本公开提供了一种区域供热管网优化设计方法及其装置，该方法包括：获取目标区域的路网拓扑图，其中，路网拓扑图中包含由节点和边组成的线段；将路网拓扑图输入基环辨识算法，输出基环集合，其中，基环辨识算法用于辨识路网拓扑图中所有基环，基环是由线段组成的闭合环，且闭合环的内部不存在能够形成新闭合环的线段；基于基环集合，生成道路连通子图集；从道路连通子图集中，筛选满足供热要求的目标道路连通子图；基于目标道路连通子图，确定供热管网的拓扑布局；基于水力计算模型，对供热管网的管径进行优化设计；在确定保温结构外表面温度不超过第一阈值的情况下，对管径的外保温进行优化设计。行优化设计。行优化设计。
【技术实现步骤摘要】
区域供热管网优化设计方法及其装置
[0001]本公开涉及建筑物能源供应以及供热调节领域，具体涉及区域供热管网优化设计方法及其装置。
技术介绍
[0002]随着世界人口的不断增长和城市化进程的不断加速，城市地区的能源需求也在不断增加。同时，为了应对全球气候变化和减少温室气体排放，各国纷纷制定碳中和目标，加快推进清洁能源的应用和发展。在这一背景下，区域能源系统作为一种集中供暖或制冷能源系统，因其多重优势而被越来越多的城市地区采用。
[0003]DHS(district heating system)系统是指区域供暖系统，是一种集中供暖的能源系统，通过直埋敷设的供热管网将产生的热水分配给所有末端用户，包括住宅、商业、工业或其他用户。与传统的分布式能源系统相比，DHS系统能够提高能源效率，降低温室气体排放，改善空气质量，并具有更好的规模经济性。
[0004]DHS系统包括供热管网、换热站、热源设备等组成部分，其生命周期涵盖设计、施工和运营等多个阶段。在城市化进程中，DHS系统在提高城市供暖质量的同时，也能够实现节能减排的目标。
[0005]在实施本公开的过程中发现，现有用于供热管网优化设计的优化算法，如混合整数线性规划(MILP)算法、混合整数非线性规划算法、遗传算法、数值伴随优化等算法，由于供热管网优化问题复杂多样，不能满足供热管网优化设计需求。
技术实现思路
[0006]鉴于上述问题，本公开提供了一种区域供热管网优化设计方法、装置、设备、介质和程序产品。
[0007]根据本公开的第一个方面，提供了一种区域供热管网优化设计方法，包括：
[0008]获取目标区域的路网拓扑图，其中，路网拓扑图中包含由节点和边组成的线段；
[0009]将路网拓扑图输入基环辨识算法，输出基环集合，其中，基环辨识算法用于辨识路网拓扑图中所有基环，基环是由线段组成的闭合环，且闭合环的内部不存在能够形成新闭合环的线段；
[0010]基于基环集合，生成道路连通子图集；
[0011]从道路连通子图集中，筛选满足供热要求的目标道路连通子图；
[0012]基于目标道路连通子图，确定供热管网的拓扑布局；
[0013]基于水力计算模型，对供热管网的管径进行优化设计；
[0014]在确定保温结构外表面温度不超过第一阈值的情况下，对管径的外保温进行优化设计。
[0015]根据本公开的实施例，区域供热管网优化设计方法还包括：
[0016]针对供热管网的拓扑布局，确定在生命周期内供热管网所需的投入资源；
[0017]根据投入资源，筛选满足第二阈值的目标供热管网的拓扑布局。
[0018]根据本公开的实施例，将路网拓扑图输入基环辨识算法，输出基环集合，包括：
[0019]将路网拓扑图输入基环辨识算法，以便执行下述操作：
[0020]根据路网拓扑图中的线段，构建独立回路矩阵，其中，独立回路矩阵用于表征闭合环的矩阵形式；
[0021]根据独立回路矩阵，得到独立回路矩阵对应的嵌套环集合，其中，嵌套环集合中的嵌套环数目与基环集合中的基环数目相同，且嵌套环互相不重叠；
[0022]将嵌套环集合中所有嵌套环旋转方向标准化，得到标准化后的嵌套环集合；
[0023]根据预设剪切规则，对标准化后的嵌套环集合进行剪切；
[0024]在确定标准化后的嵌套环集合全部被剪切的情况下，输出基环集
[0025]根据本公开的实施例，将路网拓扑图输入基环辨识算法，输出基环集合，还包括：
[0026]在确定标准化后的嵌套环集合未全部被剪切的情况下，将剩余未被剪切的标准化后的嵌套环分类，得到第一类嵌套环集合、第二类嵌套环集合以及第三类嵌套环集合；
[0027]在确定第三类嵌套环集合为空的情况下，将第一类嵌套环集合加入基环集合，同时将剩余未被剪切的标准化后的嵌套环中的第一类嵌套环集合移除，得到当前嵌套环集合；
[0028]在确定当前嵌套环集合的容量满足第三阈值的情况下，将当前嵌套环集合加入基环集合；
[0029]输出基环集合。
[0030]根据本公开的实施例，根据路网拓扑图中的线段，构建独立回路矩阵，包括：
[0031]根据路网拓扑图中的线段，构建基本关联矩阵，其中，基本关联矩阵用于表征节点和边的布局关系的矩阵形式；
[0032]基于基本关联矩阵，构建独立回路矩阵。
[0033]根据本公开的实施例，从道路连通子图集中，筛选满足供热要求的目标道路连通子图，包括：
[0034]根据基环集合、换热站属性、热源属性、路网拓扑图以及供热要求，构建判断矩阵；
[0035]根据道路连通子图集，构建道路连通子图集中道路连通子图对应的拓扑布局矩阵；
[0036]将拓扑布局矩阵输入判断矩阵，输出判断结果；
[0037]根据判断结果，筛选目标道路连通子图。
[0038]根据本公开的实施例，根据基环集合、换热站属性、热源属性、路网拓扑图以及供热要求，构建判断矩阵，包括：
[0039]根据换热站属性以及热源属性，确定基环集合中基环内的热源或基环内的换热站以及基环外的热源或基环外的换热站；
[0040]根据基环内的热源或基环内的换热站的数目以及基环外的热源或基环外的换热站在路网拓扑图中的线段位置的情况，确定道路连通子图集中对应连通图供热管道的供热要求；
[0041]根据供热要求，构建判断矩阵。
[0042]根据本公开的实施例，基于基环集合，生成道路连通子图集，包括：
[0043]将基环集合中的任何一条线段删除或者不删除，生成道路连通子图集。
[0044]根据本公开的实施例，基于目标道路连通子图，确定供热管网的拓扑布局，包括：
[0045]通过设置连通管，将热源或换热站与目标道路连通子图相连；
[0046]将无流体输配作用的连通管剪去，得到供热管网的拓扑布局。
[0047]本公开的第二方面提供了一种区域供热管网优化设计装置，包括：
[0048]获取模块，用于获取目标区域的路网拓扑图，其中，路网拓扑图中包含由节点和边组成的线段；
[0049]辨识模块，用于将路网拓扑图输入基环辨识算法，输出基环集合，其中，基环辨识算法用于辨识路网拓扑图中所有基环，基环是由线段组成的闭合环，且闭合环的内部不存在能够形成新闭合环的线段；
[0050]生成模块，用于基于基环集合，生成道路连通子图集；
[0051]筛选模块，用于从道路连通子图集中，筛选满足供热要求的目标道路连通子图；
[0052]第一确定模块，用于基于目标道路连通子图，确定供热管网的拓扑布局；
[0053]第一优化设计模块，用于基于水力计算模型，对供热管网的管径进行优化设计；以及
[0054]第二优化设计模块，用于在确定保温结构外表面温度不超过第一阈值的情况下，对管径的外保温进行优化设计。
[0055]本公开的第本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种区域供热管网优化设计方法，包括：获取目标区域的路网拓扑图，其中，所述路网拓扑图中包含由节点和边组成的线段；将所述路网拓扑图输入基环辨识算法，输出基环集合，其中，所述基环辨识算法用于辨识所述路网拓扑图中所有基环，所述基环是由所述线段组成的闭合环，且所述闭合环的内部不存在能够形成新闭合环的所述线段；基于所述基环集合，生成道路连通子图集；从所述道路连通子图集中，筛选满足供热要求的目标道路连通子图；基于所述目标道路连通子图，确定供热管网的拓扑布局；基于水力计算模型，对所述供热管网的管径进行优化设计；在确定保温结构外表面温度不超过第一阈值的情况下，对所述管径的外保温进行优化设计。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：针对所述供热管网的拓扑布局，确定在生命周期内所述供热管网所需的投入资源；根据所述投入资源，筛选满足第二阈值的目标供热管网的拓扑布局。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将所述路网拓扑图输入基环辨识算法，输出基环集合，包括：将所述路网拓扑图输入所述基环辨识算法，以便执行下述操作：根据所述路网拓扑图中的所述线段，构建独立回路矩阵，其中，所述独立回路矩阵用于表征所述闭合环的矩阵形式；根据所述独立回路矩阵，得到所述独立回路矩阵对应的嵌套环集合，其中，所述嵌套环集合中的嵌套环数目与所述基环集合中的基环数目相同，且所述嵌套环互相不重叠；将所述嵌套环集合中所有所述嵌套环旋转方向标准化，得到标准化后的嵌套环集合；根据预设剪切规则，对所述标准化后的嵌套环集合进行剪切；在确定所述标准化后的嵌套环集合全部被剪切的情况下，输出所述基环集合。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述将所述路网拓扑图输入基环辨识算法，输出基环集合，还包括：在确定所述标准化后的嵌套环集合未全部被剪切的情况下，将剩余未被剪切的标准化后的嵌套环分类，得到第一类嵌套环集合、第二类嵌套环集合以及第三类嵌套环集合；在确定所述第三类嵌套环集合为空的情况下，将所述第一类嵌套环集合加入所述基环集合，同时将所述剩余未被剪切的标准化后的嵌套环中的所述第一类嵌套环集合移除，得到当前嵌套环集合；在确定所述当前嵌套环集合的容量满足第三阈值的情况下，将所述当前嵌套环集合加入所述基环集合；输出所述基环集合。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述根据所述路网拓扑图中的所述线段，构建独立回路矩阵，包括：根据所述路网拓扑图中的所述线段，构建基本关联矩阵，其中，所述基本关...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雅然，周鹏坤，何志豪，由世俊，张欢，郑雪晶，宋子旭，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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