进行联立，采用牛顿拉夫逊法，通过不断迭代计算供热系统中各节点水的流量。
需要说明的是，电力系统的潮流计算和供热系统的流量计算可以同时进行。
S140，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中输出的各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度。
在本发明实施例中，供热系统的热力参数包括供热系统的热源节点温度。热源节点是有外部热源进行热量输入的节点，同时该热源节点通过管道向其他节点进行热量传输，其中，外部热源可以是电锅炉。示例性的，可以采用稳态模型计算各节点处的温度。温度与水的流量之间的关系具体可以表示为：
Figure BDA0001481271740000081
(∑mout)Tout＝∑minTin
其中，Tend是管道末端温度，Tstart是管道首端温度，k是管道的热传导系数，Ts是环境温度(土壤或空气的温度)，L是管道的长度，mout是从管道中流出的水流量，min是向管道中流入的水流量，Tout是从管道中流出的水的温度，Tin是向管道中流入的水的温度，其中，热源节点的温度为管道首端温度，计算得到的管道末端温度即为由该管道注水的管道的首端温度，依次计算，最终获得供热系统中各节点的温度。还可以采用动态模型获取供热系统各节点的温度，在此并不做限制。
需要说明的是，管道中注入水的一端为首端，管道中流出水的一端为末端，管道的首端和末端分别与其他管道相连，在管道的首端位置处任选一点，该点可以是首端横截面的中心点，测量该点处的水温，将该温度作为管道首端温度，在管道的末端位置处任选一点，该点处的水温即管道末端温度。当存在一个节点位于管道的首端时，该节点作为管道的首端节点，当存在一个节点位于管道的末端时，该节点作为管道的末端节点。
基于上述公式、热源节点的温度和各节点水的流量，可以获得各节点水的温度。
S150，将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
在本发明实施例中，将电力系统中各节点的目标电力参数，以及供热系统中各节点的温度和水的流量作为电热联合系统潮流计算的结果输出并储存。需要说明的是，供热系统中各节点的流量即为供热系统中各节点水的流量。
本发明实施例通过基于热功率，计算供热系统的各个节点的温度，解决了供热系统的潮流计算时没有考虑流量和温度的耦合的问题，提高供热系统的灵活性，以及电热联合系统潮流计算的准确性。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种电热联合系统的潮流计算方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化。
S210，获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数。
S220，基于所述电力系统的电力参数和潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数。
S230，基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量。
S240，判断所述电力系统中各节点的目标电力参数是否满足第一预设收敛条件，若是，执行S250；若否，返回S220。
在本发明实施例中，具体的，基于牛顿拉夫逊法，各节点的目标电力参数是通过不断迭代计算得到的，当获得的目标电力参数在预定的收敛域内时，即获取的目标电力参数与上一次迭代计算获取的目标电力参数的差值在预设差值范围内，确定电力系统中的各节点的目标电力参数满足第一预设收敛条件。若所述电力系统中各节点的目标电力参数不满足第一预设收敛条件，返回潮流计算过程，并使用雅可比矩阵进行修正，而后再次进行潮流计算过程，直到计算结果符合第一预设收敛条件。如果迭代次数大于预设迭代阈值，返回失败信息。
S250，判断所述供热系统中各节点水的流量是否满足第二预设收敛条件，若是，执行S260；若否，返回S230。
在本发明实施例中，采用牛顿拉夫逊法，通过迭代计算供热系统中各节点水的流量，当获取的流量与上一次计算获取的流量的差值小于预设流量差值范围内时，确定供热系统中各节点水的流量满足第二预设收敛条件。若所述供热系统中各节点的流量不满足第二预设收敛条件，返回前面的计算过程，并使用雅可比矩阵进行修正，而后再次进行计算，直到计算结果符合第二预设收敛条件。如果迭代次数大于预设迭代阈值，返回失败信息。
需要说明的是，判断电力系统的目标电力参数是否符合第一收敛条件，和判断供热系统的流量是否符合第二预设收敛条件，是同时进行的。
具体的，可以采用如下水力系统误差矩阵为Fh表示：
Figure BDA0001481271740000101
其中，
Figure BDA0001481271740000102
Figure BDA0001481271740000111
其中
Figure BDA0001481271740000112
为npipe×1阶管道流量矩阵，
Figure BDA0001481271740000113
为nnode×1阶节点流量矩阵。
需要说明的是，管道流量是在单位时间内水通过管道横截面的量，节点流量是在单位时间内水通过节点所在横截面的量，节点位于管道相互连接的位置处，其中，节点可以存在至少一个注入管道，也可以存在至少一个注出管道，从而，节点的流量可能不同于与该节点相连的管道内流量。
A矩阵是节点-支路矩阵，A矩阵中的行表示节点，A矩阵中的列表示水力支路，水力支路是由两个节点，和将两个节点连接起来的至少一个管道形成的分支，其元素aij定义为：
Figure BDA0001481271740000114
其中，aij＝1时，管道流量流向节点；当aij＝-1时，管道流量从节点流出，当aij＝0时，管道不与节点连接。
B矩阵是回路-支路矩阵，B矩阵中行表示回路，列表示水力支路，其中，回路表示由水力支路构成的闭合路径，其元素bij定义为：
Figure BDA0001481271740000115
其中，bij＝1时，管道流量与规定的回路方向一致；当bij＝-1时，管道流量与规定的回路方向相反，当bij＝0时，管道不在该回路中。
给定误差范围ε′，当水力系统误差矩阵|Fh|<ε′时，确定供热系统中各节点水的流量满足第二预设收敛条件。
在本发明实施例中，当电力系统通过迭代计算得到的目标电力参数符合第一预设收敛条件，且供热系统通过迭代计算得到的流量符合第二预设收敛条件时，即当电力系统的计算结果和供热系统的计算结果同时满足收敛条件时，电热联合系统中的电热耦合元件即满足约束条件或耦合方程，从而，电力系统输出的目标电力参数和供热系统输出的流量为有效数据。
S260，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中输出的各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度。
S270，将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
本发明实施例通过基于第一预设收敛条件和第二预设收敛条件，确定电力系统中各节点的目标电力参数和供热系统中各节点的流量，能够正确分析电热联合系统中具有耦合关系的电力系统的潮流和供热系统的潮流，保证电热联合系统输出的结果在预定的收敛域内，提高电热联合系统输出数据的可靠性，针对性设置收敛条件，提高潮流计算的灵活性。
实施例三
图3a为本发明实施例三提供的一种电热联合系统的潮流计算方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行具体化。
S310，获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数。
S320，基于所述电力系统的电力参数和潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数。
S330，基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量。
S340，判断所述电力系统中各节点的目标电力参数是否满足第一预设收敛条件，若是，执行S350；若否，返回S320。
S350，判断所述供热系统中各节点水的流量是否满足第二预设收敛条件，若是，执行S360；若否，返回S330。
S360，搜索所述供热系统中的热源节点和负荷节点，其中，所述热源节点为具有外部热源进行热量输入的节点，所述负荷节点为没有外部热源进行热量输入的节点。
在本发明实施例中，具体的，负荷节点为没有外部热源进行热量输入的节点，即通过供热系统的管道网络接收热量的节点。热源节点和负荷节点可以通过标记搜索。例如，热源节点为一类节点，负荷节点为二类节点，搜索到标记为一类节点的节点，即热源节点；搜索到标记为二类节点的节点，即负荷节点。
S370，将所述热源节点和所述负荷节点进行分层，构建所述供热系统的拓扑结构。
在本发明实施例中，对热源节点和负荷节点进行标记分层，按照一定的逻辑结构构建拓扑结构。
在本发明的另一个实施例中，可选的，包括：针对每个热源节点，将与所述热源节点相连的管道标记为第1层管道；在未被标记的管道中，将与第i-1层管道相连且与第i-1层管道流向一致的管道标记为第i层管道，其中i大于等于2；若第i层管道的末端节点均是负荷节点，且所述供热系统中的管道均被标记时，结束分层；基于所述热源节点、所述负荷节点以及被分层的管道，构建所述供热系统的拓扑结构。
图3b是本发明实施例三提供的一种供热系统的拓扑结构，如图3b所示，节点301为热源节点，节点302为负荷节点，与热源节点301相连的管道303为第一层管道，在未标记的管道中，与第一层管道303相连且与第一层管道303流向一致的管道304标记为第二层管道，所有管道均被标记，热源节点301、负荷节点302、第一层管道303以及第二层管道304形成图3b所示的供热系统的拓扑结构。
S380，在所述供热系统的拓扑结构中，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度。
在本发明的另一个实施例中，可选的，包括：基于如下公式确定所述供热系统中各节点的温度：
Figure BDA0001481271740000141
其中，
Figure BDA0001481271740000151
是通过有限差分的方法进行确定，T(x,t)是与管道首端的距离为x的目标节点在t时刻的温度，Δt为预设时间间隔，Δx是预设距离间隔，
Figure BDA0001481271740000152
是所述目标节点在t时刻的流量，ρ是水的密度，A是管道的横截面的面积，Cp是水的热容，R是热传递系数，Ts是环境温度。
具体的，基于供热系统的拓扑结构，由与热源节点相连的第一层管道开始，逐层计算管道末端温度。在同层管道中，可以采用有限差分法计算管道末端温度，其中，有限差分法可以实现单管道动态过程，具体原理表示为：
Figure BDA0001481271740000153
根据有限差分法原理，使用差分代替微分，并应用泰勒展开可得：
Figure BDA0001481271740000154
Figure BDA0001481271740000155
由于二阶差分表示的流体内热传导可以忽略，将这两个公式带入到原理公式中，可得：
Figure BDA0001481271740000156
其中，Δt为预设时间间隔，是对从0到时刻t的时间进行分段的预设时间间隔，示例性的，时间t为3个小时，Δt可以设为1小时；Δx为预设距离间隔，是对距离x进行分段的预设距离间隔示例性的，距离x为100米，Δx可以设为10米。根据供热系统中热源节点的温度和流量可以求得第一层单管道末端温度，即与该第一层单管道末端相连的第二层单管道首端温度，之后基于第二层单管道首端温度和流量可以确定第二层单管道末端节点处的温度。由此逐层基于已知的单管道首端温度和流量可以求得该单管道末端温度。由于同一层每根管道的温度传递是相互独立，因此同层中单管道可以采用并行计算的方法提升计算效率。
通过有限差分法，将时间和与管道首端之间的距离分为有限的小段，并分析了将时间和距离对热量传输的影响，实现供热系统潮流的动态分析计算。
在本发明另一个实施例中，可选的，还包括：若所述供热系统中的目标负荷节点存在至少两根管道注水时，基于如下的公式计算所述目标负荷节点的温度：
Figure BDA0001481271740000161
其中，mi_in是向所述目标负荷节点注水的第i根管道流量，Ti_in是向所述目标负荷节点注水的第i根管道的末端温度，Ti_out是所述目标负荷节点的温度，也是下一层管道首端温度。
具体的，负荷节点可能存在多个注水管道，此时，该负荷节点的温度是由多个注水管道的流量和注入管道内的水温确定。通过温度混合关系计算负荷节点的温度，提高节点温度的准确性。
图3c是本发明实施例三中的一种供热系统的动态过程的潮流计算流程图。获取供热系统中各节点的流量，使用分层算法计算供热系统中各节点的温度。分层算法分为两个步骤：首先通过拓扑分析获得管道计算顺序，其次根据计算顺序逐层进行单管道计算。通过单管道计算可以在已知一根首端温度和流量的情况下获得管道末端温度。逐层计算在同一层单管道计算结束后，进行温度混合获得下一层管道节点首端温度，而后通过逐层计算获得末端节点的温度。如图3c所示，分层算法包括拓扑结构构建方法341和同层管道算法342。其中，拓扑结构构建方法341形成供热系统的拓扑结构，同层管道算法342逐层计算管道的末端温度。在拓扑结构构建方法341中基于搜索的热源节点和负荷节点，逐层标记管道，当所有管道都被标记完成时，生成供热系统的拓扑结构；在同层管道算法342中，基于拓扑结构构建方法341形成的拓扑结构，在同一层的管道中，采用有限差分法计算管道末端温度，并搜索存在至少两个管道注水的负荷节点，该负荷节点采用温度混合方法计算该节点处的温度，在该层所有管道的末端温度计算完成之后，对下一层管道进行温度计算，当所有层的管道末端温度计算完成时，输出供热系统中各节点的流量和温度。
S390，将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
本发明实施例中通过对供热系统进行分层建立拓扑结构，并逐层计算各节点处的温度，解决了忽略供热系统传输时间和温度动态过程的问题，采用动态模型计算供热系统的潮流，分析传输时间的延迟和管道网络的储能效应对节点温度的影响，消除了采用稳态模型计算供热系统潮流中存在温度突变的现象，实现追踪供热系统中热传输的状态，提高电热联合系统潮流计算的准确性。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种电热联合系统的潮流计算装置的结构示意图。如图4所示，所述装置包括：
参数获取模块410，用于获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数；
电力计算模块420，用于基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数；
水流量计算模块430，用于基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量；
温度计算模块440，用于基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度；
输出模块450，用于将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
本发明实施例提供的电热联合系统的潮流计算装置通过基于热功率和水流量，计算供热系统的各个节点的温度的技术手段，解决了供热系统的潮流计算时没有考虑流量和温度的耦合的问题，提高多能源系统的灵活性，以及电热联合系统潮流计算的准确性。
进一步的，所述装置还包括：目标电力参数收敛判断模块460，用于判断所述电力系统中各节点的目标电力参数是否满足第一预设收敛条件；若否，返回基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数的操作；流量收敛判断模块470，用于判断所述供热系统中各节点水的流量是否满足第二预设收敛条件；若否，返回基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量的操作；
进一步的，所述温度计算模块440，用于：当所述电力系统中各节点的目标电力参数满足第一预设收敛条件，且所述供热系统中各节点水的流量满足第二预设收敛条件时，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度。
进一步的，所述温度计算模块440，用于：搜索所述供热系统中的热源节点和负荷节点，其中，所述热源节点为具有外部热源进行热量输入的节点，所述负荷节点为没有外部热源进行热量输入的节点；将所述热源节点和所述负荷节点进行分层，构建所述供热系统的拓扑结构；在所述供热系统的拓扑结构中，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度。
进一步的，所述温度计算模块440，用于：针对每个热源节点，将与所述热源节点相连的管道标记为第1层管道；在未被标记的管道中，将与第i-1层管道相连且与第i-1层管道流向一致的管道标记为第i层管道，其中i大于等于2；若第i层管道的末端节点均是负荷节点，且所述供热系统中的管道均被标记时，结束分层；基于所述热源节点、所述负荷节点以及被分层的管道，构建所述供热系统的拓扑结构。
进一步的，所述温度计算模块440，用于：基于如下公式确定供热系统中各节点的温度：
Figure BDA0001481271740000201
其中，
Figure BDA0001481271740000202
是通过有限差分的方法进行确定，T(x,t)是与管道首端的距离为x的目标节点在t时刻的温度，Δt为预设时间间隔，Δx是预设距离间隔，
Figure BDA0001481271740000203
是所述目标节点在t时刻的流量，ρ是水的密度，A是管道的横截面的面积，Cp是水的热容，R是热传递系数，Ts是环境温度。
进一步的，所述温度计算模块440，用于：若所述供热系统中的目标负荷节点存在至少两根管道注水时，基于如下的公式计算所述目标负荷节点的温度：
Figure BDA0001481271740000204
其中，mi_in是向所述目标负荷节点注水的第i根管道流量，Ti_in是向所述目标负荷节点注水的第i根管道的末端温度，Ti_out是所述目标负荷节点的温度。
上述电热联合系统的潮流计算装置可执行本发明任意实施例所提供的电热联合系统的潮流计算方法，具备执行的电热联合系统的潮流计算方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
图5为本发明实施例五提供的一种设备的结构示意图。图5示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性设备512的框图。图5显示的设备512仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，设备512以通用计算设备的形式表现。设备512的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元516，系统存储器528，连接不同系统组件(包括系统存储器528和处理单元516)的总线518。
总线518表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
设备512典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被设备512访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器528可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)530和/或高速缓存存储器532。设备512可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统534可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图5未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图5中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器528可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块542的程序/实用工具540，可以存储在例如存储器528中，这样的程序模块542包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块542通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
设备512也可以与一个或多个外部设备514(例如键盘、指向设备、显示器524等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该设备512交互的设备通信，和/或与使得该设备512能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口522进行。并且，设备512还可以通过网络适配器520与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器520通过总线518与设备512的其它模块通信。应当明白，尽管图5中未示出，可以结合设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元516通过运行存储在系统存储器528中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的一种电热联合系统的潮流计算方法。
也即，所述处理单元执行所述程序时实现：获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数；基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数；基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量；基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度；将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
实施例六
本发明实施例六提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的电热联合系统的潮流计算方法：
也即，该程序被处理器执行时实现：获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数；基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数；基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量；基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度；将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种电热联合系统的潮流计算方法，其特征在于，包括：
获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数；
基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数；
基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量；
搜索所述供热系统中的热源节点和负荷节点，其中，所述热源节点为具有外部热源进行热量输入的节点，所述负荷节点为没有外部热源进行热量输入的节点；
将所述热源节点和所述负荷节点进行分层，构建所述供热系统的拓扑结构；
在所述供热系统的拓扑结构中，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度；
将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
判断所述电力系统中各节点的目标电力参数是否满足第一预设收敛条件；
若否，返回基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数的操作；
判断所述供热系统中各节点水的流量是否满足第二预设收敛条件；
若否，返回基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量的操作；
相应的，所述基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度，包括：
当所述电力系统中各节点的目标电力参数满足第一预设收敛条件，且所述供热系统中各节点水的流量满足第二预设收敛条件时，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述热源节点和所述负荷节点进行分层，构建所述供热系统的拓扑结构，包括：
针对每个热源节点，将与所述热源节点相连的管道标记为第1层管道；
在未被标记的管道中，将与第i-1层管道相连且与第i-1层管道流向一致的管道标记为第i层管道，其中i大于等于2；
若第i层管道的末端节点均是负荷节点，且所述供热系统中的管道均被标记时，结束分层；
基于所述热源节点、所述负荷节点以及被分层的管道，构建所述供热系统的拓扑结构。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述供热系统的拓扑结构中，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度，包括：
基于如下公式确定供热系统中各节点的温度：
Figure FDA0002387026500000031
其中，
Figure FDA0002387026500000032
是通过有限差分的方法进行确定，T(x,t)是与管道首端的距离为x的目标节点在t时刻的温度，Δt为预设时间间隔，Δx是预设距离间隔，
Figure FDA0002387026500000033
是所述目标节点在t时刻的流量，ρ是水的密度，A是管道的横截面的面积，Cp是水的热容，R是热传递系数，Ts是环境温度。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
若所述供热系统中的目标负荷节点存在至少两根管道注水时，基于如下的公式计算所述目标负荷节点的温度：
Figure FDA0002387026500000034
其中，mi_in是向所述目标负荷节点注水的第i根管道流量，Ti_in是向所述目标负荷节点注水的第i根管道的末端温度，Ti_out是所述目标负荷节点的温度。
6.一种电热联合系统的潮流计算装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取电热联合系统的参数，其中，所述电热联合系统包括电力系统和供热系统，所述参数包括所述电力系统的电力参数、所述供热系统的水力参数和所述供热系统的热力参数；
电力计算模块，用于基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数；
水流量计算模块，用于基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量；
温度计算模块，用于搜索所述供热系统中的热源节点和负荷节点，其中，所述热源节点为具有外部热源进行热量输入的节点，所述负荷节点为没有外部热源进行热量输入的节点；将所述热源节点和所述负荷节点进行分层，构建所述供热系统的拓扑结构；在所述供热系统的拓扑结构中，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度；
输出模块，用于将所述电力系统中各节点的目标电力参数，以及所述供热系统中各节点的温度和水的流量输出。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
目标电力参数收敛判断模块，用于判断所述电力系统中各节点的目标电力参数是否满足第一预设收敛条件；若否，返回基于所述电力系统的电力参数以及潮流方程，计算所述电力系统中各节点的目标电力参数的操作；
流量收敛判断模块，用于判断所述供热系统中各节点水的流量是否满足第二预设收敛条件；若否，返回基于所述供热系统的水力参数、水流连续性方程、回路压降方程、压损方程、以及温度与流量之间的关系，计算所述供热系统中各节点水的流量的操作；
相应的，所述温度计算模块，用于：当所述电力系统中各节点的目标电力参数满足第一预设收敛条件，且所述供热系统中各节点水的流量满足第二预设收敛条件时，基于所述供热系统的热力参数、所述供热系统中各节点水的流量，以及温度与水的流量之间的关系，确定所述供热系统中各节点的温度。
8.一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5中任一所述的电热联合系统的潮流计算方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的电热联合系统的潮流计算方法。
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