基于频域能量回路建模的集成能源系统高效优化能量流模型附Python代码

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🔥 内容介绍

本文针对集成能源系统能量流优化问题，提出基于频域能量回路建模的高效优化能量流模型。通过分析集成能源系统中多种能源耦合特性，构建频域能量回路模型，将能量流动特性在频域下进行量化与表征。结合模型建立以系统运行成本最小、能源利用率最大为目标的优化函数，考虑能源转换设备约束、能量平衡约束等条件，采用智能优化算法求解。通过实际案例仿真验证，该模型能够有效提升集成能源系统能量流的优化效率，降低运行成本，为集成能源系统的高效运行提供理论支持与技术参考。

关键词

频域能量回路建模；集成能源系统；能量流优化；优化模型；智能优化算法

一、引言

集成能源系统通过整合电力、热力、天然气等多种能源形式，实现能源的协同供应与梯级利用，能够显著提高能源利用效率、降低能源消耗与环境污染，是未来能源发展的重要方向。然而，集成能源系统中多种能源相互耦合、能量流动复杂，如何实现能量流的高效优化，是保障系统稳定、经济运行的关键。

传统的能量流优化模型多基于时域分析，难以全面反映系统中能量流动的动态特性与频率特性。随着能源系统中可再生能源占比不断提高，其出力的间歇性和波动性使得能量流呈现出复杂的频率特性。频域分析能够从不同频率角度揭示系统的动态行为，基于频域能量回路建模为集成能源系统能量流优化提供了新的思路与方法。本文旨在构建基于频域能量回路建模的集成能源系统高效优化能量流模型，以提升系统的综合性能。

二、集成能源系统特性分析

集成能源系统涵盖电力子系统、热力子系统、天然气子系统等多个子系统，各子系统之间通过能源转换设备（如燃气轮机、热泵、电锅炉等）实现能量的耦合与转换。例如，燃气轮机可将天然气化学能转换为电能和热能，热泵能够利用电能提升热能品位。

系统中能量流动具有双向性、多源性和时变性特点。可再生能源（如太阳能、风能）的间歇性导致能源供应的不稳定，负荷需求的波动也使得能量流不断变化。同时，不同能源形式在转换和传输过程中存在能量损耗和延迟，这些特性增加了能量流优化的难度。

三、频域能量回路建模

（一）基本原理

频域能量回路建模基于电路理论中的回路概念，将集成能源系统中的能源流动类比为电流流动，能源势差类比为电压差，能源转换设备类比为电路元件。通过傅里叶变换等数学方法，将时域下的能量流动特性转换到频域进行分析，从而获取能量流在不同频率下的分布、传输和转换特性 。

（二）模型构建

1. 元件模型：对能源转换设备（如燃气轮机、热泵等）、能源传输管道（如电力线路、热力管道、天然气管道）等进行频域建模。以燃气轮机为例，建立其输入天然气流量与输出电能、热能在频域下的传递函数，考虑设备的动态响应特性和频率特性。对于电力线路，建立其在频域下的阻抗模型，反映不同频率下电力传输的损耗和相位变化。

1. 系统模型：根据集成能源系统的拓扑结构，将各元件的频域模型进行连接，构建完整的频域能量回路模型。通过该模型可以分析系统中能量在不同频率下的流动路径、能量耦合关系以及能量损耗分布情况。

四、高效优化能量流模型构建

（一）目标函数

五、结论

本文构建的基于频域能量回路建模的集成能源系统高效优化能量流模型，通过频域建模揭示系统能量流动特性，结合优化目标和约束条件，实现了能量流的高效优化。仿真结果表明，该模型能够有效降低系统运行成本、提高能源利用率。后续研究可进一步考虑更多实际因素（如设备故障、能源市场价格波动等）对模型的影响，优化建模方法和优化算法，推动集成能源系统的智能化与高效化发展。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 耿鑫地.基于深度强化学习的电力系统暂态稳定快关汽门紧急控制策略[D].东北电力大学,2024.

[2] 曾超,赵宇红,张洪明,等.中能段电子束离子阱真空控制系统研制[J].真空科学与技术学报, 2024, 44(1):20-27.

[3] 贺庆辰,秦斌.基于改进SAC算法的城轨列车混合储能系统动态功率分配策略[J].湖南电力, 2024, 44(4):11-19.DOI:10.3969/j.issn.1008-0198.2024.04.002.

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