供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法其包括：确定供热系统性质和碳排放边界；基于工艺流程建模软件构建碳转化过程模型；对供热系统模型进行辨识修正；对供热系统进行参数优化；逐层级模拟计算设备间和工艺流程中的碳流动足迹；根据优化需求建立不同层级的总期望收益目标函数和约束条件；通过工艺流程模型、约束条件以及目标函数构建低碳优化运行调度决策模型；基于优化调度决策模型根据实时调度命令对各热源机组供热模式进行实时优化，对热电出力进行调度，充分考虑了不同热源的供热模式和碳排放配额展现了碳的流动足迹，实现了对热源机组的参数优化和热电负荷的实时优化，使得优化调度结果兼顾了经济性和环保性。果兼顾了经济性和环保性。果兼顾了经济性和环保性。

【技术实现步骤摘要】
供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法


[0001]本专利技术属于城市集中供热系统的低碳智慧调控
，具体涉及一种供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法。

技术介绍

[0002]温室效应引起的极端天气日益严重，同时为达到全球温升竭力控制在1.5℃的目标，中国在第七十五届联合国大会上正式提出碳排放2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和的目标，促使全国碳交易市场的正式开放，碳交易体系逐渐得到完善。
[0003]目前，国家发改委下发了碳排放核算的相关政策，各省纷纷响应，出台了系列二氧化碳排放核算要求，排放因子法、实测法和质量平衡法是应用最为广泛的三种方法，其中排放因子法适用于特定区域的粗略宏观计算，比如国家、省份、城市等，实测法是基于排放源测量碳排放数据，计算较为准确，对于火力发电厂、钢铁厂等重点碳排放源行业较为适用，但上述两种方法都是基于碳排放总输入总输出的一种思路，无法区分各类设备之前的差异，且对检测设备要求较为严格，而质量平衡法则可以基于具体设备和工艺流程进行碳排放的计算，这种方法有利于比较不同设备和工艺流程的优劣，但是不够直观。发电行业作为碳排放的主要源头，系统较为复杂，准确且直观的计算碳排放量和碳流动足迹难度较大，虽然《省级温室气体清单编制指南(试行)》中提出分部门、分燃料品种、分设备的计算方法，但很难具体实施，目前仍统一采用排放因子法，这种忽略地区能源品质差异、机组燃烧效率差异等因素的方法，对于整个碳交易市场的长远发展是不利的。
[0004]供热系统与发电行业密切相关，由此造成的碳排放亟需得到控制，找到一种有效计算不同设备、工艺流程和供热发电模式的碳排放量的方法是重中之重，基于这种方法才能有序进行低碳优化运行调度。目前热源侧的运行调度方法依然是基于人工决策，这种方法虽然简单，但无法兼顾经济性和环保性，随着“双碳”政策和城市大脑理念的提出，单热源、多热源低碳实时优化调度决策的优势将逐渐显露出来。
[0005]因此，基于上述技术问题需要设计一种供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法，包括：
[0008]确定供热系统性质和碳排放边界；
[0009]基于工艺流程建模软件构建单热源、多热源和热网的设备和工艺流程碳转化过程模型；
[0010]对供热系统模型进行辨识修正；
[0011]对供热系统进行参数优化；
[0012]逐层级模拟计算设备间和工艺流程中的碳流动足迹；
[0013]根据优化需求建立不同层级的总期望收益目标函数和约束条件；
[0014]通过工艺流程模型、约束条件以及目标函数构建低碳优化运行调度决策模型；
[0015]基于优化调度决策模型，根据实时调度命令，对各热源机组供热模式进行实时优化，对热电出力进行调度。
[0016]进一步，所述确定供热系统性质的方法包括:
[0017]根据供热系统热平衡图或DCS运行界面分析供热模式类型，确定供热系统性质；
[0018]所述确定供热系统碳排放边界的方法包括：
[0019]确定供热系统性质，根据供热系统性质，明确碳排放来源，确定供热系统的碳排放边界，即碳流入因素和碳流出因素；
[0020]所述碳流入因素包括：化石燃料的燃烧、外购电力、外购热力、外购蒸汽和其他含碳物质；
[0021]所述碳流出因素包括：对外供电、对外供热、对外供汽、碳捕集和其他含碳产物；
[0022]对于供热系统内部的具体设备，碳排放量的考虑因素包括：碳流入、碳流出因素和设备性能因素。
[0023]进一步，所述基于工艺流程建模软件构建单热源、多热源和热网的设备和工艺流程碳转化过程模型的方法包括：
[0024]根据供热系统性质确定工艺流程建模软件；
[0025]根据实际需求确定建模对象，建模对象分为单热源、多热源和热网；
[0026]单热源、多热源和热网的碳转化过程建模包括：设备级建模和工艺流程建模，即
[0027]设备级建模：对供热系统内部的设备进行建模，考虑物流流经设备后产生的碳排放，将置于工艺流程黑箱中的设备进行拆分，综合考虑设备的性质因素，模拟计算碳排放情况；
[0028]工艺流程建模：对供热系统的工艺流程进行建模，将工艺流程看作一个黑箱，从宏观上模拟计算整个系统不同供热模式下的碳排放情况；
[0029]基于工艺流程建模软件的单热源建模过程包括：
[0030]根据供热设备性质因素对设备进行建模，确定供热系统不同设备的输入输出参数以及输入参数额定工况下的初始数值，构建各设备模型；基于设备模型，连接汽水流程，构建整个工艺流程的碳转化模型，将宏观建模和细节建模相结合；
[0031]所述输入输出参数为：
[0032]其中，X为输入参数；Y为输出参数；i为热源机组的第i个输入参数；j为热源机组的第j个输出参数；m为第m个热源。
[0033]建模对象为单热源系统，单热源系统内部包括不同的机组类型，机组由多种设备组成；
[0034]多个单热源系统构成多热源系统，将所有热源纳入供热管网中，构成整个热网，通过逐级建模的方式，对多热源、热网的碳排放情况进行模拟分析，即
[0035]多热源建模：确定集中供热系统多热源中各热源的类别和性质，按照单热源建模方式逐个建模；
[0036]热网建模：多热源建模完成后，连接管道和泵，构建整个热网模型。
[0037]进一步，所述对供热系统模型进行辨识修正的方法包括：
[0038]基于分散控制系统的运行数据，建立各工况关系模型的参数数据样本集，对供热系统机组的设备模型进行辨识修正：
[0039]通过数据清洗算法对DCS系统的运行数据进行清洗，确定正确的参数数据样本集，对设备模型的参数曲线进行修正：
[0040]N/ND＝f(M/MD)
[0041]其中N为需要修正的参数；ND为该修正参数的标称值；M为流经设备的流量；M为流经设备的流量标称值。
[0042]基于参数数据样本集，对各设备模型进行模型辨识修正，构建严格符合供热系统实际运行工况的机组工艺流程模型。
[0043]进一步，所述对供热系统进行参数优化的方法包括：
[0044]根据输入参数X
i
，采用控制变量的方式，调整参数范围[MinX
i
,MaxX
i
]，对输出参数Y
j
进行敏感度分析；
[0045]确定单个输入参数与输出参数的关系，根据敏感度分析曲线获得最佳优化调整参数范围；
[0046]Y
i
＝f(X
i
,(X1,X2,......,X
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法，其特征在于，包括：确定供热系统性质和碳排放边界；基于工艺流程建模软件构建单热源、多热源和热网的设备和工艺流程碳转化过程模型；对供热系统模型进行辨识修正；对供热系统进行参数优化；逐层级模拟计算设备间和工艺流程中的碳流动足迹；根据优化需求建立不同层级的总期望收益目标函数和约束条件；通过工艺流程模型、约束条件以及目标函数构建低碳优化运行调度决策模型；基于优化调度决策模型，根据实时调度命令，对各热源机组供热模式进行实时优化，对热电出力进行调度。2.如权利要求1所述的供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法，其特征在于，所述确定供热系统性质的方法包括:根据供热系统热平衡图或DCS运行界面分析供热模式类型，确定供热系统性质；所述确定供热系统碳排放边界的方法包括：根据供热系统性质，明确碳排放来源，确定供热系统的碳排放边界，即碳流入因素和碳流出因素；所述碳流入因素包括：化石燃料的燃烧、外购电力、外购热力、外购蒸汽和其他含碳物质；所述碳流出因素包括：对外供电、对外供热、对外供汽、碳捕集和其他含碳产物；对于供热系统内部的具体设备，碳排放量的考虑因素包括：碳流入、碳流出因素和设备性能因素。3.如权利要求2所述的供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法，其特征在于，所述基于工艺流程建模软件构建单热源、多热源和热网的设备和工艺流程碳转化过程模型的方法包括：根据供热系统性质确定工艺流程建模软件；根据实际需求确定建模对象，建模对象分为单热源、多热源和热网；单热源、多热源和热网的碳转化过程建模包括：设备级建模和工艺流程建模，即设备级建模：对供热系统内部的设备进行建模，考虑物流流经设备后产生的碳排放，将置于工艺流程黑箱中的设备进行拆分，综合考虑设备的性质因素，模拟计算碳排放情况；工艺流程建模：对供热系统的工艺流程进行建模，将工艺流程内部看作一个黑箱，从宏观上模拟计算整个系统不同供热模式下的碳排放情况；基于工艺流程建模软件的单热源建模过程包括：根据供热设备性质对设备进行建模，确定供热系统不同设备的输入输出参数以及输入参数额定工况下的初始数值，构建各设备模型；基于设备模型，连接汽水流程，构建整个工艺流程的碳转化模型，将宏观建模和细节建模相结合；
所述输入输出参数为：其中，X为输入参数；Y为输出参数；i为热源机组的第i个输入参数；j为热源机组的第j个输出参数；m为第m个热源。建模对象为单热源系统，单热源系统内部包括不同的机组类型，机组由多种设备组成；多个单热源系统构成多热源系统，将所有热源纳入供热管网中，构成整个热网，通过逐级建模的方式，对多热源、热网的碳排放情况进行模拟分析，即多热源建模：确定集中供热系统多热源中各热源的类别和性质，按照单热源建模方式逐个建模；热网建模：多热源建模完成后，连接管道和泵，构建整个热网模型。4.如权利要求3所述的供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法，其特征在于，所述对供热系统模型进行辨识修正的方法包括：基于分散控制系统的运行数据，建立各工况关系模型的参数数据样本集，对供热系统的设备模型进行辨识修正：通过数据清洗算法对DCS系统的运行数据进行清洗，确定正确的参数数据样本集，对设备模型的参数曲线进行修正：N/ND＝f(M/MD)其中N为需要修正的参数；ND为该修正参数的标称值；M为流经设备的流量；M为流经设备的流量标称值。基于参数数据样本集，对各设备模型进行模型辨识修正，构建严格符合供热系统实际运行工况的工艺流程模型。5.如权利要求4所述的供热系统碳转化过程建模和低碳优化运行调度决策的方法，其特征在于，所述对供热系统进行参数优化的方法包括：根据输入参数X
i
，采用控制变量的方式，调整参数范围[MinX
i
,MaxX
i
]，对输出参数Y
j
进行敏感度分析；确定单个输入参数与输出参数的关系，根据敏感度分析曲线获得最佳优化调整参数范围；Y
i
＝f(X
i
,(X1,X2,......,X
i
‑1,X
i+1
,......))；其中，设定(X1，X2,......,X
i
‑1,X
i+1
,......)输入变量为定值；根据优化结果，对供热系统单热源的单个设备、单个机组进行调试，在兼顾热电输出的基础上确保碳排放最低。6.如权利要求5所述的供热系统碳转化过...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘珍珍，裘天阅，吴云凯，
申请(专利权)人：杭州英集动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：