[發明專利]一種計及溫度半動態特性的集中供熱網絡等值方法

有效

• 申請號: 202110515553.0
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113324283B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 鄭偉業;李志剛;侯云鶴;朱繼忠;朱浩昊
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F24D19/10
• 分類號: F24D19/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 詹麗紅

1.一種計及溫度半動態特性的集中供熱網絡等值方法，其特征在于，所述的集中供熱網絡等值方法包括以下步驟：

S1、輸入電-熱綜合能源系統相關數據；

S2、建立計及溫度半動態特性的集中供熱網絡等值模型，過程如下：

S21、劃分熱網結構，其中，熱網包括熱源、換熱站、供水管網、回水管網和熱負荷，所述熱源產生熱量，通過流質流入一次管網，傳輸到換熱站后，流經二次管網，供給用戶使用；所述換熱站視為二次管網的熱負荷；對一次管網采用“恒流變溫”策略，即假設流質溫度變化，管道流量恒定；

熱源的表述式如下：

其中，c是水的比熱容，h_g,t表示第g個熱源在t時刻的熱量，表示第g個熱源在t時刻的質量流量，表示第g個熱源在t時刻的供水管道流質溫度，表示第g個熱源在t時刻的回水管道流質溫度；

熱負荷的表述式如下：

其中，d_l,t表示第l個熱負荷在t時刻的熱量，表示第l個熱負荷在t時刻的質量流量，表示第l個熱負荷在t時刻的供水管道流質溫度，表示第l個熱負荷在t時刻的回水管道流質溫度；

S22、描述熱力管道溫度半動態特性：

采用“水包模型”，將熱力管道分為注入端和流出端兩個節點，管道中的流質看成是由不同時刻是“水包”所組成，出口流質的溫度計算分為兩步：首先，不考慮熱量損失，得到供水管道b、回水管道b在時刻t的出口流質溫度然后，計及熱量損失，得到供水管道b、回水管道b在時刻t的出口流質真實溫度

其中和分別是供水管道b、回水管道b在時刻t的擬合溫度殘差量，它們刻畫了調度時段之外的管道入口溫度對出口溫度的影響，和分別是供水管道b、回水管道b出口流質在時刻k的入口溫度映射至供水管道b、回水管道b出口流質在時刻t的出口溫度的熱延遲系數，φ_b,t是與供水管道b、回水管道b流質在時刻t流速相關的系數,和分別是供水管道b、回水管道b在k時刻流質入口溫度；

計算供水管網和回水管網的熱損失，考慮熱損耗后的出口溫度：

和分別是描述供水管道b、回水管道b在t時刻的熱損耗的常數；

計算供水管道b、回水管道b在t時刻流質的混合溫度：

分別是供水管道、回水管道對應的節點i在t時刻的混合溫度，分別是起始于節點i的供水管道集合、回水管道集合，分別是終止于節點i的供水管道集合、回水管道集合，分別表示供水管道b、回水管道b在節點i的熱源集合，分別表示供水管道b、回水管道b在節點i的熱負荷集合；

計算入口溫度：供水管道b、回水管道b在t時刻流質的入口溫度取決于起始端的節點溫度：

熱源和熱負荷的入口溫度定義如下：

其中，和分別表示熱源n在t時刻的回水溫度、回水管道對應節點i在t時刻的混合溫度；

S23、結合上述討論，將熱網模型中的式(1)-(11)轉換成矩陣形式：

cM^G(τ^GS-τ^GR)＝h (12)

cM^D(τ^DS-τ^DR)＝d (13)

其中，是單位矩陣，c是比熱容向量，M^G是熱源質量流量矩陣，τ^GS是熱源在供水網中的溫度向量，τ^GR是熱源在回水網中的溫度向量，h是熱源的熱量向量，M^D是熱負荷質量流量矩陣，τ^DS是熱負荷在供水網中的溫度向量，τ^DR是熱負荷在回水網中的溫度向量，d是熱負荷的熱量向量，τ′^PS,out是不考慮熱量損失的供水管道的出口流質溫度向量，K^PS是供水網的半溫度動態特性系數矩陣，τ^PS,in是供水管道的入口流質溫度向量，是供水管道的出口流質溫度擬合殘差向量，是回水管道的出口流質溫度擬合殘差向量，是供水管道的環境溫度向量，是回水管道的環境溫度向量，τ′^PR,out是不考慮熱量損失的回水管道的出口流質溫度向量，K^PR是回水網的半溫度動態特性系數矩陣，τ^PR,in是回水管道的入口流質溫度向量，是回水管道的出口流質溫度擬合殘差向量，τ^PS,out是考慮熱量損失供水管的出口流質溫度向量，J^PS是供水網熱損耗矩陣，J^PR是回水網熱損耗矩陣，A_S+刻畫起始于節點i的供水管道集合的關聯矩陣，A_S-是刻畫終止于節點i的供水管道集合的關聯矩陣，是刻畫起始于節點i的回水管道集合的關聯矩陣，A_R-是刻畫起始于節點i的回水管道集合的關聯矩陣，A_D是刻畫熱負荷的關聯矩陣，A_G是刻畫熱源的關聯矩陣，τ^NS是供水網節點混合溫度向量，τ^NR是回水網節點混合溫度向量，是張量積；

用行向量表示供水管道b、回水管道b在t時刻的變量，

同理，節點i在t時刻的變量用表示，熱源g在t時刻變量用表示，熱負荷l在t時刻變量用表示，

計算關聯矩陣：用節-支關聯矩陣描述熱網的拓撲結構，以供水管網表達式如下：

其中將其分解為兩個矩陣A_S+＝max(A_S,0)和A_S-＝max(-A_S,0)分別刻畫起始于節點i的供水管道集合和終止于節點i的供水管道集合供水網源節點和負荷節點的節-支關聯矩陣定義如下：

其中，分別是供水網、回水網的節點集合，分別是熱源和熱負荷的集合；為了避免濫用符號，假設供水網和回水網結構對稱，定義和且可以拓展至不對稱的熱網；

計算熱流矩陣：為了描述節點的流量權重，采用節點熱量分配因子矩陣，定義如下：供水網管道節點熱量分配因子矩陣和供水網熱源節點熱量分配因子矩陣t是時刻，b是管道編號，n是熱源編號；回水網管道節點熱量分配因子矩陣和回水網熱負荷節點熱量分配因子矩陣t是時刻，b是管道編號，n是熱負荷編號；供水網相關元素定義如下：供水網管道b在t時刻節點熱量分配因子是供水管道b在t時刻的質量流量，是供水管道b'在t時刻的質量流量，是供水網中第g個熱源在t時刻的質量流量，供水網第g個熱源節點熱量分配因子是供水網第g個熱源在t時刻的質量流量，是供水網第g'個熱源在t時刻的質量流量，其中節點i和熱源g連接，

半溫度動態特性系數矩陣的公式如下：

是由t≥k構成的下三角矩陣，是供水管道b出口流質在時刻k的入口溫度映射至供水管道b出口流質在時刻t的出口溫度的熱延遲系數，供水網的熱損耗矩陣被定義為是供水管道b在t時刻的熱損耗常數；

S24、建立熱網等值模型，該熱網等值模型是將內部狀態變量x_H映射至邊界控制變量x_B，對于熱網而言，熱源溫度τ^GS被作為控制變量，其余變量是內部狀態量，E_B和E_H分別是邊界變量和狀態變量的系數矩陣；

將公式(12)-(25)熱力潮流約束表示為：

E_Bx_B+E_Hx_H＝e_H (26)

其中ε_S是供水管道集合，ε_R是回水管道集合，假設常數矩陣Q_S和Q_R是可逆矩陣，可以推出式(29)，

是內部狀態變量x_H對應于邊界控制變量x_B的靈敏度矩陣，是擬合狀態變量x_H和邊界控制變量x_B關系產生的殘差向量；因為內部狀態變量熱源熱量h和邊界控制變量供水網熱源溫度τ^GS并不是相互獨立的，所以新增如下約束，使得矩陣Q_S和Q_R可逆，是內部狀態變量熱源熱量h對應于邊界控制變量供水網熱源溫度τ^GS的靈敏度矩陣，是擬合狀態變量熱源熱量h和邊界控制變量供水網熱源溫度τ^GS產生的殘差向量

S3、熱力調度中心將熱網的可行域投影至邊界，形成新的約束集，發送給電力調度中心，計算電-熱綜合能源系統分布式調度；

S4、輸出電-熱綜合能源系統的分布式調度結果。