CN110457745B - 一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法 - Google Patents

一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法 Download PDF

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CN110457745B CN201910568710.7A CN201910568710A CN110457745B CN 110457745 B CN110457745 B CN 110457745B CN 201910568710 A CN201910568710 A CN 201910568710A CN 110457745 B CN110457745 B CN 110457745B
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Abstract

本发明公开了一种具有紧密耦合关系的水‑能联系网络模型的建立方法，首先分别建立输电网模型、输气网模型、供热网模型以及配水网模型；基于所建立的四个模型，搭建一个相互依赖和作用的水‑能联系网络模型；该水‑能联系网络模型表示为混合整数非线性规划模型，通过IPOPT求解器对其进行优化求解。该方法搭建了一个相互依赖和作用的水‑能联系网，从而提高了整个系统运行的可靠性和灵活性。

Description

一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法
技术领域
本发明涉及能源模型研究技术领域，尤其涉及一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法。
背景技术
能源是人类生存和发展的基础，是国民经济的命脉。如何在确保人类社会能源可持续供应的同时减少用能过程中的环境污染，是当今世界各国共同关心的问题。同时，水资源是维持人类生存、生活、生产的最重要的自然资源和经济资源之一，其与综合能源系统的优化协调对能源系统的优化以及资源的节约都具有较高的研究价值，近几年水资源和综合能源系统的相互作用开始受到关注。
当下在对水资源与多能流关系的研究中，一些研究学者对配水网与电网之间的关系进行了一定的研究，其中较为普遍的是对最优泵调度问题的研究。但由于不同学科之间存在差异性，目前对配水网和电网之间相互作用的研究仍较浅，但仅停留在对水泵运行能耗的优化层面，鲜有将水泵的灵活性应用于电力系统的供能优化研究中。同时在发电耗水的研究层面上，当下研究主要从宏观角度分析水和电能的相关性政策对自然环境、社会经济的影响，并未将供水网络的需求响应与发电过程的耗水需求结合起来进行研究；在多能流网络中，除电网与配水网之间的关系已有一定程度的研究之外，当下对天然气以及供热网络和配水网之间耦合关系的研究也寥寥无几。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，该方法搭建了一个相互依赖和作用的水-能联系网，从而提高了整个系统运行的可靠性和灵活性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，所述方法包括：
步骤1、首先分别建立输电网模型、输气网模型、供热网模型以及配水网模型；
步骤2、基于所建立的四个模型，搭建一个相互依赖和作用的水-能联系网络模型；
步骤3、该水-能联系网络模型表示为混合整数非线性规划模型，通过IPOPT求解器对其进行优化求解。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法搭建了一个相互依赖和作用的水-能联系网，从而提高了整个系统运行的可靠性和灵活性，为能源和资源的协调优化提出了新方向，对将来构建智能一体化的社会综合能源与资源网络具有良好的社会意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在水-能关系方面，由于水所提供的大部分服务都需要消耗电能，因此配水网的正常需要电力系统的支持；此外水资源在火力发电、风力发电、CHP发电过程中也有一定程度的消耗，而且P2G设备在运行过程中也需要耗水，因此配水网便与输电、输气网有了一定程度的联系。除此之外，在开式供热系统中，水作为传热介质与热负荷的输出来源，与供热网的联系较为紧密，基于上述分析，本发明实施例通过搭建一个水-能联系网络模型来研究其耦合运行对整个系统的影响，如表1所示：
表1 耦合关系
Figure BDA0002110214500000021
Figure BDA0002110214500000031
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法流程示意图，所述方法包括：
步骤1、首先分别建立输电网模型、输气网模型、供热网模型以及配水网模型；
在该步骤中，具体建立模型的过程为：
1)所建立的输电网模型表示为：
电力系统节点平衡约束如式2所示：
Figure BDA0002110214500000032
其中，输电网络的输电容量约束如式2所示：
Figure BDA0002110214500000033
相角约束和发电出力约束、弃风约束分别如式3、4、5所示：
Figure BDA0002110214500000034
Figure BDA0002110214500000035
Figure BDA0002110214500000036
火电机组的爬坡约束表示为式6：
Figure BDA0002110214500000037
上式中，Θ表示一系列接于节点e的设备；ec/en/ew/ep2g分别表示CHP机组节点、火电机组节点、风电机组节点、电转气设备节点；
Figure BDA0002110214500000038
表示发电机出力；
Figure BDA0002110214500000039
表示管道上的输电功率；
Figure BDA00021102145000000310
表示流入和流出节点e的输电管道；
Figure BDA00021102145000000311
热网和水网水泵耗电量；
Figure BDA00021102145000000312
和
Figure BDA00021102145000000313
分别表示风力发电功率和弃风量；
Figure BDA00021102145000000314
表示发电机组en的出力上下限；
Figure BDA00021102145000000315
表示发电机组的爬坡约束值；
Figure BDA00021102145000000316
电负荷；pct表示CHP机组出力；
Figure BDA00021102145000000317
表示输电线路功率；θet表示电压相角；Uent表示机组启停状态；
Figure BDA00021102145000000318
表示线路传输功率极限。
2)所建立的输气网模型表示为：
输气网节点平衡方程如式7所示：
Figure BDA0002110214500000041
压缩机管道耗气量表达式为式8：
Figure BDA0002110214500000042
气井的供气量约束为式9：
Figure BDA0002110214500000043
CHP设备的耗气量表达式为式10，该式体现了CHP机组在生产电功率和热功率时动态耗气的特性：
Figure BDA0002110214500000044
其中，Λ表示一系列接于节点g的设备；
Figure BDA0002110214500000045
表示CHP机组的耗气系数；
Figure BDA0002110214500000046
表示CHP机组的耗气量；
Figure BDA0002110214500000047
表示气网管道流量；ggst表示储气装置储气量；
Figure BDA0002110214500000048
表示向储气装置注入和从储气装置提取的天然气量；
Figure BDA0002110214500000049
表示从气井取出的天然气量；
Figure BDA00021102145000000410
表示电转气设备的产气量；
Figure BDA00021102145000000411
表示气负荷；
Figure BDA00021102145000000412
表示气井的取气量上下限；pct/hct表示CHP机组的产电/产热功率；
进一步的，Weymouth方程11表达了输气网中管道压力和气流量的关系，这里将气流量的平方值Πgt来代替二次项，具体为：
Figure BDA00021102145000000413
对于装有压缩机的管道，管道始端节点
Figure BDA00021102145000000414
的压力比管道末端节点
Figure BDA00021102145000000415
的压力要小，节点压力约束以及含有压缩机管道的节点压力关系如式12和13所示：
Figure BDA00021102145000000416
Figure BDA00021102145000000417
天然气系统中的储气装置容量约束如式14所示：
Figure BDA00021102145000000418
其中储气装置的天然气注入和提取约束如15所示：
Figure BDA0002110214500000051
其中，
Figure BDA0002110214500000052
表示接于节点g的储气装置；
Figure BDA0002110214500000053
表示储气装置的进气和出气效率；
Figure BDA0002110214500000054
表示气网管道压力平方值的上下限；
Figure BDA0002110214500000055
表示储气装置注入和提取限制；Πgt表示气网节点气压的平方值；
Figure BDA0002110214500000056
表示气网管道中始节点
Figure BDA0002110214500000057
和末节点
Figure BDA0002110214500000058
气压的平方值；
Figure BDA0002110214500000059
表示气网压缩机压力系数。
3)所建立的配水网模型表示为：
配水网中的节点平衡约束如式16所示：
Figure BDA00021102145000000510
其中Ξ表示一系列接于节点w的设备，管道中的流量约束以及水库取水量约束分别如式17和18所示：
Figure BDA00021102145000000511
Figure BDA00021102145000000512
其中，
Figure BDA00021102145000000513
表示以节点w为管道首节点和末节点的水网管道集合；
Figure BDA00021102145000000514
表示水网负荷；
Figure BDA00021102145000000515
表示水网管道流量；
Figure BDA00021102145000000516
表示出水装置的提取和注入流量；
Figure BDA00021102145000000517
表示水库的取水流量；
Figure BDA00021102145000000518
表示管道流量的上限；
Figure BDA00021102145000000519
表示水库取水量上限；
进一步的，考虑配水网中的水泵能耗与管道流量的关系，普通管道和装有水泵管道的水力特性分别如式19和20所示：
Figure BDA00021102145000000520
Figure BDA00021102145000000521
若采用恒速的水泵模型，水泵的水头压力表达式为21式所示：
Figure BDA00021102145000000522
具体实现中，若假设该管道上的水泵处于打开的状态，那么它会在该管道上产生压头；但若该水泵处于关断的状态，则该管道不可流通。
整个配水网中节点压头约束为式22：
Figure BDA0002110214500000061
且水泵的耗能表达式为式23：
Figure BDA0002110214500000062
其中，
Figure BDA0002110214500000063
表示水泵压力系数，
Figure BDA0002110214500000064
表示管道压力损耗系数，
Figure BDA0002110214500000065
表示水网节点压力上下限，
Figure BDA0002110214500000066
表示水泵效率，
Figure BDA0002110214500000067
表示水泵能耗，
Figure BDA0002110214500000068
表示水泵所在管道流量，
Figure BDA0002110214500000069
表示水泵产生的压头，πwt表示水网节点压力。
4)所建立的供热网模型表示为：
该供热网模型采用一般的开始供热网，并在此基础上对补水装置进行了修改，将热网的补水装置定为连接在加热站的蓄热罐，通过配水网进行水的补给，供热管网和回热管网节点的平衡约束分别为式24和25：
Figure BDA00021102145000000610
Figure BDA00021102145000000611
加热站中注入和提取的流量约束如式(26)和(27)所示：
Figure BDA00021102145000000612
Figure BDA00021102145000000613
同时根据式28获得蓄水池的每个时刻的水量：
Figure BDA00021102145000000614
其中，
Figure BDA00021102145000000615
表示接在换热站he处的热负荷序数和集合；
Figure BDA00021102145000000616
表示接在换热站he处的回热网节点
Figure BDA00021102145000000617
序数和集合；
Figure BDA00021102145000000618
表示接在加热站hs处的回热网节点序数和集合；
Figure BDA00021102145000000619
表示接在换热站he处的供热网节点
Figure BDA00021102145000000620
序数和集合；
Figure BDA00021102145000000621
表示接在加热站hs处的供热网节点
Figure BDA00021102145000000622
序数和集合；
Figure BDA00021102145000000623
表示加热站hs处水流提取和注入速率上限；
Figure BDA00021102145000000624
表示加热站hs处蓄热罐的容量上下限；
Figure BDA00021102145000000625
表示加热站处蓄水罐从配水网引入的流量；fhet表示换热站处的流量；
Figure BDA00021102145000000626
表示换热站连接回热网的管道的流量；
Figure BDA00021102145000000627
表示换热站连接供热网管道的流量；fhst表示加热站的流量；
Figure BDA00021102145000000628
表示加热站连接回热网管道的流量；
Figure BDA0002110214500000071
表示加热站连接供热网管道的流量；
Figure BDA0002110214500000072
表示热网负荷流量；
Figure BDA0002110214500000073
表示热网管道流量；
Figure BDA0002110214500000074
表示加热站处蓄水池对其注入的流量；
Figure BDA0002110214500000075
表示加热站流入蓄水池的流量；
进一步的，加热站处安装水泵的管道水力特性由29式计算得到：
Figure BDA0002110214500000076
管道的水头增益计算式如式30所示：
Figure BDA0002110214500000077
加热站与回热网相连接的管道并无安装水泵，因此其水力特性由式31计算得到：
Figure BDA0002110214500000078
供热网中水泵能耗与配水网中相似，如式32所示：
Figure BDA0002110214500000079
本模型供热网仅在加热站处配有一台水泵，其耗电量以及整个网络的管道流量约束如式33和34所示：
Figure BDA00021102145000000710
Figure BDA00021102145000000711
其中，
Figure BDA00021102145000000712
表示热网管道压力损耗系数；
Figure BDA00021102145000000713
表示加热站水泵能耗系数；
Figure BDA00021102145000000714
表示加热站水泵能耗效率；
Figure BDA00021102145000000715
表示热网管道流量上下限；
Figure BDA00021102145000000716
表示加热站水泵能耗限制；
Figure BDA00021102145000000717
表示加热站水泵产生的压力；
Figure BDA00021102145000000718
表示供热网管道始节点和末节点的压力；
另外，加热站处CHP机组的产能关系式为35-37，其中产出的电功率和热功率之间满足一定的关系，通过特定的多边形凸区域的顶点线性组合进行计算：
Figure BDA00021102145000000719
Figure BDA00021102145000000720
Figure BDA00021102145000000721
加热站的供热平衡约束式为式38，其中Tin表示从配水网取出后注入至加热站的水流的温度：
Figure BDA0002110214500000081
同时换热站处流量以及换热平衡约束为式39-40：
Figure BDA0002110214500000082
Figure BDA0002110214500000083
其中，
Figure BDA0002110214500000084
表示CHP机组运行区域顶点序数和集合；
Figure BDA0002110214500000085
表示CHP机组运行区域顶点的线性组合常数；c表示水的比热容；
Figure BDA0002110214500000086
表示CHP机组运行区域顶点值；
Figure BDA0002110214500000087
表示CHP机组产热功率；
Figure BDA0002110214500000088
表示换热站的交换热功率；
Figure BDA0002110214500000089
表示表示CHP机组的产电功率；
Figure BDA00021102145000000810
表示蓄热罐的温度；
Figure BDA00021102145000000811
表示供热网温度；
Figure BDA00021102145000000812
表示回热网温度。
步骤2、基于所建立的四个模型，搭建一个相互依赖和作用的水-能联系网络模型；
在步骤2中，从上述所建立的四个模型可知：配水网与电气热能源流之间均存在一定的耦合关系，下表2将各模型之间相互作用的约束式进行了统一整理，其中表格的标题行和标题列分别表示能源生产者和消耗者：
表2 耦合约束分类
Figure BDA00021102145000000813
(上表中的数字代表相应的公式)
故所搭建的水-能联系网络模型表示为：
该水-能联系网络模型的优化成本为整个耦合系统的总能耗，其中包含了多能流的原料成本以及购买水资源的费用，将优化成本用下式表示为：
Figure BDA00021102145000000814
其中，ce和cg分别表示了输电母线电价和气井气价；cw表示了水资源的价格；
则所述水-能联系网络模型表示为一个混合整数二阶锥松弛模型，具体为：
min(41)
s.t.(1)-(40)。
步骤3、该水-能联系网络模型表示为混合整数非线性规划模型，通过IPOPT求解器对其进行优化求解。
下面将结合具体实例数据对本发明进行详细说明，本实例中所引入的算例模型由5节点电力网络、7节点天然气网络、6节点供热网络以及15节点配水网耦合而成，在MATLAB中运用IPOTP工具包进行仿真求解。这四个网络相互间通过耦合元件进行连接，在电网中，将水网中的水泵和气网中的P2G装置接至电负荷节点处；输气网中，我们将电网中的CHP接至气负荷节点处；在配热网中，我们将CHP设备放至加热站作为热源，并连接有储热罐用于补给水；在配水网中，我们将P2G耗水、火电、风电和CHP机组耗水接至水网负荷节点处，如此便构建了一个具有紧耦合关系的水-能联系网络模型。
为研究系统中耦合关系对水-能联系网络模型运行成本的影响，首先，通过改变风力发电量、原材料的成本以及网络的负荷大小，研究了多个测试场景，通过对这些场景中得到的耦合元件的耗能数据取平均值，得到一组较为可靠而且固定的耦合数据，然后将该组数据代入整个耦合优化模型中，便在一定程度上实现了系统的解耦；之后在原有算例模型下，对比系统耦合与系统解耦形式下目标成本的大小，如下表3所示：
表3 目标成本对比
Figure BDA0002110214500000091
其中，算例一为常规数据,算例二为将水资源成本提升五倍之后的仿真结果,算例二为将天然气成本提升五倍之后的仿真结果。不难看出系统的目标成本在耦合系统中明显低于解耦之后的目标成本，由此可知模型中耦合关系在整个系统的成本优化起着显著的作用。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、首先分别建立输电网模型、输气网模型、供热网模型以及配水网模型；
步骤2、基于所建立的四个模型，搭建一个相互依赖和作用的水-能联系网络模型；
步骤3、该水-能联系网络模型表示为混合整数非线性规划模型，通过IPOPT求解器对其进行优化求解；
其中，在步骤1中，所建立的输电网模型表示为：
电力系统节点平衡约束如式1所示：
Figure FDA0003706554040000011
其中，输电网络的输电容量约束如式2所示：
Figure FDA0003706554040000012
相角约束和发电出力约束、弃风约束分别如式3、4、5所示：
Figure FDA0003706554040000013
Figure FDA0003706554040000014
Figure FDA0003706554040000015
火电机组的爬坡约束表示为式6：
Figure FDA0003706554040000016
上式中，ec、en、ew、ep2g分别表示CHP机组节点、火电机组节点、风电机组节点、电转气设备节点；
Figure FDA0003706554040000017
表示流入和流出节点e的输电管道；
Figure FDA0003706554040000018
表示热网和水网水泵耗电量；
Figure FDA0003706554040000019
和
Figure FDA00037065540400000110
分别表示风力发电功率和弃风量；
Figure FDA00037065540400000111
表示火电机组en的出力上下限；
Figure FDA00037065540400000112
电负荷；
Figure FDA00037065540400000113
表示线路传输功率极限。
2.根据权利要求1所述具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，在步骤1中，所建立的输气网模型表示为：
输气网节点平衡方程如式7所示：
Figure FDA0003706554040000021
压缩机管道耗气量表达式为式8：
Figure FDA0003706554040000022
气井的供气量约束为式9：
Figure FDA0003706554040000023
CHP设备的耗气量表达式为式10，该式体现了CHP机组在生产电功率和热功率时动态耗气的特性：
Figure FDA0003706554040000024
其中，Λ表示一系列接于节点g的设备；
Figure FDA0003706554040000025
表示CHP机组的耗气系数；
Figure FDA0003706554040000026
表示CHP机组的耗气量；
Figure FDA0003706554040000027
表示气网管道流量；ggst表示储气装置储气量；
Figure FDA0003706554040000028
表示向储气装置注入和从储气装置提取的天然气量；
Figure FDA0003706554040000029
表示从气井取出的天然气量；
Figure FDA00037065540400000210
表示电转气设备的产气量；
Figure FDA00037065540400000211
表示气负荷；
进一步的，Weymouth方程11表达了输气网中管道压力和气流量的关系，这里将气流量的平方值Πgt来代替二次项，具体为：
Figure FDA00037065540400000212
对于装有压缩机的管道，管道始端节点
Figure FDA00037065540400000213
的压力比管道末端节点
Figure FDA00037065540400000214
的压力要小，节点压力约束以及含有压缩机管道的节点压力关系如式12和13所示：
Figure FDA00037065540400000215
Figure FDA00037065540400000216
天然气系统中的储气装置容量约束如式14所示：
Figure FDA00037065540400000217
其中储气装置的天然气注入和提取约束如15所示：
Figure FDA0003706554040000031
其中，
Figure FDA0003706554040000032
表示储气装置的进气和出气效率；
Figure FDA0003706554040000033
表示气网管道压力平方值的上下限；
Figure FDA0003706554040000034
表示储气装置注入和提取限制；Πgt表示气流量的平方值；
Figure FDA0003706554040000035
表示气网管道中始节点
Figure FDA0003706554040000036
和末节点
Figure FDA0003706554040000037
气压的平方值；
Figure FDA0003706554040000038
表示气网压缩机压力系数。
3.根据权利要求2所述具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，在步骤1中，所建立的配水网模型表示为：
配水网中的节点平衡约束如式16所示：
Figure FDA0003706554040000039
其中Ξ表示一系列接于节点w的设备；
Figure FDA00037065540400000310
表示水库的取水流量；
Figure FDA00037065540400000311
表示水网管道流量；
Figure FDA00037065540400000312
表示出水装置的提取和注入流量；
管道中的流量约束以及水库取水量约束分别如式17和18所示：
Figure FDA00037065540400000313
Figure FDA00037065540400000314
其中，
Figure FDA00037065540400000315
表示以节点w为管道首节点和末节点的水网管道集合；
Figure FDA00037065540400000316
表示水库的取水流量；
Figure FDA00037065540400000317
表示管道流量的上限；
Figure FDA00037065540400000318
表示水库取水量上限；
进一步的，普通管道和装有水泵管道的水力特性分别如式19和20所示：
Figure FDA00037065540400000319
Figure FDA00037065540400000320
若采用恒速的水泵模型，水泵的水头压力表达式为21式所示：
Figure FDA00037065540400000321
整个配水网中节点压头约束为式22：
Figure FDA00037065540400000322
且水泵的耗能表达式为式23：
Figure FDA00037065540400000323
其中，
Figure FDA0003706554040000041
表示水泵压力系数，
Figure FDA0003706554040000042
表示常规管道/水泵管道的压力损耗系数，
Figure FDA0003706554040000043
表示水网节点压力上下限，
Figure FDA0003706554040000044
表示水泵效率，
Figure FDA0003706554040000045
表示水泵能耗，
Figure FDA0003706554040000046
表示水泵所在管道流量，
Figure FDA0003706554040000047
表示水泵产生的压头，πwt表示水网节点压力。
4.根据权利要求3所述具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，在步骤1中，所建立的供热网模型表示为：
供热管网和回热管网节点的平衡约束分别为式24和25：
Figure FDA0003706554040000048
Figure FDA0003706554040000049
加热站中注入和提取的流量约束如式(26)和(27)所示：
Figure FDA00037065540400000410
Figure FDA00037065540400000411
同时根据式28获得蓄水池的每个时刻的水量：
Figure FDA00037065540400000412
其中，
Figure FDA00037065540400000413
表示加热站hs处水流提取和注入速率上限；
Figure FDA00037065540400000414
表示加热站处蓄水罐从配水网引入的流量；
Figure FDA00037065540400000415
表示换热站连接回热网的管道的流量；
Figure FDA00037065540400000416
表示热网负荷流量；
Figure FDA00037065540400000417
表示热网管道流量；
Figure FDA00037065540400000418
表示加热站处蓄水池对其注入的流量；
Figure FDA00037065540400000419
表示加热站流入蓄水池的流量；
进一步的，加热站处安装水泵的管道水力特性由29式计算得到：
Figure FDA00037065540400000420
管道的水头增益计算式如式30所示：
Figure FDA00037065540400000421
加热站与回热网相连接的管道并无安装水泵，因此其水力特性由式31计算得到：
Figure FDA00037065540400000422
供热网中水泵能耗与配水网中相似，如式32所示：
Figure FDA0003706554040000051
本模型供热网仅在加热站处配有一台水泵，其耗电量以及整个网络的管道流量约束如式33和34所示：
Figure FDA0003706554040000052
Figure FDA0003706554040000053
其中，
Figure FDA0003706554040000054
表示热网管道压力损耗系数；
Figure FDA0003706554040000055
表示加热站水泵能耗系数；
Figure FDA0003706554040000056
表示加热站水泵能耗效率；
Figure FDA0003706554040000057
表示热网管道流量上限；
Figure FDA0003706554040000058
表示加热站水泵能耗限制；
Figure FDA0003706554040000059
表示加热站水泵产生的压力；
Figure FDA00037065540400000510
表示供热网管道始节点和末节点的压力；
另外，加热站处CHP机组的产能关系式为35-37，其中产出的电功率和热功率之间满足一定的关系，通过特定的多边形凸区域的顶点线性组合进行计算：
Figure FDA00037065540400000511
Figure FDA00037065540400000512
Figure FDA00037065540400000513
加热站的供热平衡约束式为式38，其中Tin表示从配水网取出后注入至加热站的水流的温度：
Figure FDA00037065540400000514
同时换热站处流量以及换热平衡约束为式39-40：
Figure FDA00037065540400000515
Figure FDA00037065540400000516
其中，
Figure FDA00037065540400000517
表示CHP机组运行区域顶点序数和集合；
Figure FDA00037065540400000518
表示CHP机组运行区域顶点的线性组合常数；c表示水的比热容；
Figure FDA00037065540400000519
表示CHP机组运行区域顶点值；
Figure FDA00037065540400000520
表示CHP机组产热功率；
Figure FDA00037065540400000521
表示换热站的交换热功率；
Figure FDA00037065540400000522
表示CHP机组的产电功率；
Figure FDA00037065540400000523
表示蓄热罐的温度；
Figure FDA00037065540400000524
表示供热网温度；
Figure FDA00037065540400000525
表示回热网温度。
5.根据权利要求4所述具有紧密耦合关系的水-能联系网络模型的建立方法，其特征在于，在步骤2中，所搭建的水-能联系网络模型表示为：
该水-能联系网络模型的优化成本为整个耦合系统的总能耗，其中包含了多能流的原料成本以及购买水资源的费用，将优化成本用下式表示为：
Figure FDA0003706554040000061
其中，ce和cg分别表示了输电母线电价和气井气价；cw表示了水资源的价格；
则所述水-能联系网络模型表示为一个混合整数非线性规划模型，具体为：
min (41)
s.t.(1)-(40)。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111724026B (zh) * 2020-05-07 2023-06-16 华北电力大学 一种多能源网络与配水网耦合运行的优化方法
CN112381267A (zh) * 2020-10-28 2021-02-19 武汉供电设计院有限公司 一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108596453A (zh) * 2018-04-10 2018-09-28 山东大学 考虑网络动态特性的综合能源系统日前优化调度方法及系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016836A1 (en) * 2013-07-30 2015-02-05 Bigwood Technology, Inc. Dynamical methods for solving mixed-integer optimization problems
CN107808216B (zh) * 2017-10-24 2021-07-06 重庆大学 电-气-热互联系统弃风弃光和电气热负荷削减综合最小优化模型构建方法
CN108846507B (zh) * 2018-05-29 2020-11-10 西安交通大学 基于混合整数二阶锥规划的电-气耦合系统日前经济调度方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108596453A (zh) * 2018-04-10 2018-09-28 山东大学 考虑网络动态特性的综合能源系统日前优化调度方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
气电热联供网络规划与运行联合优化;孙凯华 等;《电力建设》;20160401;第37卷(第04期);第22-28页 *

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