一种供热管网等效建模方法技术

本发明专利技术提供了一种供热管网等效建模方法，该法包括：按流体网络建模技术建立集中供热一次管网系统数学模型、建立的数学模型的等效聚合，得到模型参数和校验模型参数与实测数据是否存在偏差。本发明专利技术提供的根据传热学、流体力学原理和动力系统建模方法，基于流体网络建模技术建立的符合实际供热管网物理特性；通过拓扑结构简化、关键参数辨识和现场实测数据，实现了大型复杂供热系统模型的简化与校核，提高了热电联合优化模型计算速度和精确度。

Equivalent modeling method of heating pipe network

The invention provides a heating network equivalent modeling method, the method includes: the equivalent mathematical model of central heating pipe network system, a mathematical model based on fluid network modeling technology of the polymerization, the existence of the deviation of the model parameters and the calibration of model parameters and the measured data. The present invention provides according to heat transfer, fluid mechanics principle and dynamic system modeling method, which accords with the actual physical property of heating pipe network to establish fluid network modeling technology based on the key; parameter identification and field data simplification, topology structure, realization of the large complex for simplification and heat checking system model, improve the combined optimization model speed and accuracy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统领域，具体讲涉及一种供热管网等效建模方法。
技术介绍
随着化石燃料的逐步枯竭以及能源结构综合优化调整问题的逐渐突出，世界各国发展新能源的意识都在不断加强。作为最具开发规模的可再生能源发电代表的风电，近年来受重视的程度越来越高，开发利用发展迅速，但是由于风电出力随风而定，时间上不稳定，空间上不均衡，具有随机性和波动性以及反调峰等特性，使得风力发电的消纳问题比较突出，弃风现象普遍并且严重。一些高纬度地区的供热以大型热电联产集中供热为主，城市供热管网容积巨大，保温性能好，具有较高的热惯性，业已构成巨大的储热系统。在保证供热前提下，可以通过供热管网的储热特性和热惯性平移供热机组的热负荷，适当降低供热机组的热出力，提升供热机组的调峰能力，为新能源发电提供空间。因此，需要研究表征集中供热管网系统储热能力和热惯性的特征参数，建立城市供热系统的热特性模型，为热-电联合优化运行控制提供理论基础。但供热管网具有复杂拓扑结构，面对这样一个复杂系统的建模，需要巨大的计算量，现有技术无法满足计算的快速性要求。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出了一种供热管网等效建模方法，简化城市供热管网的数学模型，大幅缩减了变量规模，有效提升该问题的求解速度。一种供热管网等效建模方法，所述方法包括：I、按流体网络建模技术建立集中供热一次管网系统数学模型；II、所述管网系统数学模型的等效聚合，得到模型参数；III、校验模型参数与实测数据是否存在偏差。进一步的，所述步骤I的集中供热一次管网系统数学模型包括一次管网稳态水力模型和供热管网稳态热力模型；所述一次管网稳态水力模型如下式所示：其中，A为流体网络的基本关联矩阵，A＝(aij)n×b；G为管网的流量对角阵，G＝(gj)b×b；Q为管网节点流量矩阵，Q＝(qi)n×b；B为流体网络的基本回路矩阵，B＝(bcj)c×b；S为管网阻力系数对角阵，S＝(sj)b×b；Z为管网节点的高度差矩阵，Z＝(zj)b×b；M为水泵扬程列向量，M＝(mj)b×1；所述供热管网稳态热力仿真模型如下式所示：其中，c为水的比热容；G为管道流量对角阵，G＝(gj)b×b；Tin为管道入口流体温度列向量，Tin＝(tj,in)b×1；Tout为管道末端流体温度列向量，Tout＝(tj,out)b×1；H为热源节点输入能量列向量，H＝(hi)b×1；U为热用户节点消耗能量列向量，U＝(ui)b×1；D为管道单位时间散热量列向量，D＝(dj)b×1；TNode为流入到管道中的流体温度，TNode＝(tNode,i)n×1；K表示管道的集总散热系数，K＝(kij)n×b。进一步的，所述一次管网稳态水力模型的约束包括：流体网络i节点的流量qi的约束如下式所示：其中，aij为流动方向符号函数，i＝1,…,n，j＝1,…,b；gj为管道j的质量流量，单位为kg/s；b为管道数目；回路压力平衡约束如下所示：其中，bcj为分支流动方向符号函数，c＝1,…,b-n；hj为管道j两端的压力水头之差，单位为Pa；管网中任一管道的两端的压力水头之差的约束如下式所示：hj＝sjgj2+zj-mj其中，sj为管道j的阻力系数，单位为Pa/(kg/s)2；zj为管道j两节点间水压差，单位为Pa；mj为管道j中水泵的扬程，单位为Pa。进一步的，所述供热管网稳态热力模型的约束包括：节点能量平衡约束和管道散热平衡约束分别如下式所示：gjctj,in＝gjctj,out+djj＝1,2,…,b其中，gjctj,out为j管道在i节点传入的热量，单位为W；gj为j管道的流量，单位为kg/s；c为水比热，单位为J/[kg·K]；tj,out为j管道出口端温度，单位为K；hi为热源向i节点传入的热量，单位为W；gjctj,in为i节点输出到j管道的热量，单位为W；tj,in为j管道入口端温度；ui为i节点的用户消耗的热量，单位为W；dj为j管道向外界的散热量，单位为W；流体在节点处流入到不同管道中的流体温度tNode,i的约束如下式所示：tNode,i＝ki,jtj,in其中，kij为当j管道以i节点为起点时为1，否则为0。进一步的，所述步骤II包括：按照简化前后温度延迟一致和等价流动阻力不变的原则对步骤I的所述一次管网系统数学模型进行简化；通过matlab仿真计算获得流动阻力特性系数、管道热损失系数和换热设备换热系数。进一步的，所述步骤III的实测数据包括：管道流量、节点相对压力和管网管道的进出口水温。进一步的，所述步骤III包括：基于一次管网系统数学模型简化模型，用管道实测进口水温计算出口水温，并与实测出口水温比较；若存在偏差，根据现场实测数据，重新计算获得流动阻力特性系数、管道热损失系数和换热设备换热系数；若不存在偏差，则输出一次管网系统数学模型简化模型。一种供热管网等效建模装置，所述装置包括：采集模块，用于采集管道流量、节点相对压力和管网管道的进出口水温；信息接收模块，与采集模块相连，用于接收采集模块采集的数据；处理模块，与信息接收模块相连，并根据所述信息接收模块接收的数据计算出口水温；比较模块，与处理模块相连，用于处理模块计算的出口水温与实测出口水温的比较；输出模块，与比较模块相连，用于输出比较结果。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：1、本专利技术提供的技术方案通过拓扑结构简化、关键参数辨识和现场实测数据，实现大型复杂供热系统模型的简化与校核，提高热电联合优化模型计算速度和精确度。2、本专利技术提供的技术方案用表征集中供热管网系统储热能力和热惯性的特征参数建立城市供热系统的热特性模型，为热-电联合优化运行控制提供了可靠的技术支撑。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术所用装置。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示是本专利技术的方法的具体实施步骤，首先根据传热学、流体力学原理和动力系统建模方法，基于流体网络建模技术，建立集中供热一次管网系统数学模型。一次管网系统数学模型如下所示：(1)首先建立一次管网稳态水力模型任何流体网络系统都满足质量、能量守恒这两大物理定律。假设某流体网络有b个管道，n+1个节点，根据质量守恒原理，对于任何流体网络，与某一节点相连的所有分支流量的代数和等于该节点的出流量：式中：aij——流动方向符号函数(i＝1,…,n；j＝1,…,b)当i节点为j管道的端点且gj流出该节点时取值为1，反之为-1，当i节点不是j管道的任一端点时取值为0；gj——管道j的质量流量(kg/s)；qi——i节点的节点流量(kg/s)，流入节点为正，流出为负。根据能量守恒原理，任何流体网络沿任意独立回路，各管道压力降的代数和为零，回路压力平衡方程可表示为式中：bcj——分支流动方向符号函数(c＝1,…,b-n)，当管道j包含在c回路中并与回路同向时bcj取值为1，反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供热管网等效建模方法，其特征在于，所述方法包括：I、按流体网络建模技术建立集中供热一次管网系统数学模型；II、所述管网系统数学模型的等效聚合，得到模型参数；III、校验模型参数与实测数据是否存在偏差。

【技术特征摘要】
1.一种供热管网等效建模方法，其特征在于，所述方法包括：I、按流体网络建模技术建立集中供热一次管网系统数学模型；II、所述管网系统数学模型的等效聚合，得到模型参数；III、校验模型参数与实测数据是否存在偏差。2.如权利要求1所述的一种供热管网等效建模方法，其特征在于，所述步骤I的集中供热一次管网系统数学模型包括一次管网稳态水力模型和供热管网稳态热力模型；所述一次管网稳态水力模型如下式所示：AG=QB(S|G|G+Z-M)=0]]>其中，A为流体网络的基本关联矩阵，A＝(aij)n×b；G为管网的流量对角阵，G＝(gj)b×b；Q为管网节点流量矩阵，Q＝(qi)n×b；B为流体网络的基本回路矩阵，B＝(bcj)c×b；S为管网阻力系数对角阵，S＝(sj)b×b；Z为管网节点的高度差矩阵，Z＝(zj)b×b；M为水泵扬程列向量，M＝(mj)b×1；所述供热管网稳态热力仿真模型如下式所示：cGTout+H=cGTin+UcG(Tin-Tout)=DTNode=KTin]]>其中，c为水的比热容；G为管道流量对角阵，G＝(gj)b×b；Tin为管道入口流体温度列向量，Tin＝(tj,in)b×1；Tout为管道末端流体温度列向量，Tout＝(tj,out)b×1；H为热源节点输入能量列向量，H＝(hi)b×1；U为热用户节点消耗能量列向量，U＝(ui)b×1；D为管道单位时间散热量列向量，D＝(dj)b×1；TNode为流入到管道中的流体温度，TNode＝(tNode,i)n×1；K表示管道的集总散热系数，K＝(kij)n×b。3.如权利要求2所述的一种供热管网等效建模方法，其特征在于，所述一次管网稳态水力模型的约束包括：流体网络i节点的流量qi的约束如下式所示：Σj=1baijgj=qi]]>其中，aij为流动方向符号函数，i＝1,…,n，j＝1,…,b；gj为管道j的质量流量，单位为kg/s；b为管道数目；回路压力平衡约束如下所示：Σj=1bbcjhj=0]]>其中，bcj为分支流动方向符号函数，c＝1,…,b-n；hj为管道j两端的压力水头之差，单位为Pa；管网中任一管道的两端的压力水头之差的约束如下式所示：hj＝sjgj2+zj-mj其中，sj为管道j的阻力系数，单位为Pa/(kg/s)2；zj为管道j两节点间水压差，单...

【专利技术属性】
技术研发人员：许彦平，王伟胜，刘纯，黄越辉，王跃峰，曹阳，孙勇，许晓艳，马烁，礼晓飞，张楠，王晶，潘霄峰，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网吉林省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11