[发明专利]一种计及管网储热效益的集中供热系统建模方法

摘要

本发明涉及一种计及管网储热效益的集中供热系统建模方法，属于多能源耦合的系统建模领域。本发明的集中供热系统模型包括热电联产机组模型，循环水泵模型，换热站模型和供热网络模型四个子模型，每个子模型由各自的约束条件构成。本发明在所建立的模型中，考虑了热网管网的时间拟动态特性，因此可以很好地反映出热网管网的储热特性。本发明所建立的模型适宜应用在热网与电网的联合调度决策中。

主权项

一种计及管网储热效益的集中供热系统建模方法，其特征在于，集中供热系统模型包括热电联产机组模型，循环水泵模型，换热站模型和供热网络模型四个子模型，每个子模型由各自的约束条件构成；该方法具体包括以下步骤：1)构建热电联产机组模型热电联产机组模型包含以下约束：1.1)供热与供电关系约束热电联产机组的供电出力和供热出力的约束采用多边形区域极点的凸组合来描述，如式(1)所示：其中，式(1)中，pi,t为第i台机组在第t个调度时段的供电出力，hi,t为第i台热电联产机组在第t个调度时段的供热出力，为第i台热电联产机组运行可行域近似多边形的第k个极点，为第i台热电联产机组在第t个调度时段的运行点对应第k个极点的凸组合系数，NKi为第i台热电联产机组的运行可行域近似多边形的极点个数，为热电联产机组下标集合，为调度时段下标集合；1.2)循环水供热约束热电联产机组的供热出力用于加热供热网络中的循环水流，如式(3)所示：其中，c为水的比热容，为在第t个调度时段内流经第j个热力站的循环水质量，即循环水流量；分别为供热网络中第n个节点在第t个调度时段的供水、回水温度，为热力站下标集合，为供热网络中与第j个热力站连接的节点下标；1.3)供热网络节点温度约束供热网络节点温度控制在合理范围内以保证供热质量并防止循环水汽化，如式(4)所示：其中，和分别为供热网络第n个节点的温度下限和上限；2)构建循环水泵模型循环水泵模型包含以下约束：2.1)循环水泵消耗的电功率约束循环水泵消耗的电功率正比于供热网络节点的供回水压强差以及循环水流量，如式(5)所示：其中，为循环水泵消耗的电功率，分别表示供热网络第n个节点在第t个调度时段的供水、回水压强，为循环水泵的工作效率，ρ为水密度；2.2)循环水电功率的上下限约束，如式(6)所示：其中，与分别代表循环水泵电功率的上限和下限；3)构建换热站模型换热站模型包含以下约束：3.1)供回水温度与换热量的关系约束换热站的供回水温度与换热量的关系如式(7)所示：其中，为第l个换热站在第t个调度时段的循环水流量，为第l个换热站在第t个调度时段的用热负荷功率，为换热站下标集合，为供热网络中与第l个换热站连接的节点下标；3.2)节点供回水压强约束换热站处的节点供回水压强差高于一定水平以维持循环水流，如式(8)所示：其中，为第l个换热站的最小供回水压强差；3.3)回水温度约束换热站的回水温度保持在一定的温度范围之内，如式(9)所示：其中，与分别代表换热站回水温度的上限和下限；4)构建供热网络模型供热网络中：表示以第i个供热网络节点为终点的供热管道下标集合，表示以第i个供热网络节点为起点的供热管道下标集合，分别表示第b条供水管道在第t个调度时段的首端、末端温度，分别表示第b条回水管道在第t个调度时段的首端、末端温度，分别表示第b条供水、回水管道在第t个调度时段的水流量；供热网络模型包含以下约束：4.1)流量连续性约束进入同一节点的水流量之和为零，如式(10)和(11)所示：其中，为供热网络节点下标集合；4.2)温度混合约束来自不同管道的水流在同一网络节点混合后的温度满足以下方程如式(12)和(13)所示：4.3)网络节点温度约束从网络节点流出的水流温度等于该网络节点的温度，如式(14)和(15)所示：4.4)流量限制约束循环水流量限制在一定的范围以内以防止管道振动，如式(16)和(17)所示：其中，为第b条供热管道的水流流速上限，为供热管道下标集合；4.4)压强损失约束由于水流与管道内壁摩擦引起的沿管压强损失与流速的平方成正比，如式(18)所示：其中，μb为第b条供热管道的压强损失系数，分别为第b条供热管道的首端、末端节点下标；4.5)水温变化延时约束与沿管热损耗约束此约束分为两个步骤：4.5.1)利用过去时段的管道入口温度估计忽略沿管热损耗的管道出口温度，如式(19)和式(20)所示：其中，和分别为第b条供热管道在第t个调度时段忽略沿管热损耗的管道出口温度；变量Kb,t,k的取值由循环水流速决定，如式(21)所示：Kb,t,k=(msb,tpipe·Δt-Sb,t+ρAbLb)/(msb,tpipe·Δt),k=t-φb,t(msb,kpipe·Δt)/(msb,tpipe·Δt),k=t-φb,t+1,...,t-γb,t-1(Rb,t-ρAbLb)/(msb,tpipe·Δt),k=t-γb,t0,otherwise---(21)]]>其中，Δt为相邻调度时段的时间间隔，Ab为第b条供热管道的截面积，Lb为第b条供热管道的长度；式(19)～式(21)中，整数变量φb,t和γb,t分别表示与水温变化延时相关的调度时段数，如式(22)和式(23)所示：式(21)中的Rb,t和Sb,t表达式分别如式(24)和式(25)所示：Rb,t=Σk=0γb,t(msb,t-kpipe·Δt)---(24)]]>Sb,t=Σk=0φb,t-1(msb,t-kpipe·Δt),ifφb,t≥γb,t+1Rb,t,otherwise---(25)]]>4.5.2)对管道出口温度进行热损耗修正，如式(26)和式(27)所示：τb,tPS,out=τtam+(τb,t′PS,out-τtam)exp[-λbΔtAbρc(γb,t+12+Sb,t-Rb,tmsb,t-γb,tpipeΔt)]---(26)]]>τb,tPR,out=τtam+(τb,t′PR,out-τtam)exp[-λbΔtAbρc(γb,t+12+Sb,t-Rb,tmsb,t-γb,tpipeΔt)]---(27)]]>其中，为第t个调度时段的外界温度，λb为第b条供热管道的沿管热损耗系数；5)集中供热系统模型构建完毕。