CN112421635B - 一种基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，包括，初始化多能微网内部电互联节点和热互联节点参数，在热定电模式下进行热力系统部分热潮流计算；根据热潮流计算结果，基于热电比得到分布式能源站内电热耦合设备发出的电功率；计算微电网内部电潮流，并得到微电网内互联节点功率；对互联电网间进行潮流计算，若不满足收敛条件，则继续进行微电网内潮流计算，循环迭代潮流计算以计算电网整体潮流。本发明方法采用多能微网内与互联网络迭代求解，为多能微网群的潮流计算提供了解决方案，且潮流计算结果准确，迭代收敛性好，可广泛应用在多能微网群分析的各个领域，具有较强的应用推广价值。

Description

一种基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法

技术领域

本发明涉及综合能源多能流潮流计算的技术领域，尤其涉及一种基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法。

背景技术

为有效应对我国新型城镇化发展进程中所面临的能源消费峰谷差大、供需匹配性差、可再生能源消纳比例低等共性问题，通过因地制宜、统筹开发、互补利用传统能源和新能源所形成的，集风、光、气等多种能源输入，冷、热、电等多元产品输出于一体的多能互补型微型能源网络(以下简称“多能微网”)正加速发展。

多能微网是一种微型综合能源系统，通过对多种能源的耦合协同与优化调度，以满足特定区域(城市街区、工业园区等)内多个用户的多元能源需求。同时，通过对能源产、输、配、用、储等诸多环节进行有机协调，可推动源-网-荷深度互动，从而形成能源产供销一体化体系，提升系统整体能效。能源互联互通是多能微网的基本属性。多能微网内的能源互联互通有助于多能微网内异质能流充分发挥其耦合互补特性，实现多能微网区域内能源的利用率提升。同时突破多能微网区域间相互割裂、独立运行的既有供用能体系，构建跨区域的“多能微网群”，实现了区域间能量流的互联互通。多能微网群通过区域间电、气、热等能源传输和交换网络通道，实现能源共享互济、能源资源和用能行为的时空互补。

多能微网群潮流计算是多能微网群规划设计、协同优化、优化运行调度和控制策略等方面研究的基础。目前，多能流耦合潮流计算多面向单个多能微网系统，在单个多能微网系统内进行电、热、气等网络的潮流求解，对于多能微网接入配电网与微热网互联的潮流计算鲜有研究。现有方法中通过内电网与互联电网之间进行交替迭代，以实现两个独立的潮流收敛于统一的目标潮流解，也有传统方法通过对主配网之间的进行交替进行潮流计算，并且提出了先迭代主网后迭代配网潮流计算和先迭代配网后迭代主网潮流计算两种迭代顺序，然而现有方法只涉及到电网互联的交替迭代潮流计算方法，并未涉及到电热互联的多能微网群潮流计算。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，能够针对电热互联网络形成的多能微网群，解决多能微网内与互联网络间多能流潮流计算收敛统一性的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，初始化多能微网内部电互联节点和热互联节点参数，在热定电模式下进行热力系统部分热潮流计算；根据热潮流计算结果，基于热电比得到分布式能源站内电热耦合设备发出的电功率；计算所述微电网内部电潮流，并得到所述微电网内互联节点功率；对互联电网间进行潮流计算，若不满足收敛条件，则继续进行所述微电网内潮流计算，循环迭代所述潮流计算以计算电网整体潮流。

作为本发明所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的一种优选方案，其中：所述热潮流计算顺序包括，微热网内部、互联热网之间。

作为本发明所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的一种优选方案，其中：具体包括，根据多能微网群结构构建多能微网群模型并给定多能微网内与多能微网间的原始数据；初始化所述多能微网内电网互联节点和热网互联节点参数；对所述多能微网内微热网进行潮流计算，直至所述计算结果的潮流误差向量符合收敛精度；若所述计算结果的潮流误差向量不符合所述收敛精度，则所述多能微网内热潮流计算迭代次数超过允许最大迭代次数或所述多能微网内热潮流不收敛，即计算失败退出整个循环；收集所述多能微网内热网互联节点热潮流计算结果并进行分布式能源站电热耦合设备热功率计算，确定微热网之间互联节点的交换功率以作为互联热网潮流计算初值；对所述多能微网群互联热网进行所述热潮流计算，直至所述计算结果的潮流误差向量符合所述收敛精度，输出互联热网热潮流计算结果；若所述计算结果的潮流误差向量不符合所述收敛精度，则所述潮流计算迭代次数超过允许最大迭代次数或潮流不收敛，即计算失败退出整个循环。

作为本发明所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的一种优选方案，其中：还包括，进行分布式能源站内部潮流计算，确定分布式能源站电热耦合设备所发出的电功率；对所述多能微网内微电网进行电潮流计算，直至所述计算结果的潮流误差向量符合所述收敛精度；若所述计算结果的潮流误差向量不符合所述收敛精度，则所述潮流计算迭代次数超过允许最大迭代次数或潮流不收敛，即计算失败退出整个循环；利用所述多能微网内微电网中互联节点潮流计算结果，确定互联电网中互联节点的有功功率和无功功率，将其作为所述多能微网群中互联电网之间的潮流计算初值；对所述多能微网群中互联电网进行电潮流计算，若所述电潮流计算中的潮流误差向量符合所述收敛精度，则计算电网互联节点的潮流偏差量；若所述电潮流计算中的潮流误差向量不符合所述收敛精度，则互联电网中电潮流计算超过允许最大迭代次数或潮流计算不收敛，退出整个循环；计算所述电网互联节点的所述潮流偏差量，若所述潮流偏差量符合计算精度要求，则输出计算结果，结束循环；若不符合所述计算精度要求，则将所述多能微网群中互联电网计算所得电网互联节点的电压幅值、角度作为初值传入多能微网内，对所述多能微网内微电网进行所述电潮流计算。

作为本发明所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的一种优选方案，其中：还包括，所述微热网通过互联热网进行相邻微热网间热量交换，同时所述微电网通过互联电网实现微电网间的电能交换；所述电力系统部分求解顺序为微电网内潮流计算和互联电网潮流计算的迭代求解，且所述分布式能源站电热耦合设备以热定电运行模式。

作为本发明所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的一种优选方案，其中：初始化所述参数包括，所述多能微网内电网互联节点的电压幅值、角度初值和所述互联热网节点的供热温度初值。

作为本发明所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的一种优选方案，其中：所述互联热网中互联节点的热功率由分布式能源站热功率与微热网内平衡节点计算所得热功率二者联合计算得出，包括，当所述能源站热出力足够供给所述微热网内的热负荷时，即所述潮流计算结果为热平衡节点的热功率值小于所述能源站热出力，则将所述互联热网中微热网作为热源节点，且所述微热网与互联网络交换功率为所述能源站热功率值减去所述热平衡节点计算的热功率值的数值当所述能源站热出力不能满足所述微热网内热负荷时，即所述潮流计算结果中微网内热平衡节点的热功率值大于所述能源站的热出力，则将所述互联热网中微热网作为热负荷节点，且所述微热网与所述互联网络交换功率为热平衡节点计算的热功率减去所述能源站热功率的数值。

作为本发明所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的一种优选方案，其中：所述互联电网中互联节点的所述电功率由所述微电网潮流计算所得平衡节点电功率得到。

作为本发明所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的一种优选方案，其中：包括，所述电网互联节点的所述潮流偏差量为所述微电网中电互联节点的所述电压幅值V和电压角度θ与所述互联电网中潮流计算所得电压幅值V′和电压角度θ′之差，表示为dV＝|V-V′|，dθ＝|θ-θ′|。

作为本发明所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的一种优选方案，其中：还包括，所述潮流偏差量的收敛条件为偏差量绝对值的最大值小于0.00001，即max{dV＝|V-V′|，dθ＝|θ-θ′|}<0.00001。

本发明的有益效果：本发明方法采用多能微网内与互联网络迭代求解，为多能微网群的潮流计算提供了解决方案，且潮流计算结果准确，迭代收敛性好；同时，打破了区域间多能微网相互孤立的现状，使得多能微网之间能源流通；另一方面，易于多能微网群的扩展，方便接入更多的多能微网，可广泛应用在多能微网群分析的各个领域，如多能微网群运行优化、规划设计等方面，具有较强的应用推广价值。

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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的电热互联的多能微网群算例示意图；

图3为本发明一个实施例所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的多能微网群网络架构示意图；

图4为本发明一个实施例所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法的热电联产机组与热泵联合运行模型示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

在多能微网群中，每个单元系统都是具备能源“产、输、用一体化”的自平衡体，首先基于“能源就近利用”原则，实现分散化自我平衡；同时，借助区域间互联电、气、热等能源传输网络联接各自平衡体形成新的平衡整体，此外，这种多区域间“相互支撑、互为备用”新自平衡体又可自适应生长、不断扩张，最终全面提升城市能源系统的柔韧性、灵活性和经济性。

参照图1～图4，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，包括：

S1：初始化多能微网内部电互联节点和热互联节点参数，在热定电模式下进行热力系统部分热潮流计算。其中需要说明的是：

热潮流计算顺序包括，微热网内部、互联热网之间；

初始化参数包括，多能微网内电网互联节点的电压幅值初值V和角度初值θ和互联热网节点的供热温度初值Ts；

多能微网群由多能微网和互联网络组成，多能微网内为电热耦合多能微网，由微电网、微热网以及分布式能源站组成，互联网络包括互联电网和互联热网，各微电网与互联电网通过公共连接点(PCC)连接，该互联电网即为微电网的上级电网，其连接节点称作电互联节点；

微热网与互联热网经分布式能源站连接，该互联热网即为多能微网内热力系统的上级热网，互联热网中连接节点称作热互联节点，微电网与互联电网均为电力系统，微热网与互联热网均为热力系统，电力系统由发电设备、电负荷以及输电线路组成；

热力系统由热源、热负荷以及供热、回热管网组成，分布式能源站由热电联产、热泵等耦合元件组成，能源站能同时产生电和热，在多能微网中将微电网与微热网连接形成多能微网；

电力系统中节点类型包括，负荷节点(PQ节点)、源节点(PV节点)和平衡节点(Vθ节点)；

热力系统中节点类型包括，负荷节点(ΦTr节点)、热源节点(ΦTs节点)和平衡节点；

获取电力系统中PQ节点的有功功率和无功功率、PV节点的有功功率和节点电压、平衡节点的节点电压幅值和角度、热力系统中负荷节点的节点热功率和回热温度、热源节点的节点热功率和供热温度、平衡节点的供热温度；

给定多能微网群原始数据包括多能微网内网络结构参数和互联网络结构参数，多能微网内参数包括微电网中PQ节点注入的有功功率P、无功功率Q和PV节点注入的有功功率P、电压幅值V、支路导纳以及微热网中注入负荷节点的热功率Φ、返回温度Tr和出口温度To、热源节点的热功率Φ和供热温度Ts以及热网拓扑结构和热力管网参数。

进一步的，还包括：

微热网通过互联热网进行相邻微热网间热量交换，同时微电网通过互联电网实现微电网间的电能交换；

电力系统部分求解顺序为微电网内潮流计算和互联电网潮流计算的迭代求解，且分布式能源站电热耦合设备以热定电运行模式。

S2：根据热潮流计算结果，基于热电比得到分布式能源站内电热耦合设备发出的电功率。本步骤需要说明的是：

多能微网内潮流计算变量为微热网负荷节点的供热温度Ts，热源节点的回热温度Tr，热平衡节点的热功率Φ和回热温度Tr；

热网潮流计算采用牛顿-拉夫逊法求解,其水力、热力模型公式表达为：

其中，A_s为供热网络的节点-支路关联矩阵，m为各管道流量，m_q为各节点流出的流量，B为供热网络的回路-支路关联矩阵，K为管道阻力系数矩阵，Φ为节点热功率，C_P为水的比热容；T_S为供热温度，T_O为出口温度表示热水流出负荷节点时的温度，T_end为管道末段温度，T_start为管道始端温度，T_a为环境温度，λ为管道的热传导系数，L为管道长度，m_out、T_out、m_in、T_in分别为流入和流出管道的水的质量流量和温度；

上式中分别为：连续性方程、压头损失方程、节点热功率方程、管道温降方程与节点混合方程，若热网为环状网络则需以上五个方程组成的水力、热力综合模型求解，若热网为辐射状网络，则需除压头损失方程的其他四个方程组成的水力、热力模型进行求解；

根据热网水力模型和热力模型，可形成综合水力-热力模型，热网中热源节点的供应温度Ts、负荷节点的回热温度Tr以及负荷节点和热源节点的热功率Φ已知，待求量为热源节点的回热温度Tr、热负荷节点的供热温度Ts以及平衡节点的热功率Φ和回热温度Tr；

下式中分别为供热网络节点温度计算方程和回热网络节点温度计算方程，该方程由热力模型中式中管道温降方程和节点混合方程变换而来，如下：

其中，As、Ar分别为计算供热温度与回热温度的系数矩阵；bs、br分别为供热温度与回热温度相关向量，利用牛顿-拉夫逊法求解具体过程如下式所示：

x_h ⁽ⁱ⁺¹⁾＝x_h ⁽ⁱ⁾-(J_h ⁽ⁱ⁾)^-1ΔFh(x_h ⁽ⁱ⁾)

其中，ΔFh为热力系统误差向量，i为迭代次数，J_h为热力系统雅可比矩阵，Ts′、Tr′为Ts、Tr与环境温度Ta的差向量，ΔΦ、ΔH、ΔTs′、ΔTr′分别为热功率、压头、供热温度、回热温度的误差向量，热网潮流计算的收敛条件为热力系统误差向量绝对值|ΔF|最大值小于0.00001。

S3：计算微电网内部电潮流，并得到微电网内互联节点功率。其中还需要说明的是，互联热网中互联节点的热功率由分布式能源站热功率与微热网内平衡节点计算所得热功率二者联合计算得出，包括：

当能源站热出力足够供给微热网内的热负荷时，即潮流计算结果为热平衡节点的热功率值小于能源站热出力，则将互联热网中微热网作为热源节点，且微热网与互联网络交换功率为能源站热功率值减去热平衡节点计算的热功率值的数值；

当能源站热出力不能满足微热网内热负荷时，即潮流计算结果中微网内热平衡节点的热功率值大于能源站的热出力，则将互联热网中微热网作为热负荷节点，且微热网与互联网络交换功率为热平衡节点计算的热功率减去能源站热功率的数值。

S4：对互联电网间进行潮流计算，若不满足收敛条件，则继续进行微电网内潮流计算，循环迭代潮流计算以计算电网整体潮流。本步骤需要说明的是：

电网互联节点的潮流偏差量为微电网中电互联节点的电压幅值V和电压角度θ与互联电网中潮流计算所得电压幅值V′和电压角度θ′之差，表示为dV＝|V-V′|，dθ＝|θ-θ′|；

潮流偏差量的收敛条件为偏差量绝对值的最大值小于0.00001，即max{dV＝|V-V′|，dθ＝|θ-θ′|}<0.00001。

进一步的，还包括：

进行互联热网热潮流计算，采用牛顿-拉夫逊法进行迭代计算，收敛条件为互联热力系统误差向量绝对值|ΔF′|最大值小于0.00001；

进行分布式能源站内部潮流计算，利用不同设备的电热耦合关系，在以热定电模式下，按照电热匹配原则，进行能源站电功率计算，本实施例中能源站耦合元件包括热电联产机组、热泵和循环水泵，本实施例中多能微网中能源站内为定热电比热电联产机组，其模型可表达为：

其中，C_m为热电比，为一恒定值，本实施例中取1.3，Φ_CHP为CHP机组热出力，P_CHP为CHP机组电出力；

本实施例中多能微网内能源站的配置定热电比的热电联产机组与热泵联合运行，电转热(P2H)元件是将电能转化为热能的元件，如电锅炉、热泵，热泵是将低品位热能转化为高品位热能的装置，热泵一般模型如下：

其中，η_HP为热泵电热转化效率，Φ_HP分别为热泵产生的热功率，P_HP为热泵消耗的电功率；

参照图4，为热电联产机组与热泵联合运行示意图，其组成能源站模型，热电效率可表示为：

其中，w为热泵消耗的电功率占CHP发出电功率的比例，本实施例中多能微网中分布式能源站w取0.2，β为等效热电比；

水泵消耗电能为热力系统提供循环动力，使得热力管网中的水能从热源流经热用户后经回热网络返回热源，水泵消耗的电功率为：

其中，P_P为水泵所消耗电功率，m_q,s为经水泵加压的水的流量，g为重力加速度，η_p为水泵效率，H_p为水泵扬程，其计算公式如下：

其中，l为热网中最大压降管道集合，一般为从热负荷节点到热平衡节点经过的最长线路集合，最长线路定义为该集合中的管道热传导系数与其长度的乘积之和最大，Hc是允许的最小扬程差，h_f,i为管道i的压头损失。

具体的，本实施例提供的多能微网群网内网外能流潮流计算方法具体包括以下步骤：

(1)根据多能微网群结构构建多能微网群模型并给定多能微网内与多能微网间的原始数据；

(2)初始化多能微网内电网互联节点和热网互联节点参数；

(3)对多能微网内微热网进行潮流计算，直至计算结果的潮流误差向量符合收敛精度；

(4)若计算结果的潮流误差向量不符合收敛精度，则多能微网内热潮流计算迭代次数超过允许最大迭代次数或多能微网内热潮流不收敛，即计算失败退出整个循环；

(5)收集多能微网内热网互联节点热潮流计算结果并进行分布式能源站电热耦合设备热功率计算，确定微热网之间互联节点的交换功率以作为互联热网潮流计算初值；

(6)对多能微网群互联热网进行热潮流计算，直至计算结果的潮流误差向量符合收敛精度，输出互联热网热潮流计算结果；

(7)若计算结果的潮流误差向量不符合收敛精度，则潮流计算迭代次数超过允许最大迭代次数或潮流不收敛，即计算失败退出整个循环；

(8)进行分布式能源站内部潮流计算，确定分布式能源站电热耦合设备所发出的电功率；

(9)对多能微网内微电网进行电潮流计算，直至计算结果的潮流误差向量符合收敛精度；

(10)若计算结果的潮流误差向量不符合收敛精度，则潮流计算迭代次数超过允许最大迭代次数或潮流不收敛，即计算失败退出整个循环；

(11)利用多能微网内微电网中互联节点潮流计算结果，确定互联电网中互联节点的有功功率和无功功率，将其作为多能微网群中互联电网之间的潮流计算初值；

(12)对多能微网群中互联电网进行电潮流计算，若电潮流计算中的潮流误差向量符合收敛精度，则计算电网互联节点的潮流偏差量；

(13)若电潮流计算中的潮流误差向量不符合收敛精度，则互联电网中电潮流计算超过允许最大迭代次数或潮流计算不收敛，退出整个循环；

(14)计算电网互联节点的潮流偏差量，若潮流偏差量符合计算精度要求，则输出计算结果，结束循环；

(15)若不符合计算精度要求，则将多能微网群中互联电网计算所得电网互联节点的电压幅值、角度作为初值传入多能微网内，对多能微网内微电网进行电潮流计算。

优选的，本发明方法不仅考虑多能微网内潮流计算，还考虑互联网络潮流计算及网内网外电热潮流的整体平衡，既考虑电力系统和热力系统的异质能流计算，又考虑将二者耦合的分布式能源站能量流计算；其适用于多能微网与互联网络之间的潮流计算，使接入互联网络的多能微网与互联网络潮流收敛于统一目标，因而本发明方法计算结果准确，可扩展性强，可解决多能微网内与多能微网间的潮流计算问题。

实施例2

为了更好地对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例将以多能微网群潮流计算进行迭代测试，通过实验结果验证本发明方法的真实效果。

参照图2和图3，本实施例中多能微网群架构以典型的电热互联多能微网群架构为例，多能微网内与互联电网的电压等级为10KV，基准容量为1MVA，为电网中电力线路采用LGJ-120，每千米的阻抗为0.3433+j0.7492Ω，微电网中PV节点电压幅值为1.05p.u.，互联电网中的平衡节点电压幅值为1.05p.u.，微电网1和微电网2中支路阻抗为0.0034+j0.0075p.u.，互联电网中支路阻抗为0.00104+j0.00149p.u.，互联电网中变压器阻抗为j0.00289p.u.，多能微网2中E2-1节点接入光伏发电系统。

较佳的是，微热网中能源站供热温度为100℃，负荷节点回热温度为30℃，互联热网中平衡节点供热温度为103℃，回热温度为30℃，环境温度为10℃，粗糙度ε＝0.4mm；多能微网中，能源站中CHP为定热电比的燃气轮机，Cm＝1.3，多能微网中，能源站配置CHP与热泵联合运行机组，β＝2.375，w＝0.2，同时两个微热网在能源站处均考虑循环水泵的作用，其中水泵效率为η_p＝0.65，允许的最小扬程差Hc为100m。

本实施例还需要说明的是，电网互联节点在微电网内部作为平衡节点，在互联电网中作为负荷节点(PQ节点)，微电网内部与相邻电网之间的电功率交换通过电互联节点进行，在互联热网中热网互联节点热功率需根据微热网内部计算的平衡节点热功率与微热网内互联节点处能源站热出力进行计算，互联热网中热网互联节点具体作为热负荷节点或者热源节点需由具体能源站热出力和微热网内平衡节点热功率计算结果确定。

通俗的说，多能微网内微电网潮流计算采用牛顿-拉夫逊法进行迭代计算，收敛条件为电网误差向量最大值小于0.00001，潮流计算变量为电网PQ节点的节点电压，PV节点的无功功率和电压幅值，平衡节点的有功功率和无功功率，多能微网内电互联节点即为多能微网内的平衡节点，电网误差向量为牛顿法计算中的有功功率、无功功率和电压的误差向量。

电网潮流计算采用经典的牛顿-拉夫逊法计算，其节点功率表达式为：

其中，P、Q为节点的有功和无功功率，e为节点电压的实部，f为节点电压的虚部，G、B分别为节点导纳矩阵的实部和虚部，在直角坐标下需补充电压方程为：

运用牛顿-拉夫逊法求解过程表示如下式所示：

x_e ⁽ⁱ⁺¹⁾＝x_e ⁽ⁱ⁾-(J_e ⁽ⁱ⁾)^-1ΔFe(x_e ⁽ⁱ⁾)

其中，ΔFe为电力系统误差向量，i为迭代次数，J_e为电力系统雅可比矩阵，ΔP、ΔQ、ΔU²分别为有功功率、无功功率和电压的误差向量，H、N、M、L、R、S分别为雅可比矩阵元素，电网潮流计算的收敛条件为电力系统误差向量绝对值|ΔFe|最大值小于0.00001。

互联电网中互联节点的电功率由微电网中潮流计算所得平衡节点电功率得出，互联电网潮流计算采用牛顿-拉夫逊法进行迭代计算，收敛条件为电力系统误差向量绝对值|ΔFe′|最大值小于0.00001，潮流计算变量为电网PQ节点的电压，PV节点的无功功率和电压幅值，平衡节点的有功功率和无功功率，多能微网内电网互联节点在互联电网中计算时，节点类型为有功功率和无功功率已知。

电网互联节点的潮流偏差量为微电网中电互联节点的电压幅值V和电压角度θ与互联电网中潮流计算所得电压幅值V′和电压角度θ′之差，表示为dV＝|V-V′|，dθ＝|θ-θ′|。其收敛条件为偏差量绝对值的最大值小于0.00001，即max{dV＝|V-V′|，dθ＝|θ-θ′|}<0.00001。

参照图1，应用本发明方法对多能微网群进行潮流计算，微热网潮流计算中迭代次数为13次，微热网2迭代次数为10次，互联热网迭代次数为11次，微电网与互联电网之间迭代次数为12次，最终满足收敛条件。测试条件及测试结果如下表所示：

表1：微热网1结构参数表。

表2：微热网2结构参数表。

管道编号	起点/终点	L/m	D/m	λ/(W/mK)
					1	6/1	300	0.125	0.321
2	1/2	200	0.080	0.278
					3	1/3	300	0.125	0.321
4	1/4	300	0.080	0.278
					5	4/5	200	0.080	0.278

表3：互联热网结构参数表。

管道编号	起点/终点	L/m	D/m	λ/(W/mK)
					1	2/1	1000	0.300	0.321
2	6/2	1000	0.300	0.321
					3	1/3	1000	0.300	0.321
4	2/4	1000	0.300	0.321
					5	1/5	1000	0.300	0.321

表4：微热网1计算结果表。

表5：微热网2计算结果表。

编号	m/(kg/s)	Ts/(℃)	Tr/(℃)
				1	1.9123	98.9227	29.2899
2	0.3257	95.3655	30.0000
				3	0.3376	93.0590	30.0000
4	1.2490	97.5142	29.7913
				5	0.3322	94.0808	30.0000
6	/	100.0000	29.0590

表6：互联热网计算结果表。

编号	m/(kg/s)	Ts/(℃)	Tr/(℃)
				1	-0.2412	99.1682	28.3077
2	3.5080	98.1800	29.5604
				3	1.9648	96.4427	30.0000
4	1.0750	95.0305	30.0000
				5	-4.2108	100.0000	28.1385
6	/	103.0000	31.5298

表7：微电网1潮流计算结果表。

编号	V/(p.u.)	θ/(p.u.)	S/(p.u.)
				1	1.0445	-0.6120	-0.4814-0.0978i
2	1.0467	-0.4406	-0.2003-0.0407i
				3	1.0470	-0.4250	-0.6379-0.1295i
4	1.0487	-0.2976	-0.5249-0.1066i
				5	1.0500	-0.1991	1.6020+0.3328i
6	1.0498	-0.2105	0.2466+0.0506i

表8：微电网2潮流计算结果表。

表9：互联电网潮流计算结果表。

编号	V/(p.u.)	θ/(p.u.)	S/(p.u.)
				1	1.0498	-0.2105	-0.2466-0.0506i
2	1.0487	-0.2999	-0.3517+0.1626i
				3	1.0477	-0.3533	-0.4006-0.0813i
4	1.0472	-0.3801	-0.4006-0.0813i
				5	1.0500	0	1.4015+0.0588i

参照表4～表9，其为多能微网群潮流计算结果，且能够直观的看出，表中热网管道流量的负值表示与图2中所示方向相反，根据表4～表9的计算结果，电力系统潮流计算中多能微网内与互联电网潮流计算收敛，进一步计算微电网互联节点功率因数为0.9796，微电网2互联节点功率因数为0.9077。

优选的是，本发明方法为多能微网群网内网外多能流潮流计算提供了一种解决方案，既考虑多能微网内潮流计算，又考虑互联网络潮流计算及网内网外的电热潮流整体平衡，既考虑电力系统和热力系统的异质能流计算，又考虑将二者耦合的分布式能源站能量流计算；本方法具有较好收敛性和计算精度；本发明潮流计算结果准确，迭代收敛性好；并且易于多能微网群的扩展，方便接入更多的多能微网，因此可广泛应用在多能微网群分析的各个领域，如多能微网群运行优化、规划设计等方面，具有较强的推广应用价值。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，其特征在于：包括，

初始化多能微网内部电互联节点和热互联节点参数，在定热电比模式下进行热力系统部分热潮流计算；

根据热潮流计算结果，基于热电比得到分布式能源站内电热耦合设备发出的电功率；

计算微电网内部电潮流，并得到所述微电网内互联节点功率；

对互联电网间进行潮流计算，若不满足收敛条件，则继续进行所述微电网内潮流计算，循环迭代所述潮流计算以计算电网整体潮流；

具体包括，

根据多能微网群结构构建多能微网群模型并给定多能微网内与多能微网间的原始数据；

初始化所述多能微网内电网互联节点和热网互联节点参数；

对所述多能微网内微热网进行潮流计算，直至所述计算结果的潮流误差向量符合收敛精度；

若所述计算结果的潮流误差向量不符合所述收敛精度，则所述多能微网内热潮流计算迭代次数超过允许最大迭代次数或所述多能微网内热潮流不收敛，即计算失败退出整个循环；

收集所述多能微网内热网互联节点热潮流计算结果并进行分布式能源站电热耦合设备热功率计算，确定微热网之间互联节点的交换功率以作为互联热网潮流计算初值；

对所述多能微网群互联热网进行所述热潮流计算，直至所述计算结果的潮流误差向量符合所述收敛精度，输出互联热网热潮流计算结果；

若所述计算结果的潮流误差向量不符合所述收敛精度，则所述潮流计算迭代次数超过允许最大迭代次数或潮流不收敛，即计算失败退出整个循环。

2.根据权利要求1所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，其特征在于：所述热潮流计算顺序包括，微热网内部、互联热网之间。

3.根据权利要求2所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，其特征在于：还包括，

进行分布式能源站内部潮流计算，确定分布式能源站电热耦合设备所发出的电功率；

对所述多能微网内微电网进行电潮流计算，直至所述计算结果的潮流误差向量符合所述收敛精度；

若所述计算结果的潮流误差向量不符合所述收敛精度，则所述潮流计算迭代次数超过允许最大迭代次数或潮流不收敛，即计算失败退出整个循环；

利用所述多能微网内微电网中互联节点潮流计算结果，确定互联电网中互联节点的有功功率和无功功率，将其作为所述多能微网群中互联电网之间的潮流计算初值；

对所述多能微网群中互联电网进行电潮流计算，若所述电潮流计算中的潮流误差向量符合所述收敛精度，则计算电网互联节点的潮流偏差量；

若所述电潮流计算中的潮流误差向量不符合所述收敛精度，则互联电网中电潮流计算超过允许最大迭代次数或潮流计算不收敛，退出整个循环；

计算所述电网互联节点的所述潮流偏差量，若所述潮流偏差量符合计算精度要求，则输出计算结果，结束循环；

若不符合所述计算精度要求，则将所述多能微网群中互联电网计算所得电网互联节点的电压幅值、角度作为初值传入多能微网内，对所述多能微网内微电网进行所述电潮流计算。

4.根据权利要求3所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，其特征在于：还包括，

所述微热网通过互联热网进行相邻微热网间热量交换，同时所述微电网通过互联电网实现微电网间的电能交换；

电力系统部分求解顺序为微电网内潮流计算和互联电网潮流计算的迭代求解，且所述分布式能源站电热耦合设备以热定电运行模式。

5.根据权利要求4所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，其特征在于：初始化所述参数包括，所述多能微网内电网互联节点的电压幅值、角度初值和所述热网互联 节点的供热温度初值。

6.根据权利要求4或5所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，其特征在于：所述互联热网中互联节点的热功率由分布式能源站热功率与微热网内平衡节点计算所得热功率二者联合计算得出，包括，

当所述能源站热出力足够供给所述微热网内的热负荷时，即所述潮流计算结果为热平衡节点的热功率值小于所述能源站热出力，则将所述互联热网中微热网作为热源节点，且所述微热网与互联网络交换功率为所述能源站热功率值减去所述热平衡节点计算的热功率值的数值；

当所述能源站热出力不能满足所述微热网内热负荷时，即所述潮流计算结果中微网内热平衡节点的热功率值大于所述能源站的热出力，则将所述互联热网中微热网作为热负荷节点，且所述微热网与所述互联网络交换功率为热平衡节点计算的热功率减去所述能源站热功率的数值。

7.根据权利要求6所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，其特征在于：所述互联电网中互联节点的所述电功率由所述微电网潮流计算所得平衡节点电功率得到。

8.根据权利要求7所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，其特征在于：包括，

所述电网互联节点的所述潮流偏差量为所述微电网中电互联节点的所述电压幅值V和电压角度θ与所述互联电网中潮流计算所得电压幅值V′和电压角度θ′之差，表示为dV=|V-V′|，dθ=|θ-θ′|。

9.根据权利要求8所述的基于多能微网群网内网外多能流潮流计算的方法，其特征在于：还包括，

所述潮流偏差量的收敛条件为偏差量绝对值的最大值小于0.00001，即max{ dV=|V-V′|，dθ=|θ-θ′|}<0.00001。

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