文章解读与仿真程序复现思路——电力自动化设备EI\CSCD\北大核心《考虑热动态的综合能源系统碳排放流建模与分析》

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这篇论文的核心内容是关于综合能源系统中碳排放流(碳流)的建模与分析,特别是在考虑热动态的情况下。以下是关键点的概述:

  1. 研究背景:在电力系统低碳转型的背景下,传统的源侧碳排放控制方法难以满足碳排放责任公平分摊的需求,因此需要对多能源网络进行碳流追踪,明确源网荷碳排放责任。

  2. 热网碳流模型:提出了热网准动态碳流模型,该模型基于热网准动态能流模型,考虑了热网的热损耗和热延时特性对碳流模型的影响。

  3. 碳流计算方法:介绍了热网静态碳流的管道计算模型,并从热损耗和热延时两方面描述了热网管道的动态特性。同时,提出了热电联产机组的碳势计算方法和储能设备各时刻平均碳势的计算方法。

  4. 电-热网络联合碳流分析:总结了电、热网络碳流联合分析方法,包括CHP机组碳势的计算和储能装置对碳流分析的影响。

  5. 算例分析:通过算例分析了静态和准动态热网模型下综合能源系统的碳流分布结果,并考虑了负荷热惯性及机组碳势对碳流分布的影响。

  6. 研究贡献:主要贡献包括提出的热网准动态碳流模型,该模型可以刻画热网储热特性下热网节点碳势和管道碳流密度的改变;分析了热网静态与准动态碳流模型的计算结果;提出了电热IES能量流-碳流联合分析方法。

  7. 结论:本文提出的动态碳流计算模型适用于所有热电综合能源系统的碳流计算,考虑了管道热延时特性对碳流分布的影响。模型中考虑了不同CHP机组的碳势计算方法,及储热罐和多机组连接对热源碳势的影响。

复现这篇论文的仿真实验主要包括以下几个步骤:

  1. 数据准备:根据论文提供的机组参数、储能参数、室外温度曲线等数据,构建综合能源系统(IES)的模型。

  2. 模型建立:建立电力系统和热力系统的数学模型,包括CHP机组、燃气锅炉、储热槽等设备的运行模型,以及热网的静态和准动态碳流模型。

  3. 碳流计算:根据建立的模型,计算IES中的最优能量流分布,然后基于能量流结果计算网络的碳流分布。

  4. 分析方法实现:实现论文中提出的电热IES能量流-碳流联合分析方法,包括CHP机组碳势计算和储能装置对碳流分析的影响。

  5. 结果分析:对仿真结果进行分析,包括电力系统节点碳势、热力系统管道碳流分析、静态与准动态模型下的碳流对比分析等。

以下是使用Python语言复现仿真的大致代码结构:

import numpy as np

# 假设已经有了IES的机组参数、储能参数、室外温度曲线等数据

# 建立电力系统和热力系统的数学模型
def build_energy_system_model(params):
    # 根据论文中的模型建立过程,构建IES的数学模型
    pass

# 计算IES中的最优能量流分布
def calculate_optimal_energy_flow(model):
    # 使用优化算法求解IES的最优能量流分布
    pass

# 计算网络的碳流分布
def calculate_carbon_flow(energy_flow, params):
    # 基于能量流结果计算网络的碳流分布
    pass

# CHP机组碳势计算
def calculate_CHP_carbon_potential(CHP_params):
    # 根据CHP机组的运行参数计算碳势
    pass

# 电热IES能量流-碳流联合分析
def joint_energy_carbon_analysis(energy_flow, carbon_flow, CHP_potential):
    # 实现电热IES能量流-碳流联合分析
    pass

# 主函数
def main():
    # 加载数据集
    params = load_parameters('parameters.csv')
    
    # 建立IES模型
    model = build_energy_system_model(params)
    
    # 计算最优能量流分布
    energy_flow = calculate_optimal_energy_flow(model)
    
    # 计算碳流分布
    carbon_flow = calculate_carbon_flow(energy_flow, params)
    
    # 计算CHP机组碳势
    CHP_potential = calculate_CHP_carbon_potential(params)
    
    # 电热IES能量流-碳流联合分析
    analysis_results = joint_energy_carbon_analysis(energy_flow, carbon_flow, CHP_potential)
    
    # 结果分析
    analyze_results(analysis_results)

# 运行主函数
if __name__ == "__main__":
    main()

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