一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法技术方案

本发明专利技术公开了一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，包括以下步骤：1)构造4G区域供暖系统的产消者状态模型；2)构造4G区域供暖系统的管道流量模型；3)构造4G区域供暖系统的管道水温变化模型；4)构造4G区域供暖系统的节点温度混合模型；5)分布式获取4G区域供暖系统的热网潮流。本发明专利技术的方法通过分布式算法加快计算效率和计算速度，并且保护产消者和热网运营商的隐私，具有较好的可拓展性，可以适应产消者不断地加入区域供暖系统。可以适应产消者不断地加入区域供暖系统。可以适应产消者不断地加入区域供暖系统。

【技术实现步骤摘要】
一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法


[0001]本专利技术涉及区域供暖系统及热网潮流获取领域，特别是涉及一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法。

技术介绍

[0002]面对日益严峻的能源危机和环境问题，第四代(4G)区域供暖系统凭借着其低温低耗，节能环保的优势受到广泛的研究。但随着越来越多的用户参与到4G区域供暖系统进行交易，热网系统的建模和潮流计算成为了一个重点研究问题。4G区域供热系统具有供水管和回水管两根管道，热量通过水为媒介供水管输送，到达用户端时通过热交换机进行充分的热交换，从而为用户端提供热量，再通过回水管将水输送回热源。
[0003]传统获取热网潮流需要首先得到所有用户的信息，之后在统一的计算中心进行计算。但随着更多的用户在4G热网内进行交易，巨大的信息通讯量和数据使得计算难度和成本大幅度增加，而且不利于对用户隐私的保护。D.Chen等人提出了一种有向节点势能的方法用于降低热网潮流计算的复杂性，从而达到加快计算速度和效率。但该方法无法对参与区域供暖系统中产消者和热网运营商的隐私得到保护(Chen D,Li Y,Abbas Z,Li D,Wang R.Network flow calculation based on the directional nodal potential method for meshed heating networks[J].Energy,2022,243:122729.)。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，首先根据4G区域供热系统的热能双向流动等特点实现对热网潮流模型的准确建模。由于4G区域热网是工质分式调控，传统的集中式热网潮流获取方法收到局限。因此本专利技术采用分布式方法获取热网潮流的具体信息，该方法只需各产消者已知所在区域局部的热网信息，并通过与相邻的产消者通信得以实现，从而保护各产消者和热网运营商的信息隐私。因此，本专利技术的方法不仅通过分布式计算提高计算速度和计算效率，还保护用户和热网运营商的信息隐私，具有实际的工程意义。
[0005]本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。
[0006]一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，包括以下步骤：
[0007]1)构造4G区域供暖系统的产消者状态模型；
[0008]2)构造4G区域供暖系统的管道流量模型，所述管道流量模型包括流过每个产消者的热交换机的流量和供水管道中的流量；
[0009]3)构造4G区域供暖系统的管道水温变化模型，所述管道水温变化模型包括热量传输过程中温度的损耗和热交换机实际需要抽取或注入的热量；
[0010]4)构造4G区域供暖系统的节点温度混合模型，节点温度混合模型包括供水管的混合水温和回水管的混合水温；
[0011]5)通过分布式方法获取4G区域供暖系统的热网潮流。
[0012]进一步的，所述步骤1)中4G区域供暖系统的产消者状态模型包括：
[0013]根据产消者之间该时刻的交易情况，每个产消者预计注入热网或从热网吸收的能量为：
[0014][0015]式中：H
ij,t
为在t时刻产消者i流向产消者j的热量，H
ji,t
为在t时刻产消者j流向产消者i的热量，为与产消者i相邻的产消者组成的集合；若即代表产消者i在在t时刻为热源，反之若即代表着产消者i在t时刻为热载。
[0016]进一步的，所述步骤2)构造4G区域供暖系统的管道流量模型包括：
[0017]在4G区域供暖系统模型中，通过每个产消者i的热交换机的流量如下：
[0018][0019]式中：为在产消者i在t时刻作为热源时其热交换机从回水管吸收的水量，为在t时刻产消者i作为热载时其热交换机从供水管吸收的水量，c
p
为水的比热容，为在t时刻每个产消者预计注入热网或从热网吸收的能量；Ts
nom
为供水管的额定初始温度，Tr
nom
为回水管的额定初始温度；
[0020]供水管道中的流量通过下式计算：
[0021][0022]其中是在t时刻供水管道(i,j)之间的流量组成的向量，且i＜j，回水管的流量与供水管流量的关系为量与供水管流量的关系为是通过每个产消者热交换机的流量组成的向量，关联矩阵A的定义为：
[0023][0024]式中：为产消者之间的关联矩阵、为产消者i的供水管节点、为产消者j的回水管节点。
[0025]进一步的，所述步骤3)中构造4G区域供暖系统的热量传输过程中温度的损耗包括：
[0026]当热量通过供水管从产消者i的供水管节点输送到产消者供水管节点在热交换机抽取完热量后再从产消者i的回水管节点i送回产消者j的回水管节点j，在传输过程中温度的损耗为：
[0027][0028][0029]式中：Te
t
为环境温度，λ
b
为管道的粗糙系数，l
ij
为管道的长度，c
p
为水的比热容，为在t时刻产消者i供水管的出水温度，T
outj,t
为在t时刻产消者j回水管的出水温度，为在t时刻产消者i从供水管出水由于损耗到达产消者j供水管节点的水温，同理T
ji,t
为在t时刻从产消者j的回水管出水由于损耗到达产消者j回水管节点的水温；为t时刻产消者i通过供水管流向产消者j的流量，同理m
ji,t
为t时刻产消者j通过回水管流向产消者i的流量。
[0030]进一步的，所述步骤3)中构造4G区域供暖系统的热交换机实际需要抽取或注入的热量包括：
[0031]当产消者i为热载时，其热交换机从供水管吸收量的水，并从中抽取的热量，因此注入回水管的水温为：
[0032][0033]式中：为在t时刻产消者i作为热载时热交换机从供水管吸收的水量，为在t时刻产消者i预计注入热网或从热网吸收的能量，在t时刻代表产消者i供水管的出水温度，Ts
nom
为供水管的额定初始温度，Tr
nom
为回水管的额定初始温度；
[0034]当产消者i为热源时，其供水管在t时刻出水温度应为Ts
nom
；热交换机从回水管吸收量的水，加热后将其注入到供水管，在t时刻热交换机实际需要注入的热量为：
[0035][0036]式中：代表产消者i为热源时其热交换机从回水管吸收的热量，T
outi,t
代表产消者i回水管的出水温度。
[0037]进一步的，所述步骤4)构造4G区域供暖系统的节点温度混合模型包括：
[0038]供水管的混合水温满足：
[0039][0040]式中：c
p
为水的比热容，为在t时刻产消者i供水管的出水温度，代表与产消者i供水管节点相邻的产消者所组成的集合，i代表产消者i的回水管节点，代表在t时刻流向产消者i的供水管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构造4G区域供暖系统的产消者状态模型；2)构造4G区域供暖系统的管道流量模型，所述管道流量模型包括流过每个产消者的热交换机的流量和供水管道中的流量；3)构造4G区域供暖系统的管道水温变化模型，所述管道水温变化模型包括热量传输过程中温度的损耗和热交换机实际需要抽取或注入的热量；4)构造4G区域供暖系统的节点温度混合模型，节点温度混合模型包括供水管的混合水温和回水管的混合水温；5)通过分布式方法获取4G区域供暖系统的热网潮流。2.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤1)中4G区域供暖系统的产消者状态模型包括：根据产消者之间该时刻的交易情况，每个产消者预计注入热网或从热网吸收的能量为：式中：H
ij,t
为在t时刻产消者i流向产消者j的热量，H
ji,t
为在t时刻产消者j流向产消者i的热量，为与产消者i相邻的产消者组成的集合；若即代表产消者i在在t时刻为热源，反之若即代表着产消者i在t时刻为热载。3.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤2)构造4G区域供暖系统的管道流量模型包括：在4G区域供暖系统模型中，通过每个产消者i的热交换机的流量如下：式中：为在产消者i在t时刻作为热源时其热交换机从回水管吸收的水量，为在t时刻产消者i作为热载时其热交换机从供水管吸收的水量，c
p
为水的比热容，为在t时刻每个产消者预计注入热网或从热网吸收的能量，Ts
nom
为供水管的额定初始温度，Tr
nom
为回水管的额定初始温度；供水管道中的流量通过下式计算：其中是在t时刻供水管道(i,j)之间的流量组成的向量，且i＜j，回水管的流量与供水管流量的关系为水管流量的关系为是通过每个产消者热交换机的流量组成的向量，关联矩阵A的定义为：
式中：为产消者之间的关联矩阵、为产消者i的供水管节点、为产消者j的回水管节点。4.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤3)中构造4G区域供暖系统的热量传输过程中温度的损耗包括：当热量通过供水管从产消者i的供水管节点输送到产消者供水管节点在热交换机抽取完热量后再从产消者i的回水管节点i送回产消者j的回水管节点j，在传输过程中温度的损耗为：的损耗为：式中：Te
t
为环境温度，λ
b
为管道的粗糙系数，l
ij
为管道的长度，c
p
为水的比热容，为在t时刻产消者i供水管的出水温度，T
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为在t时刻产消者j回水管的出水温度，为在t时刻产消者i从供水管出水由于损耗到达产消者j供水管节点的水温，同理T
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为在t时刻从产消者j的回水管出水由于损耗到达产消者j回水管节点的水温；为t时刻产消者i通过供水管流向产消者j的流量，同理m
ji,t
为t时刻产消者j通过回水管流向产消者i的流量。5.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤3)中构造4G区域供暖系统的热交换机实际需要抽取或注入的热量包括：当产消者i为热载时，其热交换机从供水管吸收量的水，并从中抽取的热量，因此注入回水管的水温为：式中：为在t时刻产消者i作为热载时热交换机从供水管吸收的水量，为在t时刻产消者i预计注入热网或从热网吸收的能量，在t时刻代表产消者i供水管的出水温度，Ts
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为供水管的额定初始温度，Tr
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为回水管的额定初始温度；当产消者i为热源时，其供水管在t时刻出水温度应为Ts
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；热交换机从回水管吸收量的水，加热后将其注入到供水管，在t时刻热交换机实际需要注入的热量为：式中：代表产消者i为热源时其热交换机从回水管吸收的热量，T
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代表产消者i回水管的出水温度。6.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤4)构造4G区域供暖系统的节点温度混合模型包括：供水管的混合水温满足：
式中：c
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为水的比热容，为在t时刻产消者i供水管的出水温度，代表与产消者i供水管节点相邻的产消者所组成的集合，i代表产消者i的回水管节点，代表在t时刻流向产消者i的供水管节点的流量，代表在t时刻流出产消者i的供水管节点的流量，为在t...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，刘云，朱继忠，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：