基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法，包括：在原有集中供热系统的多个热力站中分别布置电转热装置和蓄热装置，实现供热系统的热电互补；采用机理建模和数据辨识方法建立基于电转热装置和蓄热装置的集中供热系统数字孪生模型；基于预测的热用户各时段热负荷需求，构建电转热装置的启停控制策略和各时段蓄热装置的蓄放热容量计算模型；建立包括以供热运行成本和污染物排放量最小化的目标函数、供热系统约束条件的集中供热系统优化调度模型；采用智能算法对模型求解获得最优调度策略，通过最优调度策略对集中供热系统进行调控。本发明专利技术能够降低系统运行成本，提升经济效益，实现节能降耗，削峰填谷。谷。谷。

【技术实现步骤摘要】
基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法及装置


[0001]本专利技术属于智慧供热
，具体涉及一种基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法及装置。

技术介绍

[0002]长期以来北方地区冬季供暖以燃煤为主，缺乏清洁化处理，污染物排放量大，随着国家北方地区电能替代的不断推进，以电转热代替传统燃煤取暖逐渐占据越来越多的市场份额，利用夜间低谷电价，将夜晚低价热能收集存储，转移至白天高峰电价时段使用，从而降低用户采暖季运行成本。
[0003]电蓄热是一种广义上的储能系统，可作为时移负荷。按照蓄热介质的不同，可将电蓄热装置分为液体蓄热装置和固体蓄热装置，液体蓄热装置是以水、导热油或其他物质为介质；固体蓄热装置是储热材料内部通过热传导、辐射向外部传递热量，最终储热材料整体温度升高。
[0004]传统的蓄放热策略较为简单，对电转热装置和蓄热装置没有合理的控制策略和蓄放热容量计算模型，容易出现在蓄热量不足时，室内温度无法维持，影响用户体验，以及在工程层面衡量系统的经济性和环保性，并以其为目标，高效、快速、科学合理地找到一个符合实际应用的最佳调度策略时目前需要解决的问题。
[0005]基于上述技术问题，需要设计一种新的基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法及装置。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法及装置，实现高效、快速、科学合理的蓄放热调度。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法，所述优化调度方法包括：
[0009]步骤S1、在原有集中供热系统的多个热力站中分别布置电转热装置和蓄热装置，实现供热系统的热电互补；
[0010]步骤S2、采用机理建模和数据辨识方法建立基于电转热装置和蓄热装置的集中供热系统数字孪生模型；
[0011]步骤S3、基于预测的建筑物热用户各时段热负荷需求，构建电转热装置的启停控制策略和各时段蓄热装置的蓄放热容量计算模型；
[0012]步骤S4、建立包括以供热运行成本、污染物排放量和碳排放量最小化的目标函数、供热系统约束条件的集中供热系统优化调度模型；
[0013]步骤S5、采用智能算法对模型求解获得最优调度策略，通过最优调度策略对基于电转热装置和蓄热装置的集中供暖系统进行调控。
[0014]进一步，所述步骤S1中，所述电转热装置用于将电能转化为热能，对蓄热装置中的蓄热介质进行加热，经过供热管网将热能输送给热用户；所述蓄热装置用于储存转化的热能，与供热管网进行联合供热，在蓄热过程中，热水由供水管注入蓄热装置，冷水经回水管排出；在放热过程中，蓄热装置中的热水进入供水管，冷水从回水管流入；所述电转热装置通过设置的相应控制装置进行启停操作。
[0015]进一步，所述步骤S2中，采用机理建模和数据辨识方法建立基于电转热装置和蓄热装置的集中供热系统数字孪生模型，具体包括：
[0016]步骤S21、建立电转热装置的出力模型：
[0017]电转热装置加热功率P
eh,i,t
的上限为电转热的额定功率，且不能为负，表示为：0≤P
eh,i,t
≤D
i
，D
i
为母线i上安装的电转热装置的额定功率；
[0018]步骤S22、建立蓄热装置的出力模型：
[0019]母线i中的蓄热量S
i,t
大于0，并小于母线i中蓄热装置的容量C
i
，表示为：0≤S
i,t
≤C
i
；
[0020]根据能量守恒定律，下一时刻的实际蓄热量S
i,t+1
表示为：S
i,t+1
＝S
i,t
+(H
in,i,t
‑
H
out,i,t
)dt
‑
H
loss,i,t
，H
in,i,t
和H
out,i,t
分别为蓄热装置蓄热和放热功率，H
loss,i,t
为热损耗，H
loss,i,t
＝λS
i,t
，λ为热损耗率；
[0021]步骤S23、建立蓄热模型：当供热机组供给到热力站的热量Q
rec
大于热力站所需的热量Q
req
，则多余的热能将被存储到蓄热装置，直到蓄热量达到最大热容量TS
cap
；当Q
sto
‑
old
+Q
rec
‑
Q
req
≤TS
cap
时，Q
sto
‑
new
＝Q
sto
‑
old
+Q
rec
‑
Q
req
；否则，Q
sto
‑
new
＝TS
cap
；Q
sto
‑
old
表示上一时刻结束时蓄热装置中的蓄热量，Q
sto
‑
new
表示当前时刻结束时蓄热装置中的蓄热量；
[0022]步骤S24、建立放热模型：当供热机组供给的热量Q
rec
小于热力站所需的热量Q
req
，则将从蓄热装置中释放热量来补充不足的热量；当Q
sto
‑
old
+Q
rec
‑
Q
req
≥0时，Q
sto
‑
new
＝Q
sto
‑
old
+Q
rec
‑
Q
req
；否则，Q
sto
‑
new
＝0；
[0023]当供热机组供给的热量Q
rec
与热力站的需热量Q
req
相同，则蓄热装置不蓄热，也不放热，Q
sto
‑
new
＝Q
sto
‑
old
；
[0024]蓄热装置传递给热用户的热量：在给定时间段内从蓄热罐输送到热力站的热量Q
TS
，当Q
sto
‑
old
‑
Q
sto
‑
new
＞0时，Q
TS
＝Q
sto
‑
old
‑
Q
sto
‑
new
，Q
TS,max
＝Q
sto
‑
old
；否本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法，其特征在于，它包括：步骤S1、在原有集中供热系统的多个热力站中分别布置电转热装置和蓄热装置，实现供热系统的热电互补；步骤S2、采用机理建模和数据辨识方法建立基于电转热装置和蓄热装置的集中供热系统数字孪生模型；步骤S3、基于预测的建筑物热用户各时段热负荷需求，构建电转热装置的启停控制策略和各时段蓄热装置的蓄放热容量计算模型；步骤S4、建立包括以供热运行成本、污染物排放量和碳排放量最小化的目标函数、供热系统约束条件的集中供热系统优化调度模型；步骤S5、采用智能算法对模型求解获得最优调度策略，通过最优调度策略对基于电转热装置和蓄热装置的集中供热系统进行调控。2.根据权利要求1所述的基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法，其特征在于：所述电转热装置用于将电能转化为热能，对蓄热装置中的蓄热介质进行加热，经过供热管网将热能输送给热用户；所述蓄热装置用于储存转化的热能，与供热管网进行联合供热；在蓄热过程中，热水由供水管注入所述蓄热装置，冷水经回水管排出；在放热过程中，所述蓄热装置中的热水进入供水管，冷水从回水管流入；所述电转热装置通过设置的相应控制装置进行启停操作。3.根据权利要求1所述的基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用机理建模和数据辨识方法建立基于电转热装置和蓄热装置的集中供热系统数字孪生模型，具体包括：步骤S21、建立所述电转热装置的出力模型：所述电转热装置的加热功率P
eh,i,t
的上限为电转热的额定功率，且不能为负，表示为：0≤P
eh,i,t
≤D
i
，D
i
为母线i上安装的电转热装置的额定功率；步骤S22、建立所述蓄热装置的出力模型：母线i中的蓄热量S
i,t
大于0，并小于母线i中蓄热装置的容量C
i
，表示为：0≤S
i,t
≤C
i
；根据能量守恒定律，下一时刻的实际蓄热量S
i,t+1
表示为：S
i,t+1
＝S
i,t
+(H
in,i,t
‑
H
out,i,t
)dt
‑
H
loss,i,t
，其中，H
in,i,t
和H
out,i,t
分别为蓄热装置蓄热和放热功率，H
loss,i,t
为热损耗，H
loss,i,t
＝λS
i,t
，λ为热损耗率；步骤S23、建立蓄热模型：当供热机组供给到热力站的热量Q
rec
大于热力站所需的热量Q
req
，则多余的热能将被存储到蓄热装置，直到蓄热量达到最大热容量TS
cap
；当Q
sto
‑
old
+Q
rec
‑
Q
req
≤TS
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时，Q
sto
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new
＝Q
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‑
old
+Q
rec
‑
Q
req
；否则，Q
sto
‑
new
＝TS
cap
；Q
sto
‑
old
表示上一时刻结束时蓄热装置中的蓄热量，Q
sto
‑
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表示当前时刻结束时蓄热装置中的蓄热量；步骤S24、建立放热模型：当供热机组供给的热量Q
rec
小于热力站所需的热量Q
req
，则将从蓄热装置中释放热量来补充不足的热量；当Q
sto
‑
old
+Q
rec
‑
Q
req
≥0时，Q
sto
‑
new
＝Q
sto
‑
old
+Q
rec
‑
Q
req
；否则，Q
sto
‑
new
＝0；
当供热机组供给的热量Q
rec
与热力站的需热量Q
req
相同，则蓄热装置不蓄热，也不放热，Q
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；蓄热装置传递给热用户的热量：在给定时间段内从蓄热罐输送到热力站的热量Q
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sto
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‑
Q
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＞0时，Q
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＝Q
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，Q
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＝Q
sto
‑
old
；否则，Q
TS
＝0。4.根据权利要求1所述的基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法，其特征在于，所述步骤S3中，预测的建筑物热用户各时段热负荷需求，具体包括：构建预设时段内影响建筑物热用户负荷的多组影响变量数据，并获取各个影响变量数据的值和对应的历史负荷数据；基于灰色关联分析法计算各个影响变量数据与热用户负荷的关联度，将关联度大于预设值的筛选出来作为目标影响变量数据；从目标影响变量数据中选取至少一个目标影响变量值，并输入至负荷预测模型，得到热用户各时段的负荷需求预测值。5.根据权利要求1所述的基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法，其特征在于，所述步骤S3中，构建电转热装置的启停控制策略和各时段蓄热装置的蓄放热容量计算模型，具体包括：所述电转热装置的控制装置在预设第一时间段启动电转热装置对蓄热装置蓄热；在预设第二时间段启动蓄热装置对热网供热；所述第一时间段为基于电价波谷区域的时间段，所述第二时间段为基于电价波峰区域的时间段；其中，通过获取一个蓄放热周期内的分时电价预测数据，从电价最低起始时段开始，记录电价变化时刻，选取全天电价最低的低电价时段的起止时间作为电价波谷时间段，选取全天电价最高的高电价时段的起止时间作为电价波峰时间段；在波谷时间段的起始时刻，启动电转热装置对蓄热装置进行蓄热，当蓄热装置的热容量达到额定容量时，在进行蓄热的同时进行热网供热；在波谷时间段的截止时刻到来前，持续蓄热，若达到蓄热最大容量时，则控制电转热装置的功率，并维持蓄热最大容量，计算剩余蓄热量为总蓄热量；否则，剩余蓄热量为实际蓄热量；在波谷时间段的截止时刻到来时，关停电转热装置，仅由原有热网继续供热；在波峰时间段的起始时刻，由蓄热装置进行放热，原有热网同时供热，预估当前时间到下一周期的波谷起始时刻所需要的的热量，若该需要的热量大于剩余蓄热量，则在波峰时间段的截止时刻之后选取剩余供热时间段内电价处于波谷时间段进行蓄热；否则，从当前时刻到波峰时间段的截止时刻，不再启动电转热装置。6.根据权利要求5所述的基于电制热与集中供热多能互补系统优化调度方法，其特征在于，所述步骤S3还包括管网蓄热能力模型的建立：管网蓄放热模式包括动...

【专利技术属性】
技术研发人员：时伟，穆佩红，谢金芳，
申请(专利权)人：常州英集动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：