一种基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法及装置与流程

1.本发明涉及多能源网络稳态分析技术领域，并且更具体地，涉及一种基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法及装置。


背景技术：

2.能源供应已成为制约人类社会可持续发展的关键因素。区域综合能源系统中电力、天然气-热力通过燃气轮机、压缩机、电锅炉等耦合元件进行能量转换，能量流分析计算需要考虑电力及天然气、热力等流体管网连接支路及耦合元件。复杂能源网络稳态分析涉及多个电力、天然气、热力网络的联合求解，尚缺乏与此模型相适应的大型系统的分析计算方法。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供一种基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法及装置。
4.根据本发明的一个方面，提供了一种基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法，包括：
5.分别形成多能源网络的天然气网络和热力网络的节点-支路关联矩阵和回路-支路关联矩阵；
6.确定天然气网络的回路流量初始值、热力网络的回路流量初始值和管道节点温度初始值；
7.根据天然气网络的回路流量初始值、天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到天然气网络的全部支路流量；
8.根据热网力网络的回路流量初始值、管道节点温度初始值、热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到热力网络的支路流量和管道节点温度。
9.可选地，根据天然气网络的回路流量初始值、天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到天然气网络的全部支路流量，包括：
10.由kirchhoff第二定律，流体网络任意闭合回路的压降为0，得到：
[0011][0012][0013]
式中，b为天然气网络的回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程，λ为摩阻系数，ρ0为标准状态气体密度(kg/m3)，c为气体传播声速(m/s)，l为
管道长度(m)，q为管道流量(m3/s)，aa为管道截面积(m2)，d为直径(m)；
[0014]
由网络图论树支与连支的关系，采用连支流量作为独立状态变量，将网络支路按先树支(t)后连支(c)的顺序排序，由kirchhoff第一定律，得到：
[0015]atqt
+acqc＝-lg(3)
[0016][0017]
式中，a＝[a
t
|ac]为节点-支路关联矩阵，q
t
、qc分别为树支和连支流量，lg为节点流出流量，b
t
是回路-支路关联矩阵b的子阵，b＝[b
t
|e]，e为单位阵；
[0018]
根据全部支路流量以及公式(1)，得到以连支流量为状态量的回路法方程(6)：
[0019]
q＝q0+b
t
qc(5)
[0020][0021]
式中，代入式(1)得到公式(6)，雅可比矩阵
j＝bcbt
为对称稀疏阵，其中即等效管道流阻为元素的对角阵；
[0022]
根据天然气网络的回路流量初始值以及回路法方程(5)，得到天然气网络的全部支路流量。
[0023]
可选地，根据热网力网络的回路流量初始值、管道节点温度初始值、热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到热力网络的支路流量和管道节点温度，包括：
[0024]
由kirchhoff第二定律，确定热力网络的回路方程：
[0025][0026][0027]
式中，b为回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程，h为水位，l为管道长度(m)，d为管道直径(m)，ρ为水的密度(kg/m3)，g为重力加速度；
[0028]
确定热力网络水管道的首末温度约束条件：
[0029]
t
out
＝t
soil
+(t
in-t
soil
)e-βl
(9)
[0030]
式中，t
in
，t
out
为管道首末端温度，t
soil
为环境温度，c
p
为水比热容，kw为换热系数，q为水质量流；
[0031]
将热力网络的管道流量分为树支和连支流量，由irchhoff第一定律得到：
[0032]atqt
+acqc＝-lh(10)
[0033]
式中，a＝[a
t
|ac]为节点-支路关联矩阵，q
t
、qc分别为树支和连支流量，lh为节点流出流量；
[0034]
根据式(9)和式(7)得到：
[0035]
[0036]
式中，
[0037]
根据热力网络的管道节点温度初始值、能量守恒公式、热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束以及公式(9)，计算热力网络的管道节点温度，其中能量守恒公式如下：
[0038][0039]
式中，表示流入和流出节点i的支路集合，为流体混合前注入支路在节点i的不同温度，ti为注入流体在节点i混合后温度，
[0040]
热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束如下：
[0041]
φ
sp
＝c
p
lh(t
s-tr)
[0042]
式中，φ
sp
为负荷热功率，c
p
为水比热容，ts为送水温度，tr为回水温度；
[0043]
根据热力网络节点的回路流量初始值、热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束以及公式(11)，计算热力网络的支路流量。
[0044]
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于回路法的多能源网络稳态能量流分析装置，包括：
[0045]
形成模块，用于分别形成多能源网络的天然气网络和热力网络的节点-支路关联矩阵和回路-支路关联矩阵；
[0046]
确定模块，用于确定天然气网络的回路流量初始值、热力网络的回路流量初始值和管道节点温度初始值；
[0047]
第一计算模块，用于根据天然气网络的回路流量初始值、天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到天然气网络的全部支路流量；
[0048]
第二计算模块，用于根据热网力网络的回路流量初始值、管道节点温度初始值、热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到热力网络的支路流量和管道节点温度。
[0049]
根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本发明上述任一方面所述的方法。
[0050]
根据本发明的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现本发明上述任一方面所述的方法。
[0051]
从而，电、气、热子系统具有不同特性，本技术中电-气-热综合能源多网络稳态能量流计算采用交替顺序求解方法。能源网络顺序求解分析具有收敛性好，计算量低的特点，可以利用成熟的商业程序。
附图说明
[0052]
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
[0053]
图1是本发明一示例性实施例提供的基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法的流程示意图；
[0054]
图2是本发明一示例性实施例提供的热力网络求解的回路法的流程示意图；
[0055]
图3是本发明一示例性实施例提供的电-气-热多能源网络统图；
[0056]
图4是本发明一示例性实施例提供的gaslib-24天然气能量流计算结果示意图；
[0057]
图5是本发明一示例性实施例提供的gaslib-40天然气能量流计算结果示意图；
[0058]
图6是本发明一示例性实施例提供的基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法的流程示意图；
[0059]
图7是本发明一示例性实施例提供的heat-14能量流计算结果示意图；
[0060]
图8是本发明一示例性实施例提供的基于回路法的多能源网络稳态能量流分析装置的结构示意图；
[0061]
图9是本发明一示例性实施例提供的电子设备的结构。
具体实施方式
[0062]
下面，将参考附图详细地描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。
[0063]
应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0064]
本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
[0065]
还应理解，在本发明实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。
[0066]
还应理解，对于本发明实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。
[0067]
另外，本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0068]
还应理解，本发明对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。
[0069]
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
[0070]
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0071]
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0072]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0073]
本发明实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：
个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境，等等。
[0074]
终端设备、计算机系统、服务器等电子设备可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常，程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施，分布式云计算环境中，任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。
[0075]
示例性方法
[0076]
图1是本发明一示例性实施例提供的基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法的流程示意图。本实施例可应用在电子设备上，如图1所示，基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法100包括以下步骤：
[0077]
步骤101，分别形成多能源网络的天然气网络和热力网络的节点-支路关联矩阵和回路-支路关联矩阵；
[0078]
步骤102，确定天然气网络的回路流量初始值、热力网络的回路流量初始值和管道节点温度初始值；
[0079]
步骤103，根据天然气网络的回路流量初始值、天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到天然气网络的全部支路流量；
[0080]
步骤104，根据热网力网络的回路流量初始值、管道节点温度初始值、热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到热力网络的支路流量和管道节点温度。
[0081]
可选地，根据天然气网络的回路流量初始值、天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到天然气网络的全部支路流量，包括：
[0082]
由kirchhoff第二定律，流体网络任意闭合回路的压降为0，得到：
[0083][0084][0085]
式中，b为天然气网络的回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程，λ为摩阻系数，ρ0为标准状态气体密度(kg/m3)，c为气体传播声速(m/s)，l为管道长度(m)，q为管道流量(m3/s)，aa为管道截面积(m2)，d为直径(m)；
[0086]
由网络图论树支与连支的关系，采用连支流量作为独立状态变量，将网络支路按先树支(t)后连支(c)的顺序排序，由kirchhoff第一定律，得到：
[0087]atqt
+acqc＝-lg(3)
[0088]
[0089]
式中，a＝[a
t
|ac]为节点-支路关联矩阵，q
t
、qc分别为树支和连支流量，lg为节点流出流量，b
t
是回路-支路关联矩阵b的子阵，b＝[b
t
|e]，e为单位阵；
[0090]
根据全部支路流量以及公式(1)，得到以连支流量为状态量的回路法方程(6)：
[0091]
q＝q0+b
t
qc(5)
[0092][0093]
式中，代入式(1)得到公式(6)，雅可比矩阵j＝bcbt为对称稀疏阵，其中即等效管道流阻为元素的对角阵；
[0094]
根据天然气网络的回路流量初始值以及回路法方程(5)，得到天然气网络的全部支路流量。
[0095]
可选地，根据热网力网络的回路流量初始值、管道节点温度初始值、热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到热力网络的支路流量和管道节点温度，包括：
[0096]
由kirchhoff第二定律，确定热力网络的回路方程：
[0097][0098][0099]
式中，b为回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程，h为水位，l为管道长度(m)，d为管道直径(m)，ρ为水的密度(kg/m3)，g为重力加速度；
[0100]
确定热力网络水管道的首末温度约束条件：
[0101]
t
out
＝t
soil
+(t
in-t
soil
)e-βl
(9)
[0102]
式中，t
in
，t
out
为管道首末端温度，t
soil
为环境温度，c
p
为水比热容，kw为换热系数，q为水质量流；
[0103]
将热力网络的管道流量分为树支和连支流量，由irchhoff第一定律得到：
[0104]atqt
+acqc＝-lh(10)
[0105]
式中，a＝[a
t
|ac]为节点-支路关联矩阵，q
t
、qc分别为树支和连支流量，lh为节点流出流量；
[0106]
根据式(9)和式(7)得到：
[0107][0108]
式中，
[0109]
根据热力网络的管道节点温度初始值、能量守恒公式、热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束以及公式(9)，计算热力网络的管道节点温度，其中能量守恒公式如下：
[0110]
[0111]
式中，表示流入和流出节点i的支路集合，为流体混合前注入支路在节点i的不同温度，ti为注入流体在节点i混合后温度，
[0112]
热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束如下：
[0113]
φ
sp
＝c
p
lh(t
s-tr)
[0114]
式中，φ
sp
为负荷热功率，c
p
为水比热容，ts为送水温度，tr为回水温度；
[0115]
根据热力网络节点的回路流量初始值、热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束以及公式(11)，计算热力网络的支路流量。
[0116]
具体地，传统综合能源系统稳态分析中，电、气、热联合系统采用牛顿法统一求解，计算规模很大，初值较难给定，收敛性不一定能够保障。电、气、热子系统具有不同特性，电-气-热综合能源多网络稳态能量流计算采用交替顺序求解方法。能源网络顺序求解分析具有收敛性好，计算量低的特点，能够利用成熟的商业程序。
[0117]
a)天然气网络求解的回路法
[0118]
天然气流体网络的稳态分析基本解法与电力系统类似，可以采用节点法计算。由于牛顿法是局部收敛算法，天然气节点法收敛性依赖于初值选取，流体网络节点压力变化较大，节点法收敛性较差，因而天然气网络采用回路法分析。
[0119]
由kirchhoff第二定律，流体网络任意闭合回路的压降为0，即
[0120][0121]
其中，b为回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程。
[0122][0123]
其中，式中：λ为摩阻系数，ρ0为标准状态气体密度(kg/m3)，c为气体传播声速(m/s)，l为管道长度(m)，q为管道流量(m3/s)，aa为管道截面积(m2)，d为直径(m)。
[0124]
由网络图论树支与连支的关系，采用连支流量作为独立状态变量，将网络支路按先树支(t)后连支(c)的顺序排序，由kirchhoff第一定律
[0125]atqt
+acqc＝-lg(3)
[0126]
其中，式中a＝[a
t
|ac]为节点-支路关联矩阵；q
t
、qc分别为树支和连支流量；lg为节点流出流量。树支流量可以表示为
[0127][0128]
其中，式中b
t
是回路-支路关联矩阵b的子阵，b＝[b
t
|e]，e为单位阵。
[0129]
全部支路流量
[0130]
q＝q0+b
t
qc(5)
[0131]
其中，代入(1)得到以连支流量qc为状态变量的回路法方程
[0132][0133]
其中，式(6)的雅可比矩阵j＝bcb
t
为对称稀疏阵，其中即等效管道流阻为元素的对角阵。
[0134]
天然气网回路法计算的主要步骤如下：
[0135]
1.形成天然气网络节点-支路关联矩阵a和回路-支路关联矩阵b；
[0136]
2.给定回路流量初始值；
[0137]
3.利用牛顿法求解式(6)天然气回路流量，根据式(5)得到全部支路流量。
[0138]
b)热力网络求解的回路法，如图2所示：
[0139]
由kirchhoff第二定律，热力网络满足如下回路方程：
[0140][0141]
其中，式(7)中，b为回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程。
[0142][0143]
其中，式中：h为水位，l为管道长度(m)，d为管道直径(m)，ρ为水的密度(kg/m3)，g为重力加速度。热网水管道首末端温度满足：
[0144]
t
out
＝t
soil
+(t
in-t
soil
)e-βl
(9)
[0145]
其中，
[0146]
其中，类似天然气网络，将管道流量分为树支和连支流量，由kirchhoff第一定律
[0147]atqt
+acqc＝-lh(10)
[0148]
式(7)变为
[0149][0150]
其中，
[0151]
在流体汇入节点，除节点质量守恒外，不同管道注入流体在混合前后，还应满足能量守恒：
[0152][0153]
其中，表示流入和流出节点i的支路集合，为流体混合前注入支路在节点i的不同温度，ti为注入流体在节点i混合后温度。
[0154]
热网中，热力节点负荷流量lh与功率φ
sp
满足
[0155]
φ
sp
＝c
p
lh(t
s-tr)(13)
[0156]
热力网回路法计算的主要步骤如下：
[0157]
1.形成热力网络节点-支路关联矩阵a和回路-支路关联矩阵b；
[0158]
2.给定回路流量，管道节点温度的初始值；
[0159]
3.联立求解(9)、(11)、(12)、(13)得到热网计算支路流量和管道节点温度。
[0160]
此外，图3-图7示出了电力(ieee118)+天然气(gaslib-24,gaslib40)+热力(heat14+heat42)能量流计算结果，其中图3为电-气-热多能源网络统图；图4为gaslib-24
天然气能量流计算结果；图5为gaslib-40天然气能量流计算结果；图6为heat-42能量流计算结果；图7为heat-14能量流计算结果。
[0161]
从而，电、气、热子系统具有不同特性，本技术中电-气-热综合能源多网络稳态能量流计算采用交替顺序求解方法。能源网络顺序求解分析具有收敛性好，计算量低的特点，可以利用成熟的商业程序。
[0162]
示例性装置
[0163]
图8是本发明一示例性实施例提供的基于回路法的多能源网络稳态能量流分析装置的结构示意图。如图8所示，装置800包括：
[0164]
形成模块810，用于分别形成多能源网络的天然气网络和热力网络的节点-支路关联矩阵和回路-支路关联矩阵；
[0165]
确定模块820，用于确定天然气网络的回路流量初始值、热力网络的回路流量初始值和管道节点温度初始值；
[0166]
第一计算模块830，用于根据天然气网络的回路流量初始值、天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到天然气网络的全部支路流量；
[0167]
第二计算模块840，用于根据热网力网络的回路流量初始值、管道节点温度初始值、热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到热力网络的支路流量和管道节点温度。
[0168]
可选地，第一计算模块830，包括：
[0169]
由kirchhoff第二定律，流体网络任意闭合回路的压降为0，得到：
[0170][0171][0172]
式中，b为天然气网络的回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程，λ为摩阻系数，ρ0为标准状态气体密度(kg/m3)，c为气体传播声速(m/s)，l为管道长度(m)，q为管道流量(m3/s)，aa为管道截面积(m2)，d为直径(m)；
[0173]
由网络图论树支与连支的关系，采用连支流量作为独立状态变量，将网络支路按先树支(t)后连支(c)的顺序排序，由kirchhoff第一定律，得到：
[0174]atqt
+acqc＝-lg(3)
[0175][0176]
式中，a＝[a
t
|ac]为节点-支路关联矩阵，q
t
、qc分别为树支和连支流量，lg为节点流出流量，b
t
是回路-支路关联矩阵b的子阵，b＝[b
t
|e]，e为单位阵；
[0177]
根据全部支路流量以及公式(1)，得到以连支流量为状态量的回路法方程(6)：
[0178]
q＝q0+b
t
qc(5)
[0179][0180]
式中，代入式(1)得到公式(6)，雅可比矩阵j＝bcb
t
为对称稀
疏阵，其中即等效管道流阻为元素的对角阵；
[0181]
根据天然气网络的回路流量初始值以及回路法方程(5)，得到天然气网络的全部支路流量。
[0182]
可选地，第二计算模块840，包括：
[0183]
由kirchhoff第二定律，确定热力网络的回路方程：
[0184][0185][0186]
式中，b为回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程，h为水位，l为管道长度(m)，d为管道直径(m)，ρ为水的密度(kg/m3)，g为重力加速度；
[0187]
确定热力网络水管道的首末温度约束条件：
[0188]
t
out
＝t
soil
+(t
in-t
soil
)e-βl
(9)
[0189]
式中，t
in
，t
out
为管道首末端温度，t
soil
为环境温度，c
p
为水比热容，kw为换热系数，q为水质量流；
[0190]
将热力网络的管道流量分为树支和连支流量，由irchhoff第一定律得到：
[0191]atqt
+acqc＝-lh(10)
[0192]
式中，a＝[a
t
|ac]为节点-支路关联矩阵，q
t
、qc分别为树支和连支流量，lh为节点流出流量；
[0193]
根据式(9)和式(7)得到：
[0194][0195]
式中，
[0196]
根据热力网络的管道节点温度初始值、能量守恒公式、热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束以及公式(9)，计算热力网络的管道节点温度，其中能量守恒公式如下：
[0197][0198]
式中，表示流入和流出节点i的支路集合，为流体混合前注入支路在节点i的不同温度，ti为注入流体在节点i混合后温度，
[0199]
热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束如下：
[0200]
φ
sp
＝c
p
lh(t
s-tr)
[0201]
式中，φ
sp
为负荷热功率，c
p
为水比热容，ts为送水温度，tr为回水温度；
[0202]
根据热力网络节点的回路流量初始值、热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束以及公式(11)，计算热力网络的支路流量。
[0203]
示例性电子设备
[0204]
图9是本发明一示例性实施例提供的电子设备的结构。如图9所示，电子设备90包
括一个或多个处理器91和存储器92。
[0205]
处理器91可以是中央处理单元(cpu)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
[0206]
存储器92可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器91可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本发明的各个实施例的软件程序的方法以及/或者其他期望的功能。在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置93和输出装置94，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
[0207]
此外，该输入装置93还可以包括例如键盘、鼠标等等。
[0208]
该输出装置94可以向外部输出各种信息。该输出装置94可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
[0209]
当然，为了简化，图9中仅示出了该电子设备中与本发明有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。
[0210]
示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质
[0211]
除了上述方法和设备以外，本发明的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种实施例的方法中的步骤。
[0212]
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、c++等，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设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0213]
此外，本发明的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种实施例的对历史变更记录进行信息挖掘的方法中的步骤。
[0214]
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、系统或器件，或者任意以上的组合。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。
[0215]
以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明的
各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明为必须采用上述具体的细节来实现。
[0216]
本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0217]
本发明中涉及的器件、系统、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、系统、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
[0218]
可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。
[0219]
还需要指出的是，在本发明的系统、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
[0220]
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

技术特征：
1.一种基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法，其特征在于，包括：分别形成多能源网络的天然气网络和热力网络的节点-支路关联矩阵和回路-支路关联矩阵；确定天然气网络的回路流量初始值、热力网络的回路流量初始值和管道节点温度初始值；根据所述天然气网络的回路流量初始值、所述天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到所述天然气网络的全部支路流量；根据所述热网力网络的回路流量初始值、管道节点温度初始值、所述热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到所述热力网络的支路流量和管道节点温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述天然气网络的回路流量初始值、所述天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到所述天然气网络的全部支路流量，包括：由kirchhoff第二定律，流体网络任意闭合回路的压降为0，得到：由kirchhoff第二定律，流体网络任意闭合回路的压降为0，得到：式中，b为所述天然气网络的回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程，λ为摩阻系数，ρ0为标准状态气体密度(kg/m3)，c为气体传播声速(m/s)，l为管道长度(m)，q为管道流量(m3/s)，a
a
为管道截面积(m2)，d为直径(m)；由网络图论树支与连支的关系，采用连支流量作为独立状态变量，将网络支路按先树支(t)后连支(c)的顺序排序，由kirchhoff第一定律，得到：a
t
q
t
+a
c
q
c
＝-l
g
ꢀꢀ
(3)式中，a＝[a
t
|a
c
]为节点-支路关联矩阵，q
t
、q
c
分别为树支和连支流量，l
g
为节点流出流量，b
t
是回路-支路关联矩阵b的子阵，b＝[b
t
|e]，e为单位阵；根据全部支路流量以及公式(1)，得到以连支流量为状态量的回路法方程(6)：q＝q0+b
t
q
c
(5)式中，代入式(1)得到公式(6)，雅可比矩阵j＝bcb
t
为对称稀疏阵，其中即等效管道流阻为元素的对角阵；根据所述天然气网络的回路流量初始值以及所述回路法方程(5)，得到所述天然气网络的全部支路流量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述热网力网络的回路流量初始值、
管道节点温度初始值、所述热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到所述热力网络的支路流量和管道节点温度，包括：由kirchhoff第二定律，确定热力网络的回路方程：由kirchhoff第二定律，确定热力网络的回路方程：式中，b为回路-支路关联矩阵，q为管道支路流量向量，为管道支路压降方程，h为水位，l为管道长度(m)，d为管道直径(m)，ρ为水的密度(kg/m3)，g为重力加速度；确定所述热力网络水管道的首末温度约束条件：t
out
＝t
soil
+(t
in-t
soil
)e-βl
(9)式中，t
in
，t
out
为管道首末端温度，t
soil
为环境温度，c
p
为水比热容，k
w
为换热系数，q为水质量流；将所述热力网络的管道流量分为树支和连支流量，由irchhoff第一定律得到：a
t
q
t
+a
c
q
c
＝-l
h
(10)式中，a＝[a
t
|a
c
]为节点-支路关联矩阵，q
t
、q
c
分别为树支和连支流量，l
h
为节点流出流量；根据式(9)和式(7)得到：式中，根据所述热力网络的管道节点温度初始值、能量守恒公式、所述热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束以及公式(9)，计算所述热力网络的管道节点温度，其中能量守恒公式如下：式中，表示流入和流出节点i的支路集合，为流体混合前注入支路在节点i的不同温度，t
i
为注入流体在节点i混合后温度，所述热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束如下：φ
sp
＝c
p
l
h
(t
s-t
r
)式中，φ
sp
为负荷热功率，c
p
为水比热容，t
s
为送水温度，t
r
为回水温度；根据所述热力网络节点的回路流量初始值、所述热力网络节点的负荷流量和功率的条件约束以及公式(11)，计算所述热力网络的支路流量。4.一种基于回路法的多能源网络稳态能量流分析装置，其特征在于，包括：形成模块，用于分别形成多能源网络的天然气网络和热力网络的节点-支路关联矩阵和回路-支路关联矩阵；
确定模块，用于确定天然气网络的回路流量初始值、热力网络的回路流量初始值和管道节点温度初始值；第一计算模块，用于根据所述天然气网络的回路流量初始值、所述天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到所述天然气网络的全部支路流量；第二计算模块，用于根据所述热网力网络的回路流量初始值、管道节点温度初始值、所述热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到所述热力网络的支路流量和管道节点温度。5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1-3任一所述的方法。6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述权利要求1-3任一所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种基于回路法的多能源网络稳态能量流分析方法及装置。方法包括：分别形成多能源网络的天然气网络和热力网络的节点-支路关联矩阵和回路-支路关联矩阵；确定天然气网络的回路流量初始值、热力网络的回路流量初始值和管道节点温度初始值；根据天然气网络的回路流量初始值、天然气网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用牛顿法求解式以及天然气支路流量计算公式，得到天然气网络的全部支路流量；根据热网力网络的回路流量初始值、管道节点温度初始值、热力网络的节点-支路关联矩阵以及回路-支路关联矩阵，利用预先设置的热气网络支路流量计算公式以及管道节点温度计算公式，得到热力网络的支路流量和管道节点温度。量和管道节点温度。量和管道节点温度。


技术研发人员：杨小煜 孙璐 王丹丹 宫春明 邹卫美 李芳 安宁 李亚楼
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/9/7