[發明專利]一種基于疊加解耦法的質調節熱力系統能流快速計算方法

在審

• 申請號: 202110400837.5
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113111555A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 顧偉;張蘇涵;陸帥
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/11;G06F17/16;G06Q50/06;G06F119/08
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張恩慧

本發明公開了一種基于疊加解耦法的質調節熱力系統能流快速計算方法，包括：10)以環境溫度為參考溫度，構建熱力系統動態模型，并根據質調節特征進行簡化；20)基于簡化的支路熱傳導方程，構建熱力系統溫度動態映射方程與權重矩陣，根據權重矩陣中的數值，確定熱力系統中的溫度映射方向；30)根據溫度映射方向，將原始熱力系統解耦為若干個由單一熱源供熱的輻射狀熱力系統；40)分別計算各解耦系統內的能流分布，原始熱力系統的能流分布即為多個解耦系統的線性疊加。該方法解析的刻畫了熱力系統中的動態能流分布規律，通過溫度解耦減小了能流計算的計算規模，不會引入額外的收斂問題，對于大規模熱力系統的動態能流計算具有工程意義。

技術領域

本發明涉及能源系統運行優化領域，具體的是一種基于疊加解耦法的質調節熱力系統能流快速計算方法。

背景技術

熱電聯產、轉換設備的廣泛發展促進了可再生能源在電力系統中的高比例消納，并減少了二氧化碳排放。由于熱點聯產、轉換設備通過能量梯級利用提高了能源的利用效率，其在工程中得到了大量推廣，使得電力系統和熱力系統之間的耦合越發緊密。考慮到系統內和系統間的潛在的外部干擾和內部擾動，電熱系統的深度耦合對于系統運行靈活性的要求進一步提升。然而，電熱綜合能源系統一般運行在以熱定電的模式下，確定下的機組熱功率輸出約束了機組的電功率輸出，這一局限制約了電力系統和熱力系統的聯合優化。

熱力系統的動態特性是提高系統運行靈活性和安全性的一種有效手段。然而，熱力系統的動態特性有一組高維的偏微分方程組描述，通過有限元方法將其離散化也會引入大量的變量。以熱力系統為基礎的能流計算是系統運行分析的必要條件，為在線運行、實時控制等提供了準確數據，熱力系統中大量的離散變量不利于能流計算的快速開展。此外，現有的能流計算方法主要針對于熱力系統靜態模型，缺乏對于熱力系統動態特性的準確刻畫，這一不足可能給系統的運行分析帶來一定的誤差，造成一定的經濟損失或導致潛在的安全事故。

發明內容

為解決上述背景技術中提到的不足，本發明的目的在于提供一種基于疊加解耦法的質調節熱力系統能流快速計算方法，本發明以環境溫度為參考溫度，構建熱力系統動態模型，并根據質調節特征進行簡化，進而構建熱力系統溫度動態映射方程與權重矩陣，確定熱力系統中的溫度映射方向，根據溫度映射方向，將原始熱力系統解耦為若干個由單一熱源供熱的輻射狀熱力系統，分別計算各解耦系統內的能流分布并將多個解耦系統所得結果疊加，得到原始系統的能流分布結果；該方法通過溫度解耦減小了能流計算的計算規模，不會引入額外的收斂問題，對于大規模熱力系統的動態能流計算具有工程意義。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種基于疊加解耦法的質調節熱力系統能流快速計算方法，包括以下步驟：

步驟10)以環境溫度為參考溫度，構建熱力系統動態模型，并根據質調節特征進行簡化；

步驟20)基于簡化的支路熱傳導方程，構建熱力系統溫度動態映射方程與權重矩陣，根據權重矩陣中的數值，確定熱力系統中的溫度映射方向；

步驟30)根據溫度映射方向，將原始熱力系統解耦為若干個由單一熱源供熱的輻射狀熱力系統；

步驟40)分別計算各解耦系統內的能流分布，原始熱力系統的能流分布即為多個解耦系統的線性疊加。

進一步地，所述步驟10)具體包括：

步驟101)假設T_p’為實際的管道溫度向量，為實際的管道出口溫度向量，為實際的管道入口溫度向量，T’為節點溫度向量；以環境溫度T_a為參考溫度，則所需的管道溫度向量T_p，管道出口溫度向量管道入口溫度向量節點溫度向量T分別表示為：

步驟102)構建熱力系統動態模型，包括節點溫度混合方程、節點熱功率方程以及支路熱傳導方程，其中支路熱傳導方程通過有限元法描述；節點溫度混合方程表示為：