一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法技术方案

本发明专利技术专利公开了一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法，采用量调节的方式，建立综合能源系统中的区域热网模型，基于区域热网模型，建立综合能源系统最优调度策略的目标函数及相应约束条件，根据初始热网温度求解最优调度策略并得到管网的热媒流量，求解温度修正方程，迭代求解最优调度策略，得到最优调度策略的参数，基于潮流追踪法，求解节点热价方程，得到节点热价，本发明专利技术节点热价能体现区域热网在时间和空间上的差异性，进而使热网调度更加精细与灵活，为下一步综合能源系统的精细化供热提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法所属领域本专利技术属于综合能源系统应用
，具体涉及一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法。
技术介绍
综合能源系统具有高效的能源利用效率及可再生能源消纳能力，因此得到人们越来越多的关注与研究。热电联产设备是综合能源系统中的核心组成部分，其不但能够发电，更能利用发电所消耗原料的余温进行制热，并通过区域热网传输到各个终端用户。一般情况下，区域热网采用质调节的方式，即通过调节供给侧的热媒温度来调节终端的热能需求，但热网中热媒流量的大小和流向是不变的。量调节却可以调节热网的热媒流量，因而量调节具有较大的运行灵活性，且更适用于含有多个热源的综合能源系统的区域热网调节中，如果能充分发挥量调节的功能和作用，将是对综合能源系统应用
的一大推动和改革。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中的问题，提供了一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法，采用量调节的方式，建立综合能源系统中的区域热网模型，基于区域热网模型，建立综合能源系统最优调度策略的目标函数及相应约束条件，根据初始热网温度求解最优调度策略并得到管网的热媒流量，求解温度修正方程，迭代求解最优调度策略，得到最优调度策略的参数，基于潮流追踪法，求解节点热价方程，得到节点热价，本专利技术节点热价能体现区域热网在时间和空间上的差异性，进而使热网调度更加精细与灵活，为下一步综合能源系统的精细化供热提供理论依据。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法，包括以下步骤：S1，基于热网拓扑结构，建立区域热网模型；S2，基于步骤S1中区域热网模型，建立综合能源系统最优调度策略的目标函数及相应约束条件，根据初始热网温度求解最优调度策略并得到管网的热媒流量；S3，将步骤S2得到的热媒流量作为输入量，求解温度修正方程，得到新的热媒温度；S4，迭代求解最优调度策略：S41，设定相邻两次迭代的允许温差为迭代判据；S42，求解新热媒温度与初始热网温度的温差；S43，将步骤S42中温差与迭代判据做比较，若温差小于迭代依据，则迭代终止，否则将新热媒温度代替初始热网温度返回步骤S2，循环步骤S2至步骤S4；S5，根据步骤S4获得的最优调度策略参数，基于潮流追踪法，求解节点热价方程，得到节点热价。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S1中区域热网模型进一步包括：热媒流量守恒约束、热媒流量约束、热功率约束及热源、换热站与区域热网交换热能约束，所述热媒流量守恒约束方程为：其中，mi，t表示第t时段第i条管段的热媒流量；表示所有与节点j相连的管段的集合；Θin表示所有连接节点组成的集合；所述热媒流量约束方程为：其中，和分别表示第t时段，与管段参考方向相同和相反的热媒流量；和均是二进制变量，用来表征管段中热媒的流向；所述热功率约束为：其中，c是水的比热容；和分别是供水管段始端与末端的热功率；是该管段传输中的热功率损失；和分别是供水管段始端与末端的热媒温度。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S2进一步包括：S21，建立综合能源系统最优调度策略的目标函数：其中，是第i个热电联产子系统的日运行成本，Cgrid是与电网交换功率成本，ΩCHP是热电联产子系统的集合；S22，建立热电联产子系统运行约束条件，所述约束条件包括热电功率平衡约束、与交换电功率费用约束、设备运行约束和储能运行约束。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S21中的第i个热电联产子系统日运行成本,为燃气轮机和燃气锅炉所消耗的燃料成本：其中，Cgas是天然气的热值；是第i个热电联产子系统中的燃气轮机在t时段的输出电功率；是第i个热电联产子系统中的燃气锅炉在t时段的输出热功率；和分别是第i个热电联产子系统中燃气轮机和燃气锅炉的效率；Δt是时间间隔，N是日调度周期；所述综合能源系统与电网的交换功率成本Cgrid为：其中，和分别是综合能源系统在t时段从电网购电和卖电的价格，和分别是在t时段从电网购电和卖电的功率。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S22中，所述热电功率平衡约束如下：其中，是第i个热电联产子系统中燃气轮机的热电比，和分别为第i个热电联产子系统中余热回收装置和换热器的效率，和分别为第i个热电联产子系统中燃气轮机和余热回收装置的热功率，和是第i个热电联产子系统中蓄电池的充放电功率，和分别是第i个热电联产子系统中的蓄热槽的充放热功率，和是第i个热电联产子系统在t时段产生的电功率和热功率，是综合能源系统在t时段的总电负荷；所述与交换电功率费用约束如下：其中，和是二进制变量，分别表示综合能源系统在t时段买电和卖电状态；是综合能源系统与电网可交换最大电功率；所述设备运行约束为：其中，是二进制变量，等于1表示第i个热电联产子系统中燃气轮机处于运行状态。和分别是第i个热电联产子系统燃气轮机的输出电功率上限和下限，和分别表示第i个热电联产子系统中燃气锅炉、余热回收装置和换热器的输出热功率上限；所述储能运行约束如下：其中，x表示蓄电池/蓄热槽，和是二进制变量，分别表示第i个热电联产子系统中蓄电池/蓄热槽在t时段充放电和充放热的状态，和分别第i个热电联产子系统中蓄电池/蓄热槽在t时段充放电和充放热的上限值。和分别第i个热电联产子系统中蓄电池/蓄热槽在t时段充放电和充放热的效率，是第i个热电联产子系统中蓄电池/蓄热槽在t时段能量损失率，是第i个热电联产子系统中蓄电池/蓄热槽在t时段的储电/热水平，和分别表示第i个热电联产子系统中蓄电池/蓄热槽在t时段的容量下限和上限作为本专利技术的另一种改进，所述步骤S3中温度修正方程进一步包括：S31，温降方程：其中，τamb表示管段周围环境温度，λi表示第i条管段的导热系数，li表示第i条管段的长度；S32，同一节点流出的热媒具有相同的温度：其中，表示t时段内节点j处的热媒温度；S33，对于任意连接节点j，该处的热功率平衡方程如下：S34，对于热源，其节点的供水温度应等于设计好的供水温度：其中，τs表示设计供水温度。作为本专利技术的另一种改进，所述步骤S5中节点热价包括节点产热成本与节点传输成本之和。作为本专利技术的更进一步改进，所述节点产热成本为：其中，Qk，t是节点k的注入热功率，是节点i所产生的热功率，只有热源节点才能产生热功率，其他节点产生热功率为零；Au是顺流追踪矩阵，其第i行第j列元素如下,其中，是节点i的上游节点集合(即所有直接流入节点i的管段的始段节点集合)。对于热源节点i，其单位产热成本如下：其中，和分别是第i个热源在t时段内燃气轮机和燃气锅炉所产生的热功率；和分别是燃气轮机和燃气锅炉生成单位热功率所需要的产热成本；和分别是燃气轮机和燃气锅炉的制热效率；所述节点热传输成本为：其中，表示节点k的热负荷对管段j的热媒功率传输的贡献，是节点i的热负荷功率，对于换热站节点，其等于换热站与区域热网交换的热功率，对于连接节点，其值为零。Ad是逆流追踪矩阵，其第i行第j列元素如下：其中，是节点i的下游节点集合(即所有直接流出节点i的管段的末段节点集合)。是管段j的单位热传输损耗成本，表示如下：其中，β是权重因子，用来表示热传输损耗对单位热传输损耗成本的影响比率。所述节点热价包括节点产热成本和节点传输成本两部分：ck,t＝csk,t+ctk,t与现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，基于热网拓扑结构，建立区域热网模型；S2，基于步骤S1中区域热网模型，建立综合能源系统最优调度策略的目标函数及相应约束条件，根据初始热网温度求解最优调度策略并得到管网的热媒流量；S3，将步骤S2得到的热媒流量作为输入量，求解温度修正方程，得到新的热媒温度；S4，迭代求解最优调度策略：S41，设定相邻两次迭代的允许温差为迭代判据；S42，求解新热媒温度与初始热网温度的温差；S43，将步骤S42中温差与迭代判据做比较，若温差小于迭代依据，则迭代终止，否则将新热媒温度代替初始热网温度返回步骤S2，循环步骤S2至步骤S4；S5，根据步骤S4获得的最优调度策略参数，基于潮流追踪法，求解节点热价方程，得到节点热价。

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，基于热网拓扑结构，建立区域热网模型；S2，基于步骤S1中区域热网模型，建立综合能源系统最优调度策略的目标函数及相应约束条件，根据初始热网温度求解最优调度策略并得到管网的热媒流量；S3，将步骤S2得到的热媒流量作为输入量，求解温度修正方程，得到新的热媒温度；S4，迭代求解最优调度策略：S41，设定相邻两次迭代的允许温差为迭代判据；S42，求解新热媒温度与初始热网温度的温差；S43，将步骤S42中温差与迭代判据做比较，若温差小于迭代依据，则迭代终止，否则将新热媒温度代替初始热网温度返回步骤S2，循环步骤S2至步骤S4；S5，根据步骤S4获得的最优调度策略参数，基于潮流追踪法，求解节点热价方程，得到节点热价。2.如权利要求1所述的一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法，其特征在于所述步骤S1中区域热网模型进一步包括：热媒流量守恒约束、热媒流量约束、热功率约束及热源、换热站与区域热网交换热能约束，所述热媒流量守恒约束方程为：其中，mi，t表示第t时段第i条管段的热媒流量；表示所有与节点j相连的管段的集合；Θin表示所有连接节点组成的集合；所述热媒流量约束方程为：其中，和分别表示第t时段，与管段参考方向相同和相反的热媒流量；和均是二进制变量，用来表征管段中热媒的流向；所述热功率约束为：其中，c是水的比热容；和分别是供水管段始端与末端的热功率；是该管段传输中的热功率损失；和分别是供水管段始端与末端的热媒温度；τr是回水管段温度；所述热源、换热站分别与区域热网交换热能约束方程如下：其中，和表示t时段内区域热网与第i个热源和换热站的热交换功率；Θchp和Θsb分别表示热源和换热站的集合；和分别表示与热源和换热站相连的管段集合。3.如权利要求1所述的一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法，其特征在于所述步骤S2进一步包括：S21，建立综合能源系统最优调度策略的目标函数：其中，是第i个热电联产子系统的日运行成本，Cgrid是与电网交换功率成本，ΩCHP是热电联产子系统的集合；S22，建立热电联产子系统运行约束条件，所述约束条件包括热电功率平衡约束、与交换电功率费用约束、设备运行约束和储能运行约束。4.如权利要求3所述的一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法，其特征在于所述步骤S21中的第i个热电联产子系统日运行成本,为燃气轮机和燃气锅炉所消耗的燃料成本：其中，cgas是天然气的热值；是第i个热电联产子系统中的燃气轮机在t时段的输出电功率；是第i个热电联产子系统中的燃气锅炉在t时段的输出热功率；和分别是第i个热电联产子系统中燃气轮机和燃气锅炉的效率；Δt是时间间隔，N是日调度周期；所述综合能源系统与电网的交换功率成本Cgrid为：其中，和分别是综合能源系统在t时段从电网购电和卖电的价格，和分别是在t时段从电网购电和卖电的功率。5.如权利要求3所述的一种综合能源系统中区域热网的节点热价计算方法，其特征在于所述步骤S22中，所述热电功率平衡约束如下：其中，是第i个热电联产子系统中燃气轮机的热电比，和分别为第i个热电联产子系...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾伟，潘光胜，吴志，周苏洋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32