CN111396325B - 一种多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法 - Google Patents

一种多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法，属于多能流系统运行和控制技术技术领域。本发明方法考虑了循环水泵的开机状态约束、开机动作约束、最大开机次数约束和最小持续运行时间约束，以最小化供热网络中所有循环水泵的总运行时间为目标，建立了混合整数线性的循环水泵日前启停计划优化模型，实现了循环水泵日前启停计划的优化调度。相比传统方法，本发明通过求解数学优化问题来得到满足循环水泵运行约束的日前启停计划，结果具有全局最优性。本发明提出的方法可以用于制订供热网络中循环水泵的日前启停计划，最小化供热网络中所有循环水泵的总运行时间，有利于降低循环水泵能耗和供热网络运行成本。

Description

一种多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法
技术领域
本发明涉及一种多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法，属于多能流系统运行和控制技术技术领域。
背景技术
多能流系统是指由多种类型能量流构成的能量系统，表示电、热、冷、气、交通等能量流的相互耦合、转换和传输。多能流系统打破了原来电、热、冷、气、交通等能流子系统相对割裂的状态，实现多类型能源开放互联，能够是带来的效益包括：1)通过多种类型能源的梯级开发利用和智能管理，提高综合能源利用效率，降低用能成本；2)利用不同能源的特性差异和互补、转换，提高消纳间歇式可再生能源的能力；3)通过多能源的转供、互补和协调控制，提高供能系统的可靠性，并为电网的运行提供更多可调控的灵活性资源；4)通过多能流系统的协同规划和建设，减少基础设施的重复建设和浪费，提高资产利用率。多能流系统一方面具有可观的效益，另一方面也使原本复杂的能源系统更加复杂。多能流系统由多个能流子系统组成，这些能流子系统之间相互作用和影响，使得多能流系统复杂度显著增加，体现出许多新的特性，传统各个能流单独分析的方法已经难以适应新的要求，亟需发展出新的多能流分析方法。
供热网络是多能流系统中的重要组成部分，用于实现热力的生产、传输和利用。其中，循环水泵是驱动供热网络中供热介质循环的重要设备，其电力消耗是供热网络能耗的重要组成部分，如何实现循环水泵优化启停是实现供热网络节能降耗的重要内容。在传统供热网络控制方法中，循环水泵启停主要根据经验进行人工控制，自动化程度低，容易造成能源浪费。为了充分挖掘多能流系统中供热网络的调度灵活性，进一步降低其运行成本，需要研究供热网络中循环水泵的日前启停计划优化方法，通过严谨的数学方法来求解出最优的循环水泵日前启停计划，且满足循环水泵的运行约束。
发明内容
本发明的目的是提出一种多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法，以弥补现有领域研究的空白，建立一种供热网络循环水泵的日前启停优化模型，实现多能流系统中的供热网络循环水泵启停的优化控制。
本发明提出的多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法，包括以下步骤：
(1)建立多能流系统中供热网络循环水泵日前启停控制的目标函数如下：
Figure BDA0002393460620000021
式中，T为调度时段编号t的集合，IPump为循环水泵编号的集合，
Figure BDA0002393460620000022
为供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段的开机状态，
Figure BDA0002393460620000023
为0-1变量，
Figure BDA0002393460620000024
等于1表示第i个循环水泵在第t个调度时段为开机状态，
Figure BDA0002393460620000025
等于0表示第i个循环水泵在第t个调度时段为关机状态；
(2)建立多能流系统中供热网络循环水泵日前启停控制的约束条件，包括：
(2-1)建立循环水泵的开机状态约束方程：
Figure BDA0002393460620000026
Figure BDA0002393460620000027
Figure BDA0002393460620000028
式中，
Figure BDA0002393460620000029
为与供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段关联的总负荷功率，ph,i为供热网络中第i个循环水泵的开启功率阈值，
Figure BDA00023934606200000210
和ph,i为从多能流能量管理系统获取，
Figure BDA00023934606200000211
为供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段关联的总负荷功率超过开启功率阈值的部分，M为一个任意大的正数，本发明的一个实施例中M＝1010；
(2-2)建立循环水泵的开机动作约束方程：
Figure BDA00023934606200000212
式中，
Figure BDA00023934606200000213
为供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段开机动作，
Figure BDA00023934606200000214
为0-1变量，
Figure BDA00023934606200000215
等于1表示第i个循环水泵在第t个调度时段执行了开机动作，
Figure BDA00023934606200000216
等于0表示第i个循环水泵在第t个调度时段未执行开机动作，
Figure BDA00023934606200000217
为供热网络中第i个循环水泵在第t-1个调度时段的开机状态；
(2-3)建立循环水泵的最大开机次数约束方程：
Figure BDA00023934606200000218
式中，Ni为供热网络中第i个循环水泵一天内的最大开机次数，Ni从循环水泵使用说明书中获得；
(2-4)建立循环水泵的最小持续运行时间约束方程：
Figure BDA0002393460620000031
式中，
Figure BDA0002393460620000032
为供热网络中第i个循环水泵在第h个调度时段开机状态，Ti u为供热网络中第i个循环水泵的最小持续运行时间，Ti u从循环水泵使用说明书中获得；
(3)采用分支定界法，求解上述由步骤(1)中的目标函数和步骤(2)的约束条件组成的多能流系统中供热网络循环水泵日前启停控制的优化模型，得到供热网络中循环水泵的开机状态，作为供热网络中循环水泵的日前启停计划，实现多能流系统中供热网络循环水泵日前启停的控制。
本发明提出的多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法，其特点和效果是：
本发明方法考虑了循环水泵的开机状态约束、开机动作约束、最大开机次数约束和最小持续运行时间约束，以最小化供热网络中所有循环水泵的总运行时间为目标，建立了混合整数线性的循环水泵日前启停计划优化模型，实现了循环水泵日前启停计划的优化调度。相比传统方法，本发明通过求解数学优化问题来得到满足循环水泵运行约束的日前启停计划，结果具有全局最优性。本发明提出的方法可以用于制订供热网络中循环水泵的日前启停计划，最小化供热网络中所有循环水泵的总运行时间，有利于提高循环水泵利用效率，降低供热网络运行成本。
具体实施方式
本发明提出的多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法，包括以下步骤：
(1)建立多能流系统中供热网络循环水泵日前启停控制的目标函数如下：
Figure BDA0002393460620000033
式中，T为调度时段编号t的集合，IPump为循环水泵编号的集合，
Figure BDA0002393460620000034
为供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段的开机状态，
Figure BDA0002393460620000035
为0-1变量，
Figure BDA0002393460620000036
等于1表示第i个循环水泵在第t个调度时段为开机状态，
Figure BDA0002393460620000037
等于0表示第i个循环水泵在第t个调度时段为关机状态；
(2)建立多能流系统中供热网络循环水泵日前启停控制的约束条件，包括：
(2-1)建立循环水泵的开机状态约束方程：
Figure BDA0002393460620000038
Figure BDA0002393460620000041
Figure BDA0002393460620000042
式中，
Figure BDA0002393460620000043
为与供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段关联的总负荷功率，ph,i为供热网络中第i个循环水泵的开启功率阈值，
Figure BDA0002393460620000044
和ph,i为从多能流能量管理系统获取，
Figure BDA0002393460620000045
为供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段关联的总负荷功率超过开启功率阈值的部分，M为一个任意大的正数，本发明的一个实施例中M＝1010；
(2-2)建立循环水泵的开机动作约束方程：
Figure BDA0002393460620000046
式中，
Figure BDA0002393460620000047
为供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段开机动作，
Figure BDA0002393460620000048
为0-1变量，
Figure BDA0002393460620000049
等于1表示第i个循环水泵在第t个调度时段执行了开机动作，
Figure BDA00023934606200000410
等于0表示第i个循环水泵在第t个调度时段未执行开机动作，
Figure BDA00023934606200000411
为供热网络中第i个循环水泵在第t-1个调度时段的开机状态；
(2-3)建立循环水泵的最大开机次数约束方程：
Figure BDA00023934606200000412
式中，Ni为供热网络中第i个循环水泵一天内的最大开机次数，Ni从循环水泵使用说明书中获得；
(2-4)建立循环水泵的最小持续运行时间约束方程：
Figure BDA00023934606200000413
式中，
Figure BDA00023934606200000414
为供热网络中第i个循环水泵在第h个调度时段开机状态，Ti u为供热网络中第i个循环水泵的最小持续运行时间，Ti u从循环水泵使用说明书中获得；
(3)采用分支定界法，求解上述由步骤(1)中的目标函数和步骤(2)的约束条件组成的多能流系统中供热网络循环水泵日前启停控制的优化模型，得到供热网络中循环水泵的开机状态，作为供热网络中循环水泵的日前启停计划，实现多能流系统中供热网络循环水泵日前启停的控制。

Claims (1)

1.一种多能流系统中供热网络循环水泵的日前启停控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)建立多能流系统中供热网络循环水泵日前启停控制的目标函数如下：
Figure FDA0002792221100000011
式中，T为调度时段编号t的集合，IPump为循环水泵编号的集合，
Figure FDA0002792221100000012
为供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段的开机状态，
Figure FDA0002792221100000013
为0-1变量，
Figure FDA0002792221100000014
等于1表示第i个循环水泵在第t个调度时段为开机状态，
Figure FDA0002792221100000015
等于0表示第i个循环水泵在第t个调度时段为关机状态；
(2)建立多能流系统中供热网络循环水泵日前启停控制的约束条件，包括：
(2-1)建立循环水泵的开机状态约束方程：
Figure FDA0002792221100000016
Figure FDA0002792221100000017
Figure FDA0002792221100000018
式中，
Figure FDA0002792221100000019
为与供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段关联的总负荷功率，ph,i为供热网络中第i个循环水泵的开启功率阈值，
Figure FDA00027922211000000110
和ph,i为从多能流能量管理系统获取，
Figure FDA00027922211000000111
为供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段关联的总负荷功率超过开启功率阈值的部分，M为一个任意大的正数；
(2-2)建立循环水泵的开机动作约束方程：
Figure FDA00027922211000000112
式中，
Figure FDA00027922211000000113
为供热网络中第i个循环水泵在第t个调度时段开机动作，
Figure FDA00027922211000000114
为0-1变量，
Figure FDA00027922211000000115
等于1表示第i个循环水泵在第t个调度时段执行了开机动作，
Figure FDA00027922211000000116
等于0表示第i个循环水泵在第t个调度时段未执行开机动作，
Figure FDA00027922211000000117
为供热网络中第i个循环水泵在第t-1个调度时段的开机状态；
(2-3)建立循环水泵的最大开机次数约束方程：
Figure FDA00027922211000000118
式中，Ni为供热网络中第i个循环水泵一天内的最大开机次数，Ni从循环水泵使用说明书中获得；
(2-4)建立循环水泵的最小持续运行时间约束方程：
Figure FDA0002792221100000021
式中，
Figure FDA0002792221100000022
为供热网络中第i个循环水泵在第h个调度时段开机状态，Ti u为供热网络中第i个循环水泵的最小持续运行时间，Ti u从循环水泵使用说明书中获得；
(3)采用分支定界法，求解由步骤(1)中的目标函数和步骤(2)的约束条件组成的多能流系统中供热网络循环水泵日前启停控制的优化模型，得到供热网络中循环水泵的开机状态，作为供热网络中循环水泵的日前启停计划，实现多能流系统中供热网络循环水泵日前启停的控制。
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考虑风电不确定性的区间经济调度模型及空间分支定界法;丁涛 等;《中国电机工程学报》;20140805;第34卷(第22期);第3707-3714页 *

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