CN109063292B - 一种考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法，属于电‑热耦合系统运行和控制技术领域。本方法考虑了热网管道参数中，厂家的散热系数和真值存在偏差，同时真实的散热系数会随着管道和保温层的老化而发生改变的情况，因此将散热系数描述为一个区间，求解集中供热系统在参数区间下的潮流解。这样的潮流解可以为系统运行控制提供更为全面的信息，方便运行者在控制和调节中考虑到散热系数与真实值偏差带来的安全上的风险。

Description

一种考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法

技术领域

本发明涉及一种考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法，属于电-热耦合系统运行和控制技术领域。

背景技术

为提高能源总体使用效率，扩大可再生能源消纳能力，对多类能源互联集成和互补融合的需求增长迅速，综合能源系统成为能源系统发展的重要趋势之一。其中，电热耦合系统是综合能源系统的一个重要组成部分。传统的供热系统对于控制的精确要求不高，而电热耦合系统则对原有的控制提出了新的要求。在传统供热系统中，往往采用调节温度的方式来进行调节，通过采集能源站、负荷处包括流量、压力、节点温度在内的信息，结合厂家所给的管道长度、内径、关闭粗糙度和散热系数等参数，求解热网潮流。然而，厂家所给的参数往往会与真实值存在一定的偏差，同时，随着运行时间和运行工况的变化，管道的一些参数也会随着发生改变，传统供热系统由于控制要求不高，往往忽略了这一问题。电热耦合系统由于需要进行更多的调控和风险控制，对于参数的不确定性提出了新的要求。其中，散热系数是影响热网温度分布的一个重要参数，因此，需要研究其不确定性对于热网潮流的影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法，以克服现有利用厂家所给参数计算热网潮流存在误差的不足，满足目前快速发展的综合能源系统多能联供的质量要求。

本发明提出的考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法，包括以下步骤：

本发明提出的考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法，包括以下步骤：

(1)从热网的数据采集与监视控制系统中，获得热网系统的状态估计结果，包括：管道的流量、能源站的出水温度、负荷的出水温度；

(2)从厂家所给的设计手册中，获取电-热耦合多能流系统中的管道散热系数λ_i；

(3)设定所有的管道散热系数位于给定的区间[λ_i,l，λ_i,u]，区间[λ_i,l，λ_i,u]由厂家提供的管道散热系数乘上集中供热系统考虑的散热系数波动比σ_l和σ_u得到：

λ_i,l＝λ_i×σ_l

λ_i,u＝λ_i×σ_u

其中波动比σ_l和σ_u为设定值，满足：

0<σ_l<1

σ_u>1

(4)建立热网的区间潮流计算模型，包括：

(4-1)热网耦合约束：

其中，i为热网中的节点编号，N为节点总数，定义节点温度为：所有流量方向为流出节点的管道的温度，j为热网中的管道编号，M为管道总数，T_end,j表示管道j的末端温度，T_start,j表示管道的首端温度，T_a为环境温度，λ_j为管道j的散热系数，L_j为管道j的长度,C_p为管道流体的比热容系数,

表示节点相连的管道中，所有流量方向为流出节点的管道温度乘上对应流量的和，

表示节点相连的管道中，所有流量方向为流入节点的管道温度乘上对应流量的和，λ_i,l、λ_i,u分别表示散热系数的上下解；

(4-2)热望管道散热系数上下界约束：

λ_i,l，λ_i,u由的取值由步骤(3)决定。

(4-3)建立热网区间潮流计算模型的优化目标：

maxT_{supply(return),i},i＝1,2,…,N

minT_{supply(return),i},i＝1,2,…,N

其中，T_supply,i、T_return,i分别表示热网管道i的供水节点温度和回水节点温度。该目标函数为多目标的多次优化问题，每次只优化一个变量的最大值或最小值；

(5)利用信赖域反射算法、有效集算法、内点法或序列二次规划算法，计算得到所有供水网络节点温度和回水网络节点温度的上界和下界，实现考虑散热系数区间的热网区间潮流计算。

本发明提出的考虑是散热系数区间的热网区间潮流计算方法，其优点是：

本发明方法考虑了热网管道参数中，厂家的散热系数和真值存在偏差，同时真实的散热系数会随着管道和保温层的老化而发生改变的情况，因此将散热系数描述为一个区间，求解集中供热系统在参数区间下的潮流解。这样的潮流解可以为系统运行控制提供更为全面的信息，方便运行者在控制和调节中考虑到散热系数与真实值偏差带来的安全上的风险。本发明方法可以克服现有利用厂家所给参数计算热网潮流存在误差的不足，得到更为保守、可靠的热网潮流解，有利于热网的安全运行与控制。

具体实施方式

本发明提出的考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法，包括以下步骤：

(1)从热网的数据采集与监视控制系统中，获得热网系统的状态估计结果，包括：管道的流量、能源站的出水温度、负荷的出水温度；

(2)从厂家所给的设计手册中，获取电-热耦合多能流系统中的管道散热系数λ_i；

(3)设定所有的管道散热系数位于给定的区间[λ_i,l，λ_i,u]，区间[λ_i,l，λ_i,u]由厂家提供的管道散热系数乘上集中供热系统考虑的散热系数波动比σ_l和σ_u得到：

λ_i,l＝λ_i×σ_l

λ_i,u＝λ_i×σ_u

其中波动比σ_l和σ_u为设定值，满足：

0<σ_l<1

σ_u>1

(4)建立热网的区间潮流计算模型，包括：

(4-1)热网耦合约束：

其中，i为热网中的节点编号，N为节点总数，定义节点温度为：所有流量方向为流出节点的管道的温度，j为热网中的管道编号，M为管道总数，T_end,j表示管道j的末端温度，T_start,j表示管道的首端温度，T_a为环境温度，λ_j为管道j的散热系数，L_j为管道j的长度,C_p为管道流体的比热容系数,

表示节点相连的管道中，所有流量方向为流出节点的管道温度乘上对应流量的和，由于流量方向为流出节点，故各管道对应温度相等。

表示节点相连的管道中，所有流量方向为流入节点的管道温度乘上对应流量的和，λ_i,l、λ_i,u分别表示散热系数的上下解；

(4-2)热望管道散热系数上下界约束：

λ_i,l，λ_i,u由的取值由步骤(3)决定。

(4-3)建立热网区间潮流计算模型的优化目标：

maxT_{supply(return),i},i＝1,2,…,N

minT_{supply(return),i},i＝1,2,…,N

其中，T_supply,i、T_return,i分别表示热网管道i的供水节点温度和回水节点温度。该目标函数为多目标的多次优化问题，每次只优化一个变量的最大值或最小值；

(5)利用信赖域反射算法(Trust region reflective)、有效集算法(Activeset)、内点法(Interior point)或序列二次规划算法(SQP)，计算得到所有供水网络节点温度和回水网络节点温度的上界和下界，实现考虑散热系数区间的热网区间潮流计算。

Claims (1)

1.一种考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

本发明提出的考虑散热系数区间的热网区间潮流计算方法，包括以下步骤：

(1)从热网的数据采集与监视控制系统中，获得热网系统的状态估计结果，包括：管道的流量、能源站的出水温度、负荷的出水温度；

(2)从厂家所给的设计手册中，获取电-热耦合多能流系统中的管道散热系数λ_i；

(3)设定所有的管道散热系数位于给定的区间[λ_i，l，λ_i，u]，区间[λ_i，l，λ_i，u]由厂家提供的管道散热系数乘上集中供热系统考虑的散热系数波动比σ_l和σ_u得到：

λ_i，l＝λ_i×σ_l

λ_i，u＝λ_i×σ_u

其中波动比σ_l和σ_u为设定值，满足：

0＜σ_l＜1

σ_u＞1

(4)建立热网的区间潮流计算模型，包括：

(4-1)热网耦合约束：

其中，i为热网中的节点编号，N为节点总数，定义节点温度为：所有流量方向为流出节点的管道的温度，j为热网中的管道编号，M为管道总数，T_end，j表示管道j的末端温度，T_start，j表示管道的首端温度，T_a为环境温度，λ_j为管道j的散热系数，L_j为管道j的长度，C_p为管道流体的比热容系数，

表示节点相连的管道中，所有流量方向为流出节点的管道温度乘上对应流量的和，

表示节点相连的管道中，所有流量方向为流入节点的管道温度乘上对应流量的和，λ_i，l、λ_i，u分别表示散热系数的上下解；

(4-2)热望管道散热系数上下界约束：

λ_i，l ≤λ_i≤λ_i，u

λ_i,l，λ_i,u由的取值由步骤(3)决定。

(4-3)建立热网区间潮流计算模型的优化目标：

max T_{supply(return),i}，i＝1,2，…，N

min T_{supply(return),i}，i＝1,2，…，N

其中，T_supply,i、T_return,i分别表示热网管道i的供水节点温度和回水节点温度。该目标函数为多目标的多次优化问题，每次只优化一个变量的最大值或最小值；

(5)利用信赖域反射算法、有效集算法、内点法或序列二次规划算法，计算得到所有供水网络节点温度和回水网络节点温度的上界和下界，实现考虑散热系数区间的热网区间潮流计算。