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摘要：科技在不断的发展，社会在不断的进步，电、热、气交替迭代法是目前应用广泛的综合能源系统多能潮流计算方法之一。受设备种类和外部能源供应条件等的影响，区域综合能源系统运行模式存在差异，对多能潮流的交替迭代计算将产生一定影响。本文针对上述问题，通过分析不同能源设备与外部能源供应条件对区域综合能源系统的影响，总结出电、热、气区域综合能源系统4种运行模式，并提出不同模式下区域综合能源系统多能潮流法的交替迭代形式和求解方法。通过算例分析，验证了所提多能潮流交替迭代算法的有效性。
关键词：区域综合能源系统；多能潮流；运行模式；交替迭代算法
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。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。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。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。
1区域综合能源系统的组成
1.1微电网系统
将区域分布式能源（光伏、风能等）高效可靠的通过发电设备利用，通过储能装置、变流器以及监控保护装置进行安全运行管理，将源网荷有机整合在一起的小型发配电系统称为微电网。利用微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛两种运行方式的切换，通过有效的切换，可以减小配电网因间歇性分布式电源的加入而导致的不稳定运行以及运行故障。同时，也能够提高分布式电源出力的最大能力，提高电能质量和供电的可靠性。为了有效的利用分布式电源，通常以微电网的形式将分布式电源接入配电网。
1.2天然气网络
天然气是一种具有经济优势和环境优势的清洁能源，采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，减少环境污染气体的排放，从根本上改善环境质量。因此，天然气具有广阔的应用前景。一是用于发电，利用天然气不但效率高，而且可以起到较好的调峰作用。而是用于化工，天然气可以合成氨和甲醇。三是城市工业用气，在冷热电联供系统中用做微型燃气轮机、燃机锅炉、余热锅炉的能源。四是城市居民用电，随着环境问题的日益严峻，煤改气工程的实施，天然气在城市居民用电增多。除此之外，天然气还可用作汽车用气，制氢等用途。《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》明确指出：坚持增加供应与提高能效相结合，加强供气设施建设，扩大天然气进口，有序拓展天然气城镇燃气应用。到2020年，天然气在一次能源消费中的比重提高到10%以上。可见，天然气在以后的区域综合能源系统中占有重要位置天然气从气田的采气井口到用户终端是一个连续、密闭的系统，通常包括矿场集输系统、气体净化厂、干级输气管道、配气管网、气体储存系统等子系统，用户终端既可以是各大型工业用户，也可以是分散的小区用户，也可以作为燃气轮机的能源输入端。
2不同应用模式下的多能潮流计算
区域综合能源系统是电、热、气三种能源通过综合能源系统设备耦合起来的复杂网络，三种能源互相影响，任何一个能源网络中出现扰动或负荷投切都会造成自身和其他两种能源网络的潮流或流量重新分布，导致多能潮流发生相互作用。因此，根据区域综合能源系统的实际运行情况，三种能源网络潮流或流量计算顺序以及是否需要迭代有待确定。不同时刻，不同的区域综合能源系统中实际运行的综合能源系统设备种类不同，同种设备运行模式不同，能源网络并网情况不同，故系统运行情况较为复杂、多样化，可能会导致系统中多能潮流间的相互影响。CHP机组作为产能设备，有2种典型的运行模式：“以热定电”与“以电定热”。当CHP机组工作在以热定电模式下时，会根据热力负荷变化调节热输出功率，同时产出的电能只能被动补充电力需求；当热电联产机组工作在以电定热模式下时情况相反。在“以热定电”模式下，CHP机组在区域热力系统中为恒温节点，在区域电力系统中作为PV节点，此时，无论电力系统是否并网，区域电力系统潮流计算与区域热力系统流量计算均不会发生迭代；在“以电定热”模式下，CHP机组在区域热力系统中作为sTF节点，若此时区域电力系统不并网，且CHP机组为电力系统主源，则CHP机组在电力系统中作为平衡节点，会导致区域电力系统潮流计算与区域热力系统流量计算发生迭代耦合；若在“以电定热”模式下，区域电力系统并网，则此时电力系统平衡节点为并网节点，CHP机组在区域电力系统中作为PV节点，区域电力系统潮流计算与区域热力系统流量计算也不会发生迭代。电转气设备在区域天然气系统作为气源存在，计算时为恒压节点，其出力需要根据天然气流量计算决定。由于电转气设备在区域电力系统中为负荷，在潮流计算中为PQ节点，其耗电功率的变动将引起区域电力系统潮流计算与区域天然气系统流量计算迭代耦合。热泵、燃气轮机式发电机、电压缩机、燃气锅炉等综合能源设备虽然将不同能源系统相互耦合，但不会在多能潮流计算中使不同能源网络发生迭代。以热泵为例，根据热力系统流量计算可得出热泵出力及耗电量，但继续进行电力系统潮流计算后并不会导致其热出力发生变动，故不会导致电-热潮流间的迭代过程。
结语
（1）多能流潮流涉及电力系统、天然气系统、热力系统等多个复杂系统，包含电能、天然气、热能等多种异质能量流，综合电压、气压、温度等多种类型变量，与传统电力系统潮流相比，模型更加复杂。（2）多能流潮流计算模型具有多种表达形式，从电力系统、天然气系统及热力系统的模型精细化程度和耦合环节的模型实现形式2个角度出发，可将现有多能流潮流计算模型分为简化的稳态模型、详细的稳态模型、暂态模型、基于元件耦合的模型和基于能源集线器耦合的模型等5类。（3）通常采用牛顿－拉夫逊法对多能流潮流进行求解，但随着综合能源系统考虑因素的增加，模型更加复杂，求解难度陡增，开发适用于大系统复杂模型求解的新算法是当前的研究难点和重点。此外在综合能源系统多能流潮流计算的研究中，需要对多能流耦合环节的等值模型、非电力系统的建模、不同系统的高效能量流求解方法等开展进一步的研究，也需要对多能流的概率潮流和最优潮流等扩展潮流进行更深入的研究。
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