一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法技术方案

本发明专利技术公开一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法，属于能源系统仿真领域；一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法包括：根据热力网络中热力、水力和管道泄露情况下的运行特征，建立热力模型、水力模型以及管道泄漏模型；基于热力模型和水力模型的数学特征，求解热力模型和水力模型；根据管道泄漏模型，将热力网络仿真划分为三个阶段，并根据热力模型和水力模型的求解过程，提出各个阶段的仿真策略，实现管道泄漏场景下热力网络工况的求解；通过使用该准动态仿真方法，研究者可以优化综合能源系统的设计和运行管理，提高系统的安全性、可靠性和稳定性，降低事故发生的概率，并及时采取措施避免事故的发生。并及时采取措施避免事故的发生。并及时采取措施避免事故的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法


[0001]本专利技术属于能源系统仿真领域，具体涉及一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法。

技术介绍

[0002]对不断增加的碳排放和环境状况的担忧促使许多国家提出旨在减少这种排放的政策。综合能源系统(IES)通过结合各种能源，如供暖、制冷、燃气、蒸汽和电力系统，提供了一种有效的能源使用方式，从而实现了良好的环境性能。一个特别值得注意的IES形式是低碳区域供热网络，它将电能与热网结合起来，以减少能源供应中的碳排放。这种方法作为减少碳排放的有效手段，已经得到了广泛的关注。
[0003]由于综合能源系统是由多种能源设备相互耦合组成的复杂系统，其运行过程中可能会出现各种故障，最常见的故障为管道因老化而发生泄露甚至破裂，这些故障可能会导致系统的性能和稳定性受到严重影响。因此，为了提高综合能源系统的可靠性和稳定性，在设计和运行过程中需要进行故障仿真的研究，以评估系统在出现故障时的运行情况和性能表现，同时也可以为系统的设计和运行管理提供技术支持，提高系统的运行效率和经济性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法，包括以下步骤：
[0007]根据热力网络中热力、水力和管道泄露情况下的运行特征，建立热力模型、水力模型以及管道泄漏模型；
>[0008]基于热力模型和水力模型的数学特征，求解热力模型和水力模型；
[0009]根据管道泄漏模型，将热力网络仿真划分为三个阶段，并根据热力模型和水力模型的求解过程，提出各个阶段的仿真策略，实现管道泄漏场景下热力网络工况的求解。
[0010]进一步地，所述热力模型包括热源、管道和热负荷三个模数学型；
[0011]热源数学模型为：
[0012][0013]管道数学模型为：
[0014][0015][0016]热负荷的模型为：
[0017][0018]式中，h为加功率，m代表质量流量，c代表比热容，T代表温度；R代表热阻，上标i,n,j代表节点，A代表环境，下标s,r分别代表供水和回水，S和L代表热源和负荷。
[0019]进一步地，所述水力模型建立准则为：
[0020]每个节点的质量流速守恒由节点连续性方程描述：
[0021]A
f
·
G＝Q
[0022]管道的压降方程为：
[0023]ΔH＝S|G|G+Z
‑
DH
[0024]网络的环路压降方程为：
[0025]B
f
·
ΔH＝0
[0026]上式中，Q为节点泄漏量，A
f
，B
f
为图论中的基本关联矩阵和回路关联矩阵，ΔH为压降，S为阻力特性系数，G为管道流量，Z和DH分别为热源和用户处的压降。
[0027]进一步地，所述管道泄漏模型建立准则为：
[0028]当管道泄漏发生时，热力网络中会增加一个节点，节点泄漏量Q计算式为：
[0029][0030]式中，H为管道压头，A
l
为泄露面积；
[0031]泄露面积为：
[0032][0033]式中，A
l
为泄露面积，A
max
为最大泄露面积，t为发生事件，Δt为故障增长期时间。
[0034]进一步地，求解所述热力模型的核心是求解管道温度方程，即偏微分方程；一阶偏微分方程格式为：
[0035][0036]WENDROFF差分格式为：
[0037][0038]将该格式带入偏微分方程，有：
[0039][0040]其中
[0041][0042]进一步地，所述水力模型的求解步骤包括：
[0043]步骤1：根据热力网络拓扑，生成最小生成树，将管道分为树枝l和树干t；步骤2：假设树枝l的初始流量；
[0044]步骤3：由求出树干t的流量；
[0045]步骤4：更新热力网络流量G＝(G
l
；G
t
)；
[0046]步骤5：更新热力网络的M矩阵，
[0047]步骤6：求解Δh向量，Δh＝B
f
(S|G|G+Z
‑
DH)；
[0048]步骤7：求解树枝流量差值向量ΔG
l
，ΔG
l
＝
‑
M
‑1Δh，更新G
l
＝G
l
+ΔG
l
；
[0049]步骤8：若差值向量ΔG
l
小于约束ε，则进行步骤9，否则进行返回步骤3；
[0050]步骤9：根据管道压降公式计算各节点压强。
[0051]进一步地，所述热力网络仿真划分为：故障前、故障增长期和故障持续期三个阶段；其中，故障前，热力网络的水力状态不变，仿真步骤包括：
[0052]步骤一：将水力分布传递给热力计算模块；
[0053]步骤二：计算此时的热力分布；
[0054]步骤三：更新计算时刻t＝t+T0；
[0055]步骤四：判断t>t
stage1
？若是，则本阶段结束，若否，则返回步骤二。
[0056]进一步地，在故障增长期阶段的仿真步骤包括：
[0057]步骤一：根据当前时间t，计算出节点泄漏量；
[0058]步骤二：使用水力模型求解步骤计算出热力网络的水力分布情况；
[0059]步骤三：将水力分布传递给热力计算模块，更新热力计算各项参数；
[0060]步骤四：计算此时的热力分布；
[0061]步骤五：更新计算时刻t＝t+T1；
[0062]步骤六：判断t>t
stage2
？若是，则本阶段结束，若否，则返回步骤一；
[0063]进一步地，在故障持续期，热力网络的水力状况不随时间变化，仿真步骤包括：
[0064]步骤一：计算出节点泄漏量；
[0065]步骤二：使用水力模型求解步骤计算出系统的水力分布情况；
[0066]步骤三：将水力分布传递给热力计算模块，更新热力计算各项参数；
[0067]步骤四：计算此时的热力分布；
[0068]步骤五：更新计算时刻t＝t+T0；
[0069]步骤六：判断t>t
stage3
？若是，则本阶段结束，若否，则返回步骤三。
[0070]一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真系统，包括：
[0071]模型构建模块：根据热力网络中热力、水力和管道泄露情况下的运行特征，建立热力模型、水力模型以及管道泄漏模型；
[0072]模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：根据热力网络中热力、水力和管道泄露情况下的运行特征，建立热力模型、水力模型以及管道泄漏模型；基于热力模型和水力模型的数学特征，求解热力模型和水力模型；根据管道泄漏模型，将热力网络仿真划分为三个阶段，并根据热力模型和水力模型的求解过程，提出各个阶段的仿真策略，实现管道泄漏场景下热力网络工况的求解。2.根据权利要求1所述的一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法，其特征在于，所述热力模型包括热源、管道和热负荷三个模数学型；热源数学模型为：管道数学模型为：管道数学模型为：热负荷的模型为：h
L
＝cm
s
(T
sL
‑
T
rL
)式中，h为加功率，m代表质量流量，c代表比热容，T代表温度；R代表热阻，上标i,n,j代表节点，A代表环境，下标s,r分别代表供水和回水，S和L代表热源和负荷。3.根据权利要求1所述的一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法，其特征在于，所述水力模型建立准则为：每个节点的质量流速守恒由节点连续性方程描述：A
f
·
G＝Q管道的压降方程为：ΔH＝SGG+Z
‑
DH网络的环路压降方程为：B
f
·
ΔH＝0上式中，Q为节点泄漏量，A
f
，B
f
为图论中的基本关联矩阵和回路关联矩阵，ΔH为压降，S为阻力特性系数，G为管道流量，Z和DH分别为热源和用户处的压降。4.根据权利要求1所述的一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法，其特征在于，所述管道泄漏模型建立准则为：当管道泄漏发生时，热力网络中会增加一个节点，节点泄漏量Q计算式为：式中，H为管道压头，A
l
为泄露面积；泄露面积为：
式中，A
l
为泄露面积，A
max
为最大泄露面积，t为发生事件，
Δt
为故障增长期时间。5.根据权利要求1所述的一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法，其特征在于，求解所述热力模型的核心是求解管道温度方程，即偏微分方程；一阶偏微分方程格式为：WENDROFF差分格式为：将该格式带入偏微分方程，有：其中6.根据权利要求5所述的一种综合能源系统中热力管道泄露准动态仿真方法，其特征在于，所述水力模型的求解步骤包括：步骤1：根据热力网络拓扑，生成最小生成树，将管道分为树枝l和树干t；步骤2：假设树枝l的初始流量；步骤3：由求出树干t的流量；步骤4：更新热力网络流量G＝(G

【专利技术属性】
技术研发人员：关奥博，周苏洋，顾伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：