基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法技术

基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，包括：计算供热管道网络各节点处分支管道的工质传输时间延迟；按传输时间延迟从小到大的顺序，将各节点处分支管道串联合并为一根管道；计算合并后各管道的管道参数；判断供热管道网络是否还有分支管道，若有则重复前面步骤，若没有，则进设置化简阈值；将两端节点都没有分支管道流出的管道聚合成一个新的节点；计算聚合后各管道的管道参数；判断管道数量是否小于等于化简阈值E，若小于等于E，则得到最终符合化简需求的供热管道网络模型，若不满足，则重复重复前面步骤。本发明专利技术实现了热网化简，降低了电热联合调度中供热网络模型的数据维度；能够有效降低大规模电热联合调度的求解复杂性，提高了求解效率。提高了求解效率。提高了求解效率。

【技术实现步骤摘要】
基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法


[0001]本专利技术涉及电热联合调度模型
，具体涉及一种基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法。

技术介绍

[0002]近年来，在国家“大力发展新能源”和“推进集中供热”规划的主导下，我国“三北”(东北、华北、西北)地区正在形成高比例风电和高比例热电联产机组的能源结构。不确定性风电出力和热电联产机组以热定电模式造成的严重弃风问题，使得传统确定性电
‑
热分离运行系统开始向更广范围内协调电能和热能生产与消耗的电
‑
热综合能源系统转变。为维持电热综合能源系统的安全可靠运行，随机电热联合调度得到了大量的关注。
[0003]电热联合调度模型在求解时，需要考虑电热综合能源系统特殊结构下大规模热网对算法求解效率的影响。一方面，在电热综合能源系统中，电力系统和热力系统分属于两个部门，热力系统又由不同热力公司所管理的集中供热系统组成。因此，考虑电力系统运营商和各个热力公司的独立性，保护多主体两两之间交互的信息隐私是实现电热联合调度的前提。由于供热网络的全物理模型由各热力公司私有，电热联合调度中热网节点模型所需的物理信息参数无法提供给电力系统运营商或其他热力公司，从而无法进行集中式的电热联合调度。现有技术常采用Benders分解算法、交替方向乘子法等算法对电、热主体进行单独计算，虽然解决了电、热主体间的交互隐私问题，但是，难以适用于热力系统中不同热力公司之间的多主体隐私保护，上述协调调度方法还会增加调度过程的通信负担，降低了求解效率。另一方面，单个热力公司的供热面积可达几百到几千万平方米，供热管网铺设可达几十至几百公里，在考虑由多个集中供热系统组成的电热联合调度中，大规模的管道模型将产生巨量的热网状态约束，使得调度模型求解复杂。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，通过对热网结构进行变换并重新计算相应的管道参数，实现了热网化简，降低了电热联合调度中供热网络模型的数据维度；能够有效降低大规模电热联合调度的求解复杂性，提高了求解效率。
[0005]本专利技术采取的技术方案为：
[0006]基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：计算供热管道网络各节点处分支管道的工质传输时间延迟；
[0008]步骤2：按传输时间延迟从小到大的顺序，将各节点处分支管道串联合并为一根管道；
[0009]步骤3：计算合并后各管道的管道参数；
[0010]步骤4：判断供热管道网络是否还有分支管道，若有则重复步骤1
‑
步骤3，若没有，则进行步骤5；
[0011]步骤5：设置化简阈值E；
[0012]步骤6：将两端节点都没有分支管道流出的管道聚合成一个新的节点；
[0013]步骤7：计算聚合后各管道的管道参数；
[0014]步骤8：判断管道数量是否小于等于化简阈值E，若小于等于E，则得到最终符合化简需求的供热管道网络模型，若不满足，则重复步骤6
‑
步骤7。
[0015]本专利技术一种基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，有益效果如下：
[0016]1)：采用本专利技术方法化简后的供热网络模型，保留了管道尺寸、管道材料属性等信息，重新计算了相关参数：管道横截面积A、管道长度L、管道热损因子h、管道质量流量μ、管道节点处通往热负荷的流量m。化简后供热网络模型仍能进行热网管道温度动态变化的准确描述，有利于在简化电热综合能源系统的调度问题的同时，提供系统所需的管道储能、惯性特性，从而增加电热综合能源系统的运行灵活性、促进可再生能源的消纳。
[0017]2)：经过本专利技术方法化简后的供热网络模型，大大降低了其中的管道数量，运用于电热联合调度时则大大减少了其巨量约束，能有效降低大规模电热联合调度的求解复杂性，提高了求解效率。
[0018]3)：本专利技术方法所得供热网络模型，拓扑结构简单，管道长度、横截面积和负荷位置等信息变化较大，可以起到隐私信息加密作用，基于此可真正实现电热综合能源系统的集中调度构想。
附图说明
[0019]图1(a)为供热网络结构示意图。
[0020]图1(b)为本专利技术方法步骤1～步骤3示意图。
[0021]图1(c)为本专利技术方法步骤4示意图。
[0022]图1(d)为本专利技术方法步骤6～步骤7示意图。
[0023]图2为含30根管道的集中供热系统结构图。
[0024]图3为热源供热温度曲线图。
[0025]图4(a)为模型1
‑
模型2的热源返回温度曲线图；
[0026]图4(b)为模型1
‑
模型3的热源返回温度曲线图；
[0027]图4(c)为模型1
‑
模型4的热源返回温度曲线图；
[0028]图4(d)为模型1
‑
模型5的热源返回温度曲线图；
[0029]图4(e)为模型1
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模型6的热源返回温度曲线图；
[0030]图4(f)为模型1
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模型7的热源返回温度曲线图。
[0031]图5为电热综合能源系统模型图。
[0032]图6为电负荷预测曲线图。
[0033]图7为风电最大出力预测曲线图。
[0034]图8为集中供热系统I、II热负荷曲线图。
[0035]图9(a)为模型1
‑
模型5中风电场下各机组电出力图；
[0036]图9(b)为模型1
‑
模型5中火电机组1下各机组电出力图；
[0037]图9(c)为模型1
‑
模型5中火电机组2下各机组电出力图；
[0038]图9(d)为模型1
‑
模型5中火电机组3下各机组电出力图；
[0039]图9(e)为模型1
‑
模型5中CHP机组1下各机组电出力图；
[0040]图9(f)为模型1
‑
模型5中CHP机组2下各机组电出力图。
[0041]图10(a)为模型1
‑
模型5中CHP机组1下各机组热出力图；
[0042]图10(b)为模型1
‑
模型5中CHP机组2下各机组热出力图。
具体实施方式
[0043]基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，所述供热管道网络为集中供热系统中常见的树状结构，如图1(a)所示。所述供热网络模型包括管道拓扑结构和各管道的参数。各管道的参数指的是足够适用于供热网络模拟、热力系统调度和综合能源调度问题，包括管道横截面积A、管道长度L、管道热损因子h、管道质量流量μ、管道节点处通往热负荷的质量流量m。
[0044]供热网络模型优化方法包括以下步骤：
[0045]步骤1：计算供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：计算供热管道网络各节点处分支管道的工质传输时间延迟；步骤2：按传输时间延迟从小到大的顺序，将各节点处分支管道串联合并为一根管道；步骤3：计算合并后各管道的管道参数；步骤4：判断供热管道网络是否还有分支管道，若有则重复步骤1
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步骤3，若没有，则进行步骤5；步骤5：设置化简阈值E；步骤6：将两端节点都没有分支管道流出的管道聚合成一个新的节点；步骤7：计算聚合后各管道的管道参数；步骤8：判断管道数量是否小于等于化简阈值E，若小于等于E，则得到最终符合化简需求的供热管道网络模型，若不满足，则重复步骤6
‑
步骤7。2.根据权利要求1所述基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，其特征在于：所述步骤1中，计算工质传输的时间延迟为：式中：τ为工质传输时间延迟，ρ
w
为管道中工质的密度，V
w
为管道中工质的体积，μ为管道中工质的质量流量。3.根据权利要求1所述基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，其特征在于：所述步骤3中，各管道的管道参数包括管道横截面积A、管道长度L、管道热损因子h、管道质量流量μ、管道节点处通往热负荷的质量流量m。4.根据权利要求1所述基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，其特征在于：所述步骤3中，计算合并后各管道的管道参数，具体如下：(1)、计算各管道时间延迟为：τ
e'
＝τ
e
‑
τ
ea
,e∈V
+
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：V
+
为由节点v起始的管道集合，节点v属于热网节点集合Ω
V
；τ
e
为管道e的工质传输时间延迟；τ
ea
为管道ea的工质传输时间延迟；τ
e'
为经过步骤2变换后的管道e的工质传输时间延迟；(2)各支路管道质量流量为：式中：V
+
为由节点v起始的管道集合，节点v属于热网节点集合Ω
V
；τ
j
为管道j的工质传输延迟；τ
e
为管道e的工质传输延迟；μ
i
为管道i中工质流过的质量流量；μ
j
为管道j中工质流过的质量流量；μ
e'
为经过步骤2变换后的管道e中工质流过的质量流量；(3)各管道工质体积为：
式中：V
+
为由节点v起始的管道集合，节点v属于热网节点集合Ω
V
；μ
e
为管道e中工质流过的质量流量；μ
ea
为管道ea中工质流过的质量流量；μ
e'
为经过步骤2变换后的管道e中工质流过的质量流量；为管道e中的工质体积；为管道ea中的工质体积；经过步骤2变换后的管道e中的工质体积；(4)各支路管道工质流速为：式中：V
+
为由节点v起始的管道集合，节点v属于热网节点集合Ω
V
；τ
i
为管道i的工质传输延迟；τ
e
为管道e的工质传输延迟；μ
i
为管道i中工质流过的质量流量；v
i
为管道i的工质流速；v
e'
为经过步骤2变换后的管道e中的工质流速；(5)计算各管道截面积为：式中：V
+
为由节点v起始的管道集合，节点v属于热网节点集合Ω
V
；τ
i
为管道i的工质传输延迟；τ
e
为管道e的工质传输延迟；μ
e'
为经过步骤2变换后的管道e中工质流过的质量流量；μ
i
为管道i中工质流过的质量流量；A
i
为管道i的横截面积；A
e'
为经过步骤2变换后的管道e的横截面积；(6)计算各管道长度为：式中：V
+
为由节点v起始的管道集合，节点v属于热网节点集合Ω
V
；τ
i
为管道i的工质传输延迟；τ
e
为管道e的工质传输延迟；
L
e'
为经过步骤2变换后的管道e的长度；为管道e中的工质体积；为管道ea中的工质体积；μ
e
为管道e中工质流过的质量流量；μ
ea
为管道ea中工质流过的质量流量；μ
i
为管道i中工质流过的质量流量；A
i
为管道i的横截面积；(7)计算各管道热损因子为：式中：V
+
为由节点v起始的管道集合，节点v属于热网节点集合Ω
V
；τ
i
为管道i的工质传输延迟；τ
e
为管道e的工质传输延迟；L
e
为管道e的长度；L
e'
为经过步骤2变换后的管道e的长度；L
i
'为经过步骤2变换后的管道i的长度；h
e
为管道e的热损因子；h
e'
为经过步骤2变换后的管道e的热损因子；h
i'
为经过步骤2变换后的管道i的热损因子；μ
e
为管道e中工质流过的质量流量；μ
e'
为经过步骤2变换后的管道e中工质流过的质量流量；μ
i'
为经过步骤2变换后的管道i中工质流过的质量流量。5.根据权利要求1所述基于供热管道网络拓扑变换的供热网络模型优化方法，其特征在于：所述步骤5中，化简阈值E，表示期望化简后所达到的管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，马宇飞，向紫藤，叶婧，岳东，张赟宁，黄悦华，李振华，刘颂凯，杨楠，张涛，薛田良，程江洲，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：