CN110795845B - 一种供热系统裕度量化计算方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供热系统裕度量化计算方法及系统。该方法是首先根据供热系统的结构参数和GIS系统数据建立信息层的供热系统模型，并建立相应的热源约束和热网约束，进行热工水力仿真计算。本发明所提供的供热系统的裕度评分方法，运行调度人员可根据评分结果监测供热系统的供热情况，尽量避免供热不足现象的出现，并对热网中易引起裕度不够的部位进行优化改造。本发明的方法和系统能够为供热系统的规划以及优化调度提供有效的技术支持。

Description

一种供热系统裕度量化计算方法和系统

技术领域

本发明涉及一种供热系统裕度量化计算方法和系统，属于供热系统优化调度领域。

背景技术

随着热网集中供热方式的广泛应用，集中供热系统已成为城市重要的基础设施，热网规模逐年增大，系统变得更加复杂，随之而来的供热系统的弹性裕度(即供热需求满足程度，可代表管网的供热能力)等问题引起了人们的广泛关注。

在供热系统规划、设计和运行等多个过程，运行调度人员都需要对供热系统的裕度进行量化分析和评价，以便对供热系统进行实时监测和优化调度。在能源转型和清洁供热的背景下，越来越多的接入可再生能源，如风能制热、地热、太阳能等，这些新能源的接入给供热系统的热源侧带来更多不确定性和波动性。加之城市热网不断扩大，本身老旧管网的存在，使得热网结构越来越复杂，不可控性也随之增加。热计量、按需供热等因素也使得热用户侧的情况日益复杂多变。综上种种原因都得供热系统的运行调度带来不小的挑战。若能实时监测了解供热系统的裕度，则能提前预判供热管网的输热能力，为调整运行方法提供技术支持。

目前研究从供热系统裕度角度的研究较少，学者更关注供热系统的可靠性、灵活性等，并且缺乏对供热系统的裕度量化评估的方法。本专利讨论了城市集中供热系统的裕度量化计算方法，建立了供热系统的仿真计算模型，基于模型对供热系统的裕度进行量化计算。以便运行操作人员实时监测复杂供热系统中的供热情况，尽量避免供热不足现象的出现，并对热网中易引起裕度不够的部位进行优化改造。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种供热系统裕度量化计算方法和系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种供热系统裕度量化计算方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据供热系统的结构参数和GIS系统数据建立信息层的供热系统模型，通过源侧DCS系统和网侧SCADA系统获得运行状态数据，以及气象数据、环境控制条件、燃料价格数据等，经过数据清洗和预处理，作为供热系统裕度评估的第一步；

步骤S2，根据天气大幅度波动可能引起热用户侧的负荷发生剧烈波动，从而引起供热不足现象，从而建立相应工况下的多热源源侧约束、网侧约束；

步骤S3，利用热工水力计算平衡方程组以及图论知识实现供热系统的仿真计算，进行全网热工水力模拟，得出用户侧热负荷的变化；

步骤S4，对热网进行流量递归计算，获取相应管段流量；

步骤S5，针对热网仿真计算结果，制定供热系统裕度的评分方法并进行评分；

步骤S6，基于步骤S5的供热系统裕度评分结果，有选择性的对供热能力不足的管段，提出相应的改造方案。

上述技术方案中，进一步的，所述的步骤S1具体为：

提取供热企业的管网物理结构数据和GIS系统数据，通过供热系统热工水力计算平衡方程组建立供热系统仿真模型。

模型依据实际供热系统数据，将热源、热用户、管段、阀门、三通、疏水器、水泵等元件简化为物理模型，建立拓扑结构。提取城市供热系统GIS地理信息数据和供热系统物理结构数据，通过源侧DCS系统和网侧SCADA系统获得运行状态数据，以及气象数据、环境控制条件、燃料价格数据等，经过数据清洗和调和处理后送入热源和供热系统仿真模型。后续可采用节点分析法对管网的热工水力平衡进行计算。

计算模型要求与实际模型足够接近，保证系统中工作的元件全部被模型涵盖，从而能够通过模型实现各类元件组合和供热系统调度。对于虚拟供热系统模型和实际供热系统结构的偏差，通过实测数据辨识，比如对模型阻力特性和保温特性的辨识，辨识修正需求的供热系统稳定运行工况数据，通过自适应的修正，提高模型计算精度。

进一步的，所述的步骤S2中，根据源侧和网侧的相关数据，建立热源约束、热网约束，具体为：

热源约束：

考虑时间运行中，变量自身的取值范围和变量之间的相互制约关系，对多源互补城市供热系统源侧主要的约束条件如下，其中包括热源侧的热负荷平衡约束、热负荷变化范围约束、机组升降负荷速率约束。

(1)热负荷平衡约束

式中，D₀为整个多源互补供热系统的热负荷需求；D_i为第i个热源所能提供的热量，I为热源个数。热源厂除需满足热用户总的热负荷需求外，还必须满足供热管网的输配能力。

(2)热负荷变化范围约束

式中，D_i表示热源i的热负荷，上标min和max分别表示热源i所能提供的最小、最大热负荷。

取决于热源的设计容量，

是指热源能够连续、安全、稳定运行时所能提供的最低热负荷。

(3)机组升降负荷速率约束

式中，ΔT为调度周期时间间隔；δ_Di表示热源i所能承受的最大热负荷升降速率，D_i,T为热源i在时刻T的所能提供的热量。

热网约束：

将热网结构图的各个部件抽象成两类元素，一类是热源、热用户、泵等作为管道起始点的部件，将其抽象为“节点”，另一类是连接两个“节点”的管道，将其抽象为“区段”，再将上述由“节点”和“区段”构成的拓扑结构称为“有向流程图”，记为图F，将上述所有“节点”记为集合V，所有“区段”记为集合E。对一个M个“节点”、N个“区段”图，可以表示成如下形式：

F＝{V(F),E(F)}

其中，热源、热力站、泵、阀、三通、储热装置等被统一抽象为“节点”，V(F)是F的“节点”集合，节点间的供回水管道被一并抽象为“连接”，E(F)是图F的“连接”集合，如下：

V(F)＝{V₁,…,V_n,…,V_M}

E(F)＝{E₁,…,E_n,…,E_N}

其中，

if i≠j，K是节点类型的数目，∑L_i＝K；

是水泵配置，

是水泵属性的集合，a_iL1＝f(H_P,N_P,η_P,q_P)，H_P，N_P，η_P，q_P分别为水泵的扬程、功率、效率、流量。

为阀门，

是阀门属性的集合，

为阀门的开度，参与解列的阀门

是储能元件，

是储能元件的集合，

S_P,P_S,ν_P分别为储能元件的容量、输出功率、能量输出速率。

进一步的，所述的步骤S3中，在具体运行调度中，利用热工水力计算平衡方程组以及图论知识进行全网热工水力模拟，得出用户侧热负荷的变化，具体为：

设热网的基本回路编号为L_k，则其整个管网的流动可用下列方程组表示

AG＝Q

B_fΔH＝0

ΔH＝S|G|G+Z-DH

其中，A是(M-1)×N的管网关联矩阵，表示各管段与节点的连接关系，其定义为：

B_f为管网的基本回路矩阵，为(N-M+1)×N的矩阵，表示基本回路与管段的相关关系，其定义为：

G＝[G₁,G₂…,G_N]^T，表示管段流量向量。

Q＝[Q₁,Q₂…,Q_M-1]^T，表示各节点的净流量向量，流入为正，流出为负。

ΔH＝[ΔH₁,ΔH₂…,ΔH_N]^T，为管段压降向量。

为N阶对角矩阵，其对角元素S_j代表各管段的阻力特性系数。

为N阶对角矩阵，其对角元素代表各管段流量的绝对值。

DH为管段的水泵向量：

DH＝[DH₁,...DH_n,...DH_N]^T

如果管网关联矩阵A与基本回路矩阵B_f按照相同的边序排列，则A和B_f之间满足下式：

AB_f ^T＝0

矩阵A和B_f表述了管网的所有拓扑关系。

针对以上的水力计算模型，计算求解方法可以采用“流量法”，其求解思路为：首先采用最小平方和法进行管网的初始流量分配，得到满足流量连续定律的各个管段内流量初值。此时，环路能量守恒定律一般无法满足，需要对管网的初始流量计算校正，采用最大闭合差法重新分配流量。经过流量调节的多次迭代后，环路能量守恒定律得到近似满足，最终获得全网流量分配和各管段压力损失等数据。

进一步的，所述的步骤S4中，对热网进行流量递归计算，获取相应管段流量，具体为：

S41：根据步骤S3仿真计算获得的热力站热负荷，得到末端每个管段的流量q_i，逐级向上游管段进行递归计算，得到各个管段的流量和压力；如果管段i的下游没有支路，即子管段集为空，则该管段与末端阀门相连，其下游节点编号为末端阀门流量，即q_i＝q_vi；若管段i的子管段不为空时，

(C_ni为管段i的子管段集合)。

S42：计算各个节点的压力。连接节点j的压力为

式中，X_nj为节点j的下游节点集合；P_j为下游节点总压力，由步骤S3仿真计算得到；h_ij为节点i到节点j的水头损失。

S43：对于全网管段，建立链式表，进行有效的递归运算得到全网流量、压力分布，其中包括管段索引号Index、管段编号i、父管段索引号Fid、节点编号j、节点压力H_i、管段流量q_i、阀门节点的流量q_v和压力P、管段管材C、管长L、管径D、子管段数目Cn。

进一步的，所述的步骤S5中，针对热网仿真计算结果，制定供热系统裕度的评分方法，具体为：

首先根据历史数据结合机器学习方法获取各管段的期望流量，再根据S4中的推断结果，由末端到源，将各个管段的预期流量与步骤S4中所得管段流量进行比较并评分：

S51：从热网最末端起，若支路流量满足预期，则其裕度得分S_i＝0；流量小于预期，则S_i＝1；流量超出预期，则S_i＜0(根据超出程度，超出越多分值越小)。

S52：当管段i的子管段为空集时，则S_i即为末端的裕度得分；若管段i的子管段不为空时，则

其中S_k为管段i的下游子管段的裕度得分；

S53：将得分S_i作为供热系统的裕度参考指标，计算上游管段得分与其相邻下游支路得分均值之间的差值，差值越大则表明该上游管段供热能力越差，即可将该管段作为存在问题，影响供热系统裕度，可根据工程需求视情况予以优化改造。

进一步的，所述的步骤S6中，基于步骤S5的供热系统裕度评分结果，有选择性的对供热裕度不足的管段，提出相应的改造方案，具体为：

S61：对排查出的需要优先改造的管段进行分析，将所有可能性的原因按可能性大小逐一排列，记录成事件列表，逐一排查。给出相应的提升供热系统裕度的方法，例如增加管路、扩大管径、增加水泵等，生成不同的优化改造方案；

S62：返回步骤S4和S5，通过系统进行仿真计算，重新评估各个方案下的供热系统中管段i的裕度S_i'，判断此时的供热系统裕度是否满足预期，不满足则重新选择改造方案，重复上述步骤，直至供热系统裕度评估结果S_i'满足工程需求；

S63：根据步骤S62中的优化改造结果，获得供热系统裕度的改造参考方案。此外，本发明还提供一种基于上述方法的供热系统裕度量化计算系统，包括供热系统建模模块，该模块用于实现供热系统建模，以及对数据进行清洗和预处理，并且建立相应工况下的热源约束、热网约束；热工水力计算模块，该模块中包括热网的热工水力计算模型，能够进行全网热工水力模拟，得出用户侧热负荷的变化；流量递归计算和供热系统裕度计算模块，该模块可根据仿真计算结果对全网管段进行流量递归，并对供热系统的裕度进行量化计算；热网优化改造模块，该模块基于裕度计算结果，有选择性的对供热裕度不足的管段，提出相应的改造方案。

本发明提出的一种供热系统的裕度量化计算方法和系统，可以实现对供热系统的建模与仿真计算，量化计算供热系统中的裕度，有针对性的提出优化改造方案，以便运行操作人员实时监测复杂供热系统中的供热情况，尽量避免供热不足现象的出现，并对热网中易引起裕度不够的部位进行优化改造。本发明的方法和系统能够为供热系统的规划以及优化调度提供有效的技术支持。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为热网流量递归计算流程图；

图3为供热系统裕度计算示例；

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明的技术方案做进一步介绍。结合附图详细说明一种供热系统裕度量化计算方法的六个步骤的内容。

实施例1：

步骤S1：提取供热企业的管网物理结构数据和GIS系统数据，通过供热系统热工水力计算平衡方程组建立供热系统仿真模型。

模型依据实际供热系统数据，将热源、热用户、管段、阀门、三通、疏水器、水泵等元件简化为物理模型，建立拓扑结构。利用图论的原理及相关守恒方程，列出矩阵形式的方程组。提取城市供热系统GIS地理信息数据和供热系统物理结构数据，通过源侧DCS系统和网侧SCADA系统获得运行状态数据，以及气象数据、环境控制条件、燃料价格数据等，经过数据清洗和调和处理后送入热源和供热系统仿真模型。采用节点分析法对管网的热工水力平衡进行计算。

计算模型要求与实际模型足够接近，保证系统中工作的元件全部被模型涵盖，从而能够通过模型实现各类元件组合和供热系统调度。对于虚拟供热系统模型和实际供热系统结构的偏差，通过实测数据辨识，比如对模型阻力特性和保温特性的辨识，辨识修正需求的供热系统稳定运行工况数据，通过自适应的修正，提高模型计算精度。

步骤S2：根据源侧和网侧的相关数据，建立热源约束、热网约束。

热源约束：根据图1所示的供热系统结构，进行供热系统建模。考虑时间运行中，变量自身的取值范围和变量之间的相互制约关系，对多源互补城市供热系统源侧主要的约束条件如下，其中包括热源侧的热负荷平衡约束、热负荷变化范围约束、机组升降负荷速率约束。

(1)热负荷平衡约束

式中，D₀为整个多源互补供热系统的热负荷需求；D_i为第i个热源所能提供的热量，I是热源的个数。热源厂除需满足热用户总的热负荷需求外，还必须满足供热管网的输配能力。热源间负荷分配对管网输配的影响，将在下文中进行分析。

(2)热负荷变化范围约束

式中，D_i表示热源i的热负荷，上标min和max分别表示热源i所能提供的最小、最大热负荷。

取决于热源的设计容量，

是指热源能够连续、安全、稳定运行时所能提供的最低热负荷。

(3)机组升降负荷速率约束

式中，ΔT为调度周期时间间隔；δ_Di表示热源i所能承受的最大热负荷升降速率，D_i,T为热源i在时刻T的所能提供的热量。

热网约束：

将热网结构图的各个部件抽象成两类元素，一类是热源、热用户、泵等作为管道起始点的部件，将其抽象为“节点”，另一类是连接两个“节点”的管道，将其抽象为“区段”，再将上述由“节点”和“区段”构成的拓扑结构称为“有向流程图”，记为图F，将上述所有“节点”记为集合V，所有“区段”记为集合E。对一个M个“节点”、N个“区段”图，可以表示成如下形式：

F＝{V(F),E(F)}

其中，热源、热力站、泵、阀、三通、储热装置等被统一抽象为“节点”，V(F)是F的“节点”集合，节点间的供回水管道被一并抽象为“连接”，E(F)是图F的“连接”集合，如下：

V(F)＝{V₁,…,V_n,…,V_M}

E(F)＝{E₁,…,E_n,…,E_N}

其中，

if i≠j，K是节点类型的数目，∑L_i＝K；

是水泵配置，

是水泵属性的集合，

H_P,N_P,η_P,q_P分别为水泵的扬程、功率、效率、流量。

为阀门，

是阀门属性的集合，

为阀门的开度，参与解列的阀门

是储能元件，

是储能元件的集合，

S_P,P_S,ν_P分别为储能元件的容量、输出功率、能量输出速率。

步骤S3：在具体运行调度中，利用热工水力计算平衡方程组以及图论知识实现供热系统的仿真计算，进行全网热工水力模拟，得出用户侧热负荷的变化；

设热网的基本回路编号为L_k，则其整个管网的流动可用下列方程组表示

AG＝Q

B_fΔH＝0

ΔH＝S|G|G+Z-DH

其中，A是(M-1)×N的管网关联矩阵，表示各管段与节点的连接关系，其定义为：

B_f为管网的基本回路矩阵，为(N-M+1)×N的矩阵，表示基本回路与管段的相关关系，其定义为：

G＝[G₁,G₂…,G_N]^T，表示管段流量向量。

Q＝[Q₁,Q₂…,Q_M-1]^T，表示各节点的净流量向量，流入为正，流出为负。

ΔH＝[ΔH₁,ΔH₂…,ΔH_N]^T，为管段压降向量。

为N阶对角矩阵，其对角元素S_j代表各管段的阻力特性系数。

为N阶对角矩阵，其对角元素代表各管段流量的绝对值。

DH为管段的水泵向量：

DH＝[DH₁,...DH_n,...DH_N]^T

如果管网关联矩阵A与基本回路矩阵B_f按照相同的边序排列，则A和B_f之间满足下式：

AB_f ^T＝0

矩阵A和B_f表述了管网的所有拓扑关系。

针对以上的水力计算模型，计算求解方法可以分为“流量法”和“压差法”。其中计算使用的“流量法”的求解思路为：首先采用最小平方和法进行管网的初始流量分配，得到满足流量连续定律的各个管段内流量初值。此时，环路能量守恒定律一般无法满足，需要对管网的初始流量计算校正，采用最大闭合差法重新分配流量。经过流量调节的多次迭代后，环路能量守恒定律得到近似满足，最终获得全网流量分配和各管段压力损失等数据。相关热力计算类似，此处不再赘述。

步骤S4：对热网进行流量递归计算，获取相应管段流量，具体为：

S41：根据仿真的热力站热负荷得到末端每个管段的流量q_i，逐级向上游管段进行递归计算，得到各个管段的流量和压力；如果管段i的下游没有支路，即子管段集为空，则该管段与末端阀门相连，其下游节点编号为末端阀门流量，即q_i＝q_vi；若管段i的子管段不为空时，

(C_ni为管段i的子管段集合)。

S42：计算各个节点的压力。连接节点j的压力为

式中，X_nj为节点j的下游节点集合；P_j为下游节点总压力；h_ij为节点i到节点j的水头损失。

S43：对于全网管段，建立链式表，进行有效的递归运算(如图2所示)，得到全网流量、压力分布，其中包括管段索引号Index、管段编号i、父管段索引号Fid、节点编号j、节点压力H_i、管段流量q_i、阀门节点的流量q_v和压力P、管段管材C、管长L、管径D、子管段数目Cn。

步骤S5：针对热网仿真计算结果，制定供热系统裕度的评分方法，具体为：

首先根据历史数据结合机器学习方法获取各管段的期望流量，再根据S4中的推断结果，由末端到源，将各个管段的预期流量与步骤S4中所得管段流量进行比较并评分。

S51：从热网最末端起，若支路流量满足预期，则裕度得分S_i＝0；流量小于预期，则S_i＝1；流量超出预期，则S_i＜0(根据超出程度，超出越多分值越小)。

S52：当管段i的子管段为空集时，则S_i即为末端裕度得分；若管段i的子管段不为空时，则

其中S_k为管段i的下游子管段的裕度得分；

S53：将得分S_i作为供热系统的裕度参考指标，当上游管段得分与相邻下游支路得分均值的差值较大时，可将该管段作为存在问题，影响供热系统裕度，可视情况予以优化改造。

图3为采用本发明方法进行裕度评分的示例，如图3所示，图中所标数字为相应管段裕度得分，其中加粗管段为差值最大处，可以将其选为优先改造的管段。

步骤S6：基于步骤S5的供热系统裕度评分结果，有选择性的对供热裕度不足的管段，提出相应的改造方案，具体为：

S61：对排查出的需要优先改造的管段进行分析，将所有可能性的原因按可能性大小逐一排列，记录成事件列表，逐一排查。给出相应的提升供热系统裕度的方法，例如增加管路、扩大管径、增加水泵等，生成不同的优化改造方案；

S62：返回步骤S4和S5，通过系统进行仿真计算，重新评估各个方案下的供热系统管段i的裕度S_i'，判断此时的供热系统裕度是否满足预期，否则重新选择改造方案，重复上述步骤，直至供热系统裕度评估结果S_i'满足工程需求；

S63：根据步骤S62中的优化改造结果，获得供热系统裕度的改造参考方案。

实施例2：

在实施例1基础上，本实施例2提供了一种供热系统裕度量化计算系统，包括：

供热系统建模模块，该模块包括供热系统建模功能，以及对数据进行清洗和预处理，并且建立相应工况下的热源约束、热网约束；

热工水力计算模块，该模块中包括热网的热工水力计算模型，能够进行全网热工水力模拟，得出用户侧热负荷的变化；

流量递归计算和供热系统裕度计算模块，该模块可根据仿真计算对全网管段进行流量递归，并对供热系统的裕度进行量化计算；

热网优化改造模块，该模块基于裕度计算结果，有选择性的对供热裕度不足的管段，提出相应的改造方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种供热系统裕度量化计算方法，其特征在于：

步骤S1，根据供热系统的结构参数和GIS系统数据建立信息层的供热系统模型，通过源侧DCS系统和网侧SCADA系统获得运行状态数据，以及气象数据、环境控制条件、燃料价格数据，经过数据清洗和预处理，作为供热系统模型的备用数据；

步骤S2，根据天气大幅度波动引起热用户侧的负荷发生剧烈波动从而引起供热不足现象，建立相应工况下的热源约束、热网约束；

步骤S3，利用热工水力计算平衡方程组以及图论知识实现供热系统的仿真计算，进行全网热工水力模拟，得出用户侧热负荷的变化；

步骤S4，对热网进行流量递归计算，获取相应管段流量；

步骤S5，针对热网仿真计算结果，制定供热系统裕度的评分方法并进行评分；

步骤S6，基于步骤S5的供热系统裕度评分结果，有选择性的对供热能力不足的管段，提出相应的改造方案；

步骤S4对热网进行流量递归计算，获取相应管段流量，具体如下：

S41：根据步骤S3仿真计算获得的热力站热负荷，得到末端每个管段的流量q_i，逐级向上游管段进行递归计算，得到各个管段的流量和压力；如果管段i的下游没有支路，即子管段集为空，则该管段与末端阀门相连，其下游节点编号为末端阀门流量q_vi，即q_i＝q_vi；若管段i的子管段不为空时，

其中C_ni为管段i的子管段集合；

S42：计算各个节点的压力，连接节点j的压力为

式中，X_nj为节点j的下游节点集合；P_j为下游节点总压力，由步骤S3仿真计算得到；h_ij为节点i到节点j的水头损失；

S43：对于全网管段，建立链式表，进行有效的递归运算得到全网流量、压力分布，其中包括管段索引号Index、管段编号i、父管段索引号Fid、节点编号j、节点压力H_i、管段流量q_i、阀门节点的流量q_v和压力P、管段管材C、管长L、管径D、子管段数目Cn。

2.根据权利要求1所述的一种供热系统裕度量化计算方法，其特征为：所述的步骤S1中建立供热系统模型时，模型依据实际供热系统数据，将热源、热用户、管段、阀门、三通、疏水器、水泵元件简化为物理模型，建立拓扑结构。

3.根据权利要求1所述的一种供热系统裕度量化计算方法，其特征为：所述的步骤S2确定约束条件的过程如下：

热源约束：考虑时间运行中，变量自身的取值范围和变量之间的相互制约关系，对多源互补城市供热系统源侧的约束条件包括：热源侧的热负荷平衡约束、热负荷变化范围约束、机组升降负荷速率约束；

热网约束：对供热系统供热网络中的热水压力、温度、流速进行计算，以保证热水在输运过程中的安全性。

4.根据权利要求1所述的一种供热系统裕度量化计算方法，其特征在于：所述的步骤S3利用热工水力计算平衡方程组以及图论知识实现供热系统的仿真计算，进行全网热工水力模拟，得出用户侧热负荷的变化，具体可将热网抽象成基本回路，构建管网的关联属性，采用“流量法”计算管网中的介质流量、压降；其中“流量法”的求解思路为：首先采用最小平方和法进行管网的初始流量分配，得到满足流量连续定律的各个管段内流量初值，此时，环路能量守恒定律无法满足，需要对管网的初始流量计算校正，采用最大闭合差法重新分配流量，经过流量调节的多次迭代后，环路能量守恒定律得到满足，最终获得目标管段的流量分配和各管段压力损失数据。

5.根据权利要求1所述的一种供热系统裕度量化计算方法，其特征在于：步骤S5为：首先根据历史数据结合机器学习方法获取各管段的期望流量，再根据步骤S4的计算结果，由末端到源，将各个管段的预期流量与步骤S4中所得管段流量进行比较并评分：

S51：从热网最末端起，若支路i流量满足预期，则其裕度得分S_i＝0；流量小于预期，则S_i＝1；流量超出预期，则S_i＜0，根据超出程度，超出越多分值越小；

S52：当管段i的子管段为空集时，则S_i即为末端的裕度得分；若管段i的子管段不为空时，则

其中S_k为管段i的下游子管段的裕度得分；

S53：将得分S_i作为供热系统的裕度参考指标，计算上游管段得分与其相邻下游支路得分均值之间的差值，差值越大则表明该上游管段供热能力越差，根据工程需求，找出差值最大的管段，进行优化改造。

6.根据权利要求1所述的一种供热系统裕度量化计算方法，其特征在于：步骤S6中优化改造的过程如下：

S61：对排查出的需要优先改造的管段进行分析，将所有可能性的原因按可能性大小逐一排列，记录成事件列表，逐一排查；给出相应的提升供热系统裕度的方法，包括增加管路、扩大管径、增加水泵，生成不同的优化改造方案；

S62：返回步骤S4和S5，通过系统进行仿真计算，重新评估各个优化改造方案下的供热系统中管段i的裕度S_i'，判断此时的供热系统裕度是否满足预期，不满足则重新选择改造方案，重复上述步骤，直至供热系统裕度评估结果S_i'满足工程需求；

S63：根据步骤S62中的优化改造结果，获得供热系统裕度的改造参考方案。

7.一种供热系统裕度量化计算系统，其特征在于，该系统采用如权利要求1-6任一项所述的方法实现，包括

供热系统建模模块，该模块用于实现供热系统建模，以及对数据进行清洗和预处理，并且建立相应工况下的热源约束、热网约束；

热工水力计算模块，该模块中包括热网的热工水力计算模型，能够进行全网热工水力模拟，得出用户侧热负荷的变化；

流量递归计算和供热系统裕度计算模块，该模块可根据仿真计算结果对全网管段进行流量递归，并对供热系统的裕度进行量化计算；

热网优化改造模块，该模块基于裕度计算结果，有选择性的对供热裕度不足的管段，提出相应的改造方案。

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