供热管网分布参数模型与电热耦合网络协同规划

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.010

电力建设 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (7): 77-.doi: 10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.010

• 综合能源系统 ·栏目主持文福拴教授· • 上一篇下一篇

供热管网分布参数模型与电热耦合网络协同规划

徐岩1，杨文涛2，齐峰2，文福拴2，赵俊华3，董朝阳1

（1．南方电网科学研究院，广州市 510080；2．浙江大学电气工程学院，杭州市 310027； 3．香港中文大学（深圳）理工学院，广东省深圳市 518100）

出版日期:2017-07-01
作者简介:徐岩（1985），男，博士，研究员，主要从事电力系统运行、控制和优化等方面的研究工作；杨文涛（1991），男，博士研究生，主要从事电动汽车与能源互联网方面的研究工作；齐峰（1993），男，硕士研究生，主要从事电动汽车与能源互联网方面的研究工作；文福拴（1965），男，教授，博士生导师，本文通信作者，主要从事电力系统故障诊断与系统恢复、电力经济与电力市场、智能电网与电动汽车等方面的研究工作；赵俊华（1980），男，博士，副教授，“青年千人计划”入选者，主要从事电力系统分析与计算、智能电网、数据挖掘与计算智能、电力市场等方面的研究工作；董朝阳（1971），男，博士，“千人计划”特聘专家，讲座教授，主要从事电力系统安全性、电力系统规划与管理、电力市场仿真与风险管理、数据挖掘等方面的研究工作。
基金资助:
基金项目：国家自然科学基金项目（51477151）；国家重点基础研究发展计划项目（973项目）（2013CB228202）；中国南方电网公司科技项目（WYKJ00000027）

A Distributed Parameter Model of Heating Pipe Networks and Coordinated Planning of Electrical and Heating Coupled Systems

XU Yan1, YANG Wentao2, QI Feng2, WEN Fushuan2, ZHAO Junhua3, DONG Zhaoyang1

（1.Electric Power Research Institute, China Southern Power Grid, Guangzhou 510080, China； 2. College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China；3. School of Science and Engineering, Chinese University of Hong Kong （Shenzhen）, Shenzhen 518100,Guangdong Province, China）

Online:2017-07-01
Supported by:
Project supported by National Natural Science Foundation of China （51477151）; National Basic Research Program of China （973 Program）（2013CB228202）

摘要/Abstract

摘要： 摘要：随着多能源互联的逐步发展，电力系统（power system，PS）和供热管网（heating pipe network，HPN）系统的耦合程度不断加深，耦合形式也趋于多样化。需要适当考虑电力系统和供热管网系统在规划与运行方面的相互影响。在此背景下，对电力系统和供热管网系统的协同规划进行探讨。现有供热管网系统的数学模型和分析方法不够精细，无法满足协同规划的需要。为此，首先发展适用于电气分析的供热管网系统的分布参数模型，并对现有的温度场和压力场并行求解方法进行简化和统一。接着对所构造的分布参数模型进行线性化处理，并发展了基于管道和环境参数计算热能和压力损失的方法。之后构建了热网潮流方程，并与电力系统潮流方程统一求解。在此基础上，发展了电力系统和供热管网系统的协同规划模型，以发电成本与电力网损、热网损耗之和最小为优化目标，并考虑电力网络和供热网络的运行约束。该协同规划模型为0-1混合整数非线性规划问题，采用商业化的YALMIP工具箱求解。最后，以修改的IEEE 30节点电力系统和某实际供热管网系统为基础，构建了电力系统和供热管网系统耦合形成的集成系统，以说明所发展的供热管网电气化模型及协同规划方法的可行性和有效性。

关键词: , 电力系统（PS）, 供热管网系统（HPN）, 供热管网分布参数模型, 协同规划, 电-热潮流约束

Abstract: ABSTRACT： With ever-growing interconnections of various kinds of energy sources, the coupling between a power system （PS） and a heating pipe network （HPN） has been progressively intensified. Thus, it is becoming more and more important to consider the interactions between a PS and a HPN in both planning and operation aspects. Given this background, the collaborative planning of an integrated electrical and heating system is addressed. The existing mathematical models of HPNs and related analytical methods are not elegant enough, and cannot meet the requirements of the collaborative planning. Thus, a distributed parameter model of HPNs is first developed, and the existing parallel solving method of the temperature field and pressure field is simplified and unified. The presented model is next linearized, and calculating methods of heat and pressure losses developed based on some pipeline and environmental parameters. Then, the thermal flow equations are built and solved uniformly with the power flow equations. On this basis, the collaborative planning problem of a PS and a HPN is formulated as a mixed integer nonlinear planning （MINLP） model, with the objective of minimizing the sum of the power generation cost as well as the electrical and thermal losses, and the operating constraints in PSs and HPNs respected. The commercial YALMIP toolbox is employed to solve the developed MINLP model. Finally, an integrated electrical and heating system is built with a modified version of the IEEE 30-bus system and an actual HPN included and served for demonstrating the feasibility and efficiency of the developed distributed parameter model of HPNs and the presented collaborative planning method.

Key words: power system （PS）, heating pipeline network （HPN）, distributed parameter model of HPNs, collaborative planning, power flow and heat flow constraints

中图分类号:

TM 61

徐岩，杨文涛，齐峰，文福拴，赵俊华，董朝阳. 供热管网分布参数模型与电热耦合网络协同规划

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XU Yan, YANG Wentao, QI Feng, WEN Fushuan, ZHAO Junhua, DONG Zhaoyang. A Distributed Parameter Model of Heating Pipe Networks and Coordinated Planning of Electrical and Heating Coupled Systems

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供热管网分布参数模型与电热耦合网络协同规划

A Distributed Parameter Model of Heating Pipe Networks and Coordinated Planning of Electrical and Heating Coupled Systems

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