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随着能源供应的日益紧张和环境污染的日益严重,综合能源系统得到蓬勃发展。综合能源系统包含多种类型的能量,能实现电、气、热/冷等能量的相互耦合、转化和传输。现有理论难以适应能源系统中能量耦合关系由弱变强的趋势,因此需要从物理本质上揭示综合能源系统能量传递转化的机理,并以此为基础对综合能源系统建模与分析。本文主要内容有:(1)建立能量网络的基础理论体系。能量网络理论将非平衡态热力学、电网络理论、分析力学等理论有机结合起来,揭示能量传递转化的机理。将能量传递的普遍化方程用于能量在传递单元中的分析,为不同形式的能量传递建立统一的数学模型。(2)基于能量网络基础理论建立能量网络模型,为综合能源系统的图形化、网络化建模提供基础。首先,用阻性元件、容性元件和感性元件、广义回转器和广义变压器分别表示能量流动过程中存在的能量耗散、储存和转换;然后,基于传递公理,分析了传递系数为恒值与传递系数不为恒值情况下的能量流动情况,并建立时不变情况下能量传递的能量网络模型;最后,根据电学中的Maxwell方程组、流体力学中的Navier-Stokes方程、热力学中的能量平衡方程,分别建立了电能、压能和热能传递的时变能量网络等值模型。(3)基于能量网络理论的综合能源系统分析。首先,基于能量网络理论对某综合能源系统的能量传递单元进行建模。然后,以能耗最小为目标,结合系统的稳态运行约束,采用粒子群算法,优化该综合能源系统的运行。最后将优化后的结果并与优化前的进行对比。(4)基于时变能量网络理论的综合能源系统建模。基于时变能量网络理论,建立时变传递线(管)路的能量网络等值模型。为研究不同侧扰动对综合能源系统的影响,建立了综合能源系统主要耦合元件(感应电动机和离心泵等)的能量网络等值模型。在时变能量网络等值模型的基础上,构建包含状态约束和输出约束的时变能量网络数学模型,以一算例验证了时变能量网络理论的有效性,为综合能源系统的动态分析、运行和规划奠定基础。