能量网络的传递规律与网络方程_陈皓勇

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1、第48卷第10期西安交通大学学报Vol.48No.102014年10月JOURNALOFXI’ANJIAOTONGUNIVERSITYOct.2014能量网络的传递规律与网络方程陈皓勇，文俊中，王增煜，杨鑫（华南理工大学电力学院，510640，广州）摘要：为实现多种类型能源的综合利用，在深入探讨能量本质的基础上，建立了能量网络的基本理论。首先定义了由多条能量传递线（管）路相互连接形成的能量网络，传递不同形式能量的子网通过能量转换器（包括泵、换热器等）互相耦合。然后从能量在空间的普遍化传递方程出发，推导出能量在线（管）

2、路中的普遍化传递方程，并深入分析了能量和火用在线（管）路中传递的变化规律，根据所提方法对电能、热能和压能实际传递过程的分析结果与传统分析相同，证明了其正确性。为建立能量网络方程，将电网络理论中的基尔霍夫定律推广至适合于能量网络建模的广义基尔霍夫定律；然后以能量（火用）在线（管）路中的传递特性方程为基础，推导出普遍化的集中参数等效传递方程；再将所得到的方程统一为能量网络方程组并论证了其可解性。最后通过对一个由电网络和流体网络组成的简单能量网络的实例计算证明了所提模型和方法的有效性，结果表明，如果用户所需热量恒定不变，当

3、电网络和流体网络分别向用户提供热量的比值不同时，该能量网络会有不同的能耗和火用损，而能耗与火用损并不成正比，因此需要寻求最优的比值。该研究工作为能量网络的建模、分析、运行与规划奠定了基础。关键词：能量；火用；能量网络方程；广义基尔霍夫定律；标幺制中图分类号：TK01;TM13文献标志码：A文章编号：0253-987X（2014）10-0000-00TransferLawsandEquationsofEnergyNetworksCHENHaoYong,WENJunzhong,WANGZengyu,YANGXin(Sch

4、oolofElectricPower,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641,China)Abstract:Thefundamentaltheoryofenergynetworksindifferentenergyformsisestablishedfollowinganin-depthanalysisofthenatureofenergyforcomprehensiveenergyutilization.Thedefinitionofanenergynetw

5、orkisgiven,inwhichenergytransmitsalongthewires(pipes),andanumberofwires(pipes)connectwitheachothertoformanetwork.Energysubnetsindifferentenergyformsareinterconnectedbyenergyconverters,suchaspumpsandheatexchangers.Thegeneralizedtransferequationsofenergyinwires(p

6、ipes)areproposedbasedonthegeneralizedbalanceequationofenergyinspace,andtheenergyandexergyvariationlawsinthetransferprocessesareinvestigated.Theactualtransferprocessesofseveralkindsofcommonenergyarethenanalyzedwiththemethodproposedandtheresultsareprovedbyconvent

7、ionalanalysis.Toestablishtheequationsofenergynetworks,theKirchhoff’sLawinelectricnetworksisextendedtoenergynetworks,whichiscalledtheGeneralizedKirchhoff’sLaw.Thenthegeneralizedequivalentenergytransferequationswithlumpedparametersarederivedintermsofthecharacteri

8、sticequationsofenergytransferinwires(pipes).Theequationsarefinallyunifiedintoacompleteenergynetworkequationsetanditssolvabilityisfurtherdiscussed.Asimplifiedexampleforenergy