[发明专利]一种两阶段质调节热水供热网络动态能流计算方法

说明书

本发明公开了一种两阶段质调节热水供热网络动态能流计算方法，包括：建立质调节热网动态能流计算模型，并将能流计算过程分为两个阶段，确定各阶段已知量和待求量；预设所有出力固定热源处的供水温度初值，通过第一阶段迭代算法求取网络动态能流初步结果；基于该初步结果以及热源机组的最小可调节间隔，计算所有出力可调热源机组的出力更新值；基于该出力更新值，通过第二阶段迭代算法求取网络动态能流最终结果。本方法采用热网动态模型，能够获取热网状态的动态变化过程，为其规划、安全分析和运行调度提供理论支撑，同时引入热源最小调节间隔限制，通过第二阶段算法修正能流计算结果，从而获取更加精确的热网状态信息。

技术领域

本发明属于能源系统仿真方法的技术领域，具体涉及一种两阶段质调节热水供热网络动态能流计算方法。

背景技术

传统能源系统多以分立运行方式为主，煤炭、石油、天然气、电力和供冷/热系统等主流能源系统大多各自为营，形成了较为封闭的行业和利益壁垒。由于这些壁垒的存在，多种能源之间无法发挥彼此互补互动特性和梯级利用潜力，从而拉低了能源综合利用效率，并在一定程度上增加了碳排放、加剧了环境污染问题。

在世界能源系统亟需转型升级的背景下，综合能源系统(Integrated EnergySystem,IES)这一概念得到了学术界和工业界的广泛支持。综合能源系统能够破除传统能源系统分立运行壁垒，充分发挥多种形式能源(包括煤炭、石油、天然气、电力、热/冷、风、光、水、氢等)之间的互补互动特性和梯级利用潜力，从而提升能源系统的综合能效，降低碳排放和污染物排放，提升供能系统的稳定系和可靠性，并促进可再生能源消纳，因此具有光明的发展前景。

热水供热网络作为综合能源系统的重要组成部分，能够通过热水将热能传递给热负荷(采暖、通风、生活热水等)，是民用供热系统中的关键环节。对热水供热管网进行能流计算能够在规划阶段指导规划各类热源设备容量、接入点以及网架结构，在运行阶段指导各设备调整出力，满足负荷需求，还能够获取系统运行状态，对于系统安全分析具有重要意义。

热水供热网络有两种典型的运行方式：质调节和量调节。前者通过改变热源的供水温度(不改变网络中热水流量)实现供热调节；后者通过改变网络中热水流量(不改变热源的供水温度)实现供热调节。热网的能流计算问题是指在已知部分给定条件下，如何通过热网的数学模型获得整个网络的状态信息，包括网络中的水温分布、热源处的功率出力等。

针对质调节热水管网的能流计算研究大多基于稳态热网模型，无法获取管网中的水温动态变化过程，并且由于稳态模型精度较低，容易造成计算结果与实际情况存在较大偏差。此外，以往的能流计算研究没有考虑热源机组的出力调节限制，即没有考虑锅炉等设备的热惯性和泵、阀门等执行机构的物理约束对热源机组调节频繁程度的影响，这导致了能流计算的结果过于“理想”，与系统实际的状态存在一定偏差。

发明内容

本发明正是针对现有技术中的问题，提供了一种两阶段质调节热水供热网络动态能流计算方法。首先建立质调节运行方式下热水供热网络的动态能流计算模型，并将能流计算过程分为两个阶段，确定每个阶段模型的已知量和待求量；其次设置所有出力固定热源处的供水温度初值，通过第一阶段迭代算法求取网络动态能流的初步结果；然后基于第一阶段中动态能流的初步结果，以及热源机组的最小可调节间隔，计算所有出力可调热源机组的出力更新值，并将其作为第二阶段能流计算模型的输入量；最后基于所有出力可调热源机组的出力更新值，通过第二阶段迭代算法求取网络动态能流的最终结果。本方法采用热网动态模型，能够获取热网状态的动态变化过程，并为其规划、安全分析和运行调度提供理论支撑。此外，本方法考虑了热源机组在调节出力时由机组热惯性和执行机构物理约束引入的最小调节间隔限制，并通过第二阶段算法修正能流计算结果，从而可以获取更加精确的热网状态信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种两阶段质调节热水供热网络动态能流计算方法，包括以下步骤：