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DOI: 10 3969 / j. issn. 1000-7229 2018 03 001

0  引言

      能源是人类生存和发展的基础, 是工业生产和居民生活的关键要素, 如何在确保能源可持
续供应的同时减少使用能源过程中产生的环境污染, 是当今社会共同关注的问题[1-3] 。 考虑多种
能源耦合、 旨在提高能源利用效率和充分利用可再生能源的综合能源系统已成为应对上述问题
的关键[4-5] 。

      综合能源系统打破供电、 供气、 供热、 供冷等各种能源供应系统单独规划、 单独设计和独
立运行的既有模式, 在规划、 设计、 建设和运行阶段, 通过对各类能源的生产、 传输、 分配、
转化、 储存和消费等环节进行有机协调与优化, 形成充分利用可再生能源的新型区域能源供应
系统[6-8] 。

      推进综合能源系统相关研究意义重大, 世界各国积极制定了本国的综合能源发展战略。 美
国在 2001 年提出了综合能源系统发展计划[9] ; 在 2007 年颁布了《 能源独立和安全法案》 [10] ; 在
2009 年提出了智能电网战略[11] ; 2011 年后, 美国能源消耗中国足球协会超级联赛过 25% 来自天然气[12] 。 加拿大
于 2009 年后颁布了多项发展社区综合能源系统的法案[13-15] 。 在欧洲, 欧盟第 5 框架[16] 、 第 6 框
架[17] 和第 7 框架[18] 逐渐深化了综合能源系统的研究; 英国开展了可再生能源与电网协同的研究
项目[19-20] ; 德国开展了能源系统优化协调的研究项目[21] 。 日本于 2010 年 4 月成立了日本智能
社区联盟[22] ; 东京燃气企业提出了建设覆盖全社会的氢能供应网络[23] 。 中国在 2010 年成立了
国家能源委员会; 在 2016 年 2 月, 国家发展与改革委员会发布了《 关于推进“ 互联网+” 智慧能源
发展的引导意见》 [24] ; 建设了哈密、 朔州等综合能源示范基地, 成立了哈密综合能源基地信息公
共服务平台。

      综合能源系统目的在于整合一定区域内电能、 天然气、 热能等多种能源, 实现多种异质能
源子系统之间的协同规划、 优化运行、 协同管理、 交互响应和互补互济。 其中, 综合能源系统
多能流潮流计算即确定各个子系统的能量流分布, 是相关领域研究的基础, 是探究多能互补特
性、 协同规划、 能量优化调度和协同管理等的重要前提[25-26] 。

      目前, 综合能源系统多能流潮流计算主要考虑电力、 天然气和热力系统的能量流分布计算,
且主要从模型和求解方法 2 个方面进行研究。 在模型上, 可分为电力系统模型、 天然气系统模
型、 热力系统模型和系统间耦合环节模型。 对于电力系统模型, 文献[27 - 28] 采用直流潮流模
型, 而文献[29-30] 采用交流潮流模型。 对于天然气系统模型, 文献[31-33] 采用不考虑压缩机
的天然气管道稳态模型, 文献[34 - 39] 采用考虑压缩机的天然气管道稳态模型, 文献[ 28, 40 -
41] 采用天然气管道暂态模型。 在热力系统方面, 文献[ 42 - 43] 采用的是热力系统的稳态模型。
在耦合环节 方 面, 包 括 燃 气 发 电 机 ( gas - fired generator, GG) 、 热 电 联 产 ( combined heat and
power, CHP) 机组、 电转气( power to gas, P2G) 技术、 燃气锅炉( gas boiler, GB) 、 热泵( heat
pump, HP) 、 电锅炉 ( electric boiler, EB) 和 溴 化 锂 制 冷 机 ( lithium bromide absorption chiller,
IBAC) 等, 以及能源集线器( energy hub, EH) 的耦合。 在方法上, 主要还是利用牛顿-拉夫逊法
进行求解。 考虑到综合能源系统多系统耦合的特点, 具体又分为统一求解法[36,44-46] 和分解求解
法 。[37,40,42,47]

      为了更好地了解研究现状和当前研究水平, 本文对多能流潮流计算的研究工作进行梳理。
提炼出多能流潮流计算问题的一般数学表征, 并分析解决该问题的难点。 针对综合能源系统模
型, 梳理和归纳出简化的稳态模型、 详细的稳态模型、 暂态模型、 基于元件耦合的模型和基于

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