[發明專利]一種供熱系統動態建模方法、模型及調控系統

有效

• 申請號: 202010651856.0
• 申請日: 2020-07-08
• 公開（公告）號: CN111829059B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 房方;王鑫;劉亞娟;張效寧;林忠偉;劉吉臻
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F24D19/10
• 分類號: F24D19/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發明提供一種供熱系統動態建模方法、模型及調控系統。所述建模方法包括：獲取室外氣象參數、集中供熱系統的拓撲結構以及運行工況測試數據；采用流量流法建立集中供熱系統中直埋管道、換熱站以及含散熱器熱用戶的動態能量流模型；結合室外氣象參數，將建立的直埋管道、換熱器和含散熱器建筑物熱用戶的能量流模型按照獲取的拓撲結構連接成集中供熱系統的動態能量流模型。所述集中供熱系統能量流模型描述了熱量從網側到用戶側的動態傳遞過程，對優化供熱系統調節策略、提高供熱系統運行管理水平具有指導意義。

【技術領域】

本發明涉及供熱系統技術領域，尤其涉及一種供熱系統動態建模方法、模型及調控系統。

【背景技術】

集中供熱系統主要由熱源、換熱站、供熱管網和熱用戶構成，熱源生產的高溫蒸汽通過汽水換熱器加熱一次網中的循環水，一次網中的循環水經過供熱管網運輸后，在二級換熱站中與二次網中的循環水完成熱量交換。二次網循環水再通過管道運輸至用戶端散熱器完成供熱任務。

在實際運行過程中，集中供熱系統存在如下問題：(1)在供暖期間，為了保持供熱系統工質的壓力和流速要求，需要一直保持循環水泵的大功率運行，在變負荷工況下能量消耗尤甚；(2)供熱系統的規模較大，涉及到的管道以及其他設備很多，而且大部分管道是埋在地下的，缺少對這些設備運行時的實時數據，不利于管理；(3)當供熱系統不在穩定工況運行時，容易造成工況失調，近端的用戶熱量傳輸遲延小，熱量損失小，溫度偏高；遠端的用戶熱量傳輸遲延大，熱量損失大，室內溫度卻達不到設計溫度，而無論是室內溫度過高還是過低都降低了用戶的舒適度；(4)系統的魯棒性差，當設備發生故障時，不能及時向調度員報警以及快速定位，造成能耗的增加和用戶的不適。

因此，有必要研究一種供熱系統動態建模方法、模型及調控系統來應對現有技術的不足，以解決或減輕上述一個或多個問題。

【發明內容】

有鑒于此，本發明提供了一種供熱系統動態建模方法、模型及調控系統，以改善近端和遠端用戶熱量傳輸遲延時間不同和傳熱損失不同而導致的冷熱失調問題。

一方面，本發明提供一種供熱系統動態建模方法，所述方法包括以下步驟：

(1)獲取室外氣象參數、集中供熱系統的拓撲結構以及運行工況測試數據；

(2)采用能量流法建立集中供熱系統中直埋管道、換熱器以及含散熱器熱用戶的動態能量流模型，分別用于描述直埋管道、換熱器以及含散熱器建筑物熱用戶中的熱交換過程；

(3)結合室外氣象參數，將建立的直埋管道、換熱器和含散熱器建筑物熱用戶的能量流模型按照獲取的拓撲結構連接成集中供熱系統的動態能量流模型，進而描述熱量從網側到用戶側的動態傳遞過程。

如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述步驟(1)中室外氣象參數包括小時數、溫度和太陽輻射強度，所述溫度和太陽輻射強度折算為室外空氣綜合溫度：

其中，T_sa:室外空氣綜合溫度，單位：K；

T_a,out:室外空氣溫度，單位：K；

ρ:圍護結構外表面的輻射吸收系數，小于1；

I:太陽輻射強度，單位：W/m²；

h_a,out:圍護結構與室外空氣的對流換熱系數，單位：W/(m²·K)。

如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述步驟(2)中采用能量流法建立集中供熱系統中直埋管道的動態能量流模型建立方法為：通過熱力學第一定律建立直埋管道的傳熱微分方程；