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综合能源系统多能流潮流计算模型与方法综述

一、本文概述

随着全球能源危机和环境问题的日益严重，综合能源系统作为一

种新型、高效、环保的能源利用方式，受到了广泛关注。综合能源系

统不仅集成了多种能源形式，如电、热、冷、气等，还通过先进的能

源转换和存储技术，实现了能源间的互补和优化利用。然而，综合能

源系统的复杂性也给其运行和管理带来了挑战，特别是多能流潮流计

算问题。多能流潮流计算是综合能源系统分析和优化的基础，对于保

障系统安全、提高能源利用效率、降低运行成本具有重要意义。

本文旨在对综合能源系统多能流潮流计算模型与方法进行全面

综述。文章将介绍综合能源系统的基本概念和特点，明确多能流潮流

计算的重要性和挑战性。然后，文章将重点综述现有的多能流潮流计

算模型，包括基于物理模型的计算方法和基于数据驱动的计算方法，

分析各自的优缺点和适用范围。文章还将探讨多能流潮流计算中的关

键问题和挑战，如模型精度与计算效率、不确定性分析与处理、多时

间尺度协调等。文章将展望多能流潮流计算模型与方法的发展趋势和

前景，为综合能源系统的研究与实践提供参考和借鉴。

通过本文的综述，读者可以深入了解综合能源系统多能流潮流计

算的研究现状和发展动态，为相关领域的研究和实践提供有益的参考

和指导。

二、综合能源系统多能流潮流计算基础

综合能源系统是一种复杂的网络结构，涉及多种能源形式的转换

和传输，包括电力、热能、燃气等。多能流潮流计算是分析综合能源

系统运行状态的重要手段，它基于物理定律和能量守恒原理，通过数

学模型描述系统内部各种能源形式的流动和转换过程。

多能流潮流计算的基础是建立系统的数学模型，这通常包括节点

方程和支路方程。节点方程描述的是节点处各种能源形式的供需平衡

关系，支路方程则描述了能源在系统中的传输和转换过程。这些方程

通常是非线性的，需要通过数值方法求解。

多能流潮流计算还需要考虑各种约束条件，如设备容量限制、能

源质量限制等。这些约束条件在模型中以不等式或等式的形式出现，

需要在求解过程中得到满足。

多能流潮流计算还需要考虑系统的不确定性因素，如负荷预测误

差、能源价格波动等。这些不确定性因素会对系统的运行状态产生影

响，需要在计算中予以考虑。

多能流潮流计算的方法主要包括迭代法和优化法。迭代法通过不

断迭代更新系统状态，直到满足收敛条件为止。优化法则是将潮流计

算转化为优化问题，通过求解优化问题得到系统状态。这两种方法各

有优缺点，需要根据具体的应用场景选择。

多能流潮流计算是综合能源系统分析的基础，它涉及到复杂的数

学模型建立和求解过程，需要考虑多种约束条件和不确定性因素。随

着综合能源系统的发展和应用，多能流潮流计算将成为研究热点之一。

三、综合能源系统多能流潮流计算模型

综合能源系统涉及多种能源形式的耦合与转换，包括电能、热能、

燃气能等。因此，其多能流潮流计算模型相较于传统的单一能源系统

更为复杂。多能流潮流计算模型需要全面考虑各种能源的物理特性、

转换效率、能量存储以及能源之间的互补与替代关系。

在构建综合能源系统多能流潮流计算模型时，首先要定义各种能

源流的输入和输出，并建立相应的能量守恒方程。这些方程需反映不

同能源形式之间的转换关系以及能源在系统中的分布和流动情况。还

需考虑设备的运行约束，如设备的最大输出功率、最小运行功率、启

动和停止时间等。

多能流潮流计算模型通常采用基于图论的方法来描述系统的拓

扑结构和能量流动。通过构建网络图，可以直观地展示各种能源在系

统中的流动路径和转换关系。在此基础上，可以运用数学优化方法，

如线性规划、非线性规划或混合整数规划等，来求解多能流潮流问题。

针对综合能源系统的特点，一些学者提出了基于能量枢纽

（EnergyHub）的多能流潮流计算模型。能量枢纽是一个集成了多种

能源转换和存储设备的单元，可以实现不同能源形式之间的转换和互

补。通过构建基于能量枢纽的模型，可以更好地描述综合能源系统中

各种能源之间的相互作用和影响。

随着和大数据技术的发展，一些新的方法也被引入到多能流潮流

计算中。例如，基于深度学习的预测方法可以用于预测未来一段时间

内的能源需求和供应情况，从而为多能流潮流计算提供更为准确的数

据支持。基于大数据的分析方法可以用于挖掘综合能源系统中的运行

规律和潜在优化空间，为系统的优化调度提供决策支持。

综合能源系统的多能流潮流计