[發(fā)明專利]基于交叉迭代原理的熱水供熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010022730.7
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN111046594B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚帥;顧偉;周蘇洋;吳志;陸帥
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F111/10;G06F113/14;G06F119/08
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉倩

本發(fā)明專利公開了一種基于交叉迭代原理的熱水供熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)仿真方法，首先建立熱水供熱網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型，確定動(dòng)態(tài)仿真模型的輸入量和輸出量；然后建立可行的差分格式，將描述管道溫度動(dòng)態(tài)變化特性的偏微分方程差分為代數(shù)方程組；最后輸入系統(tǒng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷參數(shù)，設(shè)置全網(wǎng)流量初值與各負(fù)荷處回水溫度初值，通過熱力模型與水力模型的交叉迭代求取并輸出全網(wǎng)狀態(tài)信息。本方法適用于變流量運(yùn)行熱網(wǎng)的動(dòng)態(tài)仿真，且無需已知負(fù)荷處回水溫度分布，可通過水力與熱力方程的交叉迭代獲得更為精確的熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)信息。

所屬領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源系統(tǒng)仿真方法的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于交叉迭代原理的熱水供熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)仿真方法。

背景技術(shù)

隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益突出，升級(jí)當(dāng)前能源供應(yīng)系統(tǒng)，構(gòu)建清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的能源“發(fā)-輸-配-用”體系刻不容緩。在此背景下，綜合能源系統(tǒng)(Integrated?Energy?System,IES)應(yīng)運(yùn)而生。綜合能源系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)多種能量載體(如電、熱/冷、天然氣和氫等)，充分發(fā)揮多能協(xié)同效應(yīng)與互補(bǔ)作用，從而提高能源綜合利用效率，促進(jìn)可再生能源消納，同時(shí)降低能源成本和排放，具有廣泛的應(yīng)用前景。

區(qū)域熱網(wǎng)(District?Heating?Network,DHN)作為綜合能源系統(tǒng)的重要組成部分，主要以蒸汽或熱水作為介質(zhì)，將熱源的熱量傳遞給負(fù)荷，實(shí)時(shí)獲取區(qū)域熱網(wǎng)的狀態(tài)信息對于整個(gè)系統(tǒng)的安全分析與運(yùn)行控制至關(guān)重要。區(qū)域熱網(wǎng)的動(dòng)態(tài)仿真可以看作是在給定激勵(lì)下，定義一組狀態(tài)變量來描述系統(tǒng)行為，通過對系統(tǒng)的物理機(jī)理進(jìn)行分析從而獲得系統(tǒng)演化規(guī)律的過程。

獲取熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)演化過程的難點(diǎn)在于如何建立一個(gè)充分精確的物理模型，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的高效求解方法，從而滿足在線動(dòng)態(tài)仿真需求。為了克服這一難題，國內(nèi)外研究人員提出了諸多針對熱網(wǎng)的建模方法，包括特征線法、有限體積法、節(jié)點(diǎn)法、函數(shù)法以及其改進(jìn)的變體等，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了ANSYS、Modelica、Apros和IDA-ICE等專業(yè)軟件，為進(jìn)一步的研究和商業(yè)應(yīng)用提供支撐。但是這些模型難以獲取熱網(wǎng)任意點(diǎn)處水溫的動(dòng)態(tài)變化過程，并且部分模型無法用于變流量運(yùn)行工況；同時(shí)，針對熱水管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)仿真，現(xiàn)有算法需要將負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的回水溫度作為仿真模型的已知量才能求得全網(wǎng)狀態(tài)分布，但是在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)時(shí)獲取負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的回水溫度需要在負(fù)荷處加裝具備實(shí)時(shí)通信能力的溫度傳感器，這將極大地增加熱網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測的成本，在大規(guī)模熱網(wǎng)中根本難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供了一種基于交叉迭代原理的熱水供熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)仿真方法，首先建立熱水供熱網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型，確定動(dòng)態(tài)仿真模型的輸入量和輸出量；然后建立可行的差分格式，將描述管道溫度動(dòng)態(tài)變化特性的偏微分方程差分為代數(shù)方程組；最后輸入系統(tǒng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷參數(shù)，設(shè)置全網(wǎng)流量初值與各負(fù)荷處回水溫度初值，通過熱力模型與水力模型的交叉迭代求取并輸出全網(wǎng)狀態(tài)信息。本方法適用于變流量運(yùn)行熱網(wǎng)的動(dòng)態(tài)仿真，且無需已知負(fù)荷處回水溫度分布，可通過水力與熱力方程的交叉迭代獲得更為精確的熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)信息。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：基于交叉迭代原理的熱水供熱網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)仿真方法，包括以下步驟：

S1，建立熱水供熱網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)仿真模型，包括熱網(wǎng)的水力模型和熱力模型，以及動(dòng)態(tài)仿真模型的輸入量和輸出量；

S2，建立可行的差分格式，將描述管道溫度動(dòng)態(tài)變化特性的偏微分方程差分為代數(shù)方程組；

S3，輸入系統(tǒng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷參數(shù)，設(shè)置全網(wǎng)流量初值和各負(fù)荷處回水溫度初值，通過熱力模型與水力模型的交叉迭代求取并輸出全網(wǎng)狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)供熱網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)仿真。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟S1中，熱網(wǎng)的動(dòng)態(tài)仿真模型為：

其中：前3個(gè)方程構(gòu)成熱網(wǎng)的水力模型，后4個(gè)方程構(gòu)成熱網(wǎng)的熱力模型；