[發明專利]基于數字孿生技術的熱電聯合供暖系統實時優化調控方法

有效

• 申請號: 202110551302.8
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113266869B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 房方;相天麟;劉吉臻;魏樂;石鑫
• 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

1.一種基于數字孿生技術的熱電聯合供暖系統實時優化調控方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、搭建熱電聯合供暖系統的數字孿生平臺，所述數字孿生平臺用于熱電聯合供暖系統數字孿生模型與熱電聯合供暖系統物理設備實體之間信息交互；

S2、基于熱電聯合供暖系統的物理設備實體的運行數據，構建所述熱電聯合供暖系統數字孿生模型；

S3、將步驟S2構建的所述熱電聯合供暖系統數字孿生模型放置在步驟S1搭建的所述熱電聯合供暖系統的數字孿生平臺上；在保證用戶供暖需求的前提下，以熱電聯合供暖系統的碳排放最低為優化目標，基于預測熱負荷和間歇性可再生能源預測數據，利用步驟S2中構建的所述熱電聯合供暖系統數字孿生模型進行優化求解，根據求解結果對熱電聯合供暖系統進行實時優化調控；

其中，步驟S1、S2無先后順序；

步驟S1中，所述數字孿生平臺包括物理設備層、感知層、數據處理層、數據傳輸層及運行決策層；

所述物理設備層，包括廠側的風電場、光伏發電站、抽凝式熱電聯產機組、廠級電熱泵、儲熱裝置、儲電裝置、換熱首站、一次熱網、二級換熱站、二次熱網、熱用戶室內散熱器及對應的控制設備；

所述感知層，包括數據采集系統和分布控制系統；所述數據采集系統采集所述物理設備層的節點數據信息，所述分布控制系統接收來自于所述數據處理層的運行調控指令，并將運行調控指令下發到所述物理設備層的相應設備；

所述數據處理層，接收來自于所述感知層采集的所述物理設備層的節點數據信息，并進行數據預處理，篩選出異常數據后剔除，篩選后的數據壓縮編碼后上傳至所述數據傳輸層；同時，所述數據處理層接收來自于所述數據傳輸層的運行調控指令，解碼后下發至所述感知層；

所述數據傳輸層，采用有線傳輸和無線傳輸相結合的通信方式，在所述數據處理層和所述運行決策層之間進行數據傳輸；

所述運行決策層，包括服務器及顯示器；所述服務器接收所述數據傳輸層的信息，運行所述熱電聯合供暖系統數字孿生模型，將得到的模擬運行結果與所述物理設備層的節點數據信息進行比較，修正所述熱電聯合供暖系統數字孿生模型的運行偏差，并根據所述熱電聯合供暖系統數字孿生模型的模擬運行結果得到滿足碳排放最小化的實時優化調控計劃，并將實時優化調控計劃下發至所述數據傳輸層；

步驟S2中，構建所述熱電聯合供暖系統數字孿生模型，具體包括：

S2.1建立熱電聯合供暖系統廠側的熱電聯產機組模型：

第j臺抽凝式熱電聯產機組的模型為：

(1)式中，為第j臺抽凝式熱電聯產機組的安全運行最小發電量，為第j臺抽凝式熱電聯產機組運安全運行最大發電量，為第j臺抽凝式熱電聯產機組的實際發電量測量值，為第j臺抽凝式熱電聯產機組t時刻的運行狀態二元標志位，熱電聯產機組處于停機狀態時標志位取值為0，熱電聯產機組處于開機狀態時標志位取值為1，下角標t標識了第j臺熱電聯產機組運行或停機于時刻t，N^chp為所有抽凝式熱電聯產機組的集合，T為數字孿生系統運行時間范圍，(1)式確保了第j臺抽凝式熱電聯產機組發電量處于安全合理的機組容量區間內；

(2)式中，表示了抽凝式熱電聯產機組發電量在相鄰的單位周期時間內的差值，為抽凝式熱電聯產機組安全運行狀態下爬坡幅度的最大值，為抽凝式熱電聯產機組從關閉狀態啟動時的發電量爬坡幅度最大值，為抽凝式熱電聯產機組的開機二元標志位，抽凝式熱電聯產機組從關閉狀態啟動該二元標志位為1，反之則為0；(2)式確保了第j臺抽凝式熱電聯產機組的爬坡幅度不超過機組設計限制，保證其負荷變化合理；

(3)式中，為抽凝式熱電聯產機組安全運行狀態下滑坡幅度的最大值，為抽凝式熱電聯產機組從啟動狀態關閉時的發電量滑坡幅度最大值，為抽凝式熱電聯產機組的關機二元標志位，抽凝式熱電聯產機組從啟動狀態關閉該二元標志位為1，反之則為0；

(3)式構成了抽凝式熱電聯產機組的滑坡約束；

抽凝式熱電聯產機組的電-熱耦合關系如下：

(4)式中，為抽凝式熱電聯產機組的發電功率，為抽凝式熱電聯產機組的制熱功率，α_chp,max為抽凝式熱電聯產機組的熱電比最大值；

S2.2建立一次熱網給水入口升溫設備的熱電比擬模型：

式(5)中：T_in為供暖網絡一次熱網的給水溫度，T_out為供暖網絡一次熱網的回水溫度，ΔT為一次熱網給水入口處溫度的提升值，Q為一次熱網給水入口熱水獲得的熱能，H_HP為由廠級電熱泵制取的熱能，H_CHP為由抽凝式熱電聯產機組制取的熱能，G_u為供暖網絡一次熱網內回水的熱容量流；

S2.3構建供暖網絡熱電比擬模型：

式中：p為水壓，單位為Pa；g_x為重力加速度，單位為m/s²；x為空間坐標，單位為m；ρ為流體密度，單位為kg/m³；u為沿x方向上的速度，單位為m/s；t為時間坐標，單位為s；F_w為壁面摩擦力，單位為N；h為流體比焓，單位為kJ/kg；Q_w為壁面熱流量，單位為W/m²。