计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置，其中方法包括：建立电热协调调度模型；基于热网热量传输动态特性和多级换热过程建立约束条件；获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间；根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度；明确了考虑热网传输特性对于目标变量的影响；本发明专利技术基于多级换热过程建立热量传输约束，细化了电热协调调度模型的考量因素，能够使得模型优化结果更为可靠、模型兼容性更好。

【技术实现步骤摘要】
计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置
本专利技术涉及电热协调
，尤其涉及一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置。
技术介绍
电热综合能源系统中的集中供热管网由于热惯性而具有被动储热能力，能为电力系统提供调节能力。为量化评估热网被动储热性能对于提升可再生能源消纳效果，需建立包含热网热量传输动态特性的电热协调优化调度模型。以我国东北地区风电消纳问题为例，将管网的传输动态特性模型纳入电热协调优化模型，可获得较准确的热网传输延时规律，从而定量优化控制热源，使其在延时之前提前提供该时刻的用户热负荷，则夜间风电大发、热负荷较高时刻的用户热负荷也需提前一段时间供给。与不考虑传输延迟的情形相比，该方法在风电大发、热负荷较高的夜间时段的供热量与热电机组出力更低，为风电并网消纳提供更大空间。比如，凌晨3时热负荷最高、风电出力最大，若不考虑管网传输延迟，则3时的供热量(即热电联产机组的热出力)最高，热电机组电出力最大，风电并网空间可能不足，导致弃风达到最大；若考虑传输延迟，则热源需提前(比如凌晨2时)安排最高供热量，这样可错开3时风电最大的高峰时刻，降低凌晨3时的弃风量。由上可知，只有求解热网热量传输动态特性，才能得到管网各节点的温度动态分布规律，从而明确热源供热温度与到达用户的热水温度间的实时定量关系，确定热网提前供热的时刻，为电热协调优化提供准确约束。现有的计及管网被动储热的电热协调优化存在三点问题。第一，缺乏兼具精度及与电力系统兼容性的热网动态模型。传统热力学模型不能直接代入电热协调优化，兼容性差。第二，在热网模型不精确的基础上，很多文献也未充分考虑与热网运行特性密切相关的部件运行特性。浙江大学江艺宝将热网时延特性与变流量变温度调节考虑进了电热协调优化，但是采用的热网模型将温度简化为进出口平均供热温度、未考虑换热约束中的对数平均温差，也无法反映热力系统中各节点的热量传输与转换过程。第三，未考虑一次网、二次网及热用户间的换热约束，也未求得室内温度的实时变化，或仅考虑了换热平衡而忽略对数平均温差方程，这导致求得的理论供热量与实际不符，不能为制订供热及供电计划提供准确约束。在上述提到的计及热网动态特性的电热协调优化模型存在的问题中，由于热网模型决定了热源供热温度与热媒介质到达用户温度的实时映射关系。热力系统中一次网与二次网、二次网与用户及用户室内温度的变化规律也极大程度取决于热网动态模型的精度。因此，管网热量传输动态特性分析是实现供热系统动态调节与电热协调优化的基础。只有建立了精度较好且与电力系统算法兼容的热量传输动态模型，才能构建管网热力动态拓扑模型，进一步结合换热器、热用户运行特性等，从而精确掌握复杂管网中热源与各用户间的动态响应关系，实现根据可再生能源消纳目标定量调节供热及发电机组运行参数的目的，为发掘和利用电热综合能源系统中管网天然调节潜力提供理论基础。综上所述，提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置，基于多级换热过程的计算，能够解决现有技术中兼容性/精度不足、无法反映热力系统中各节点的热量传输与转换过程、未考虑一次网/二次网/热用户间的换热约束的问题，具有较高的实用价值和意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置。本专利技术提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，包括：建立电热协调调度模型；基于热网热量传输动态特性和多级换热过程建立热网约束，作为约束条件；获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度；所述电热协调调度模型是指在设定的约束条件下，通过决策变量调整目标变量的模型；所述决策变量包括逐时热源供热温度、供热管网初始温度、热电机组供热量、电出力、火电机组出力以及逐时风电出力中的任一者或任多者组合；所述目标变量包括弃风量、热偏离量、供热量、热损失、用户得热量、用户室内温度以及风电消纳量中的任一者或任多者组合；所述多级换热过程包括供热管网热量传输过程和/或换热过程；所述供热管网热量传输过程包括热媒介质供应管路的热量传输过程和/或热媒介质回收管路的热量传输过程；所述换热过程包括一次网与二次网间的换热过程、二次网与用户间的换热过程、用户与室外环境间的换热过程中的任一者或任多者组合。根据本专利技术提供的一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，所述热网约束包括对应于换热过程的第一函数：式中：Tc，in，t为t时刻二次网热媒介质的进口温度；Toutdoor，t为t时刻室外大气温度；Th，in，t为t时刻一次网热媒介质的进口温度；Th，out，t为t时刻一次网热媒介质的出口温度；Gc为二次网热媒介质的质量流量；Gh为一次网热媒介质的质量流量；Tuser，t为t时刻用户室内温度；sh，c、sevl、sc，user、s12h的表达式分别为：其中，e为自然对数的底；kh，c为一次网与二次网间换热器的换热系数；Ah，c为一次网与二次网间换热器的换热面积；c为热媒介质的比热容；kevl为用户建筑围护结构的平均换热系数；Aevl为用户建筑围护结构的平均换热面积；kc，user为二次网与用户间散热器的换热系数；Ac，user为二次网与用户间散热器的换热面积。根据本专利技术提供的一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，所述热网约束包括对应于供热管网热量传输过程的第二函数：式中，φm，n为空间节点为m、时间节点为n的出口过余温度；i、j分别为空间节点序号、时间节点序号；所述过余温度是指热媒介质温度与土壤温度间的差值；参数An、Bn以及A′n满足：其中，C为排列组合运算符；参数a与r满足：式中，ρ、c分别为热媒介质的密度、热媒介质的比热容；A、D分别为管路横截面积、管路直径；v为流体流速；k为管路内流体与土壤间的漏热系数；x、τ分别为空间变量、时间变量。根据本专利技术提供的一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，所述约束条件还包括热电联产机组约束；所述热电联产机组约束包括热电比约束、爬坡约束、机组极限出力约束、热源供水温度约束以及调度周期约束；所述热电比约束为：式中，ε为设定的热电联产机组热电比值；QCHP，t为t时刻热电联产机组的热出力；PCHP，t为t时刻热电联产机组的电出力；所述爬坡约束为：式中，PCHP，up、PCHP，down分别为设定的热电联产机组向上、向下爬坡约束；PCHP，t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，其特征在于，包括：/n建立电热协调调度模型；/n基于热网热量传输动态特性和多级换热过程建立热网约束，作为约束条件；/n获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；/n基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；/n根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度；/n所述电热协调调度模型是指在设定的约束条件下，通过决策变量调整目标变量的模型；/n所述决策变量包括逐时热源供热温度、供热管网初始温度、热电机组供热量、电出力、火电机组出力以及逐时风电出力中的任一者或任多者组合；/n所述目标变量包括弃风量、热偏离量、供热量、热损失、用户得热量、用户室内温度以及风电消纳量中的任一者或任多者组合；/n所述多级换热过程包括供热管网热量传输过程和/或换热过程；所述供热管网热量传输过程包括热媒介质供应管路的热量传输过程和/或热媒介质回收管路的热量传输过程；所述换热过程包括一次网与二次网间的换热过程、二次网与用户间的换热过程、用户与室外环境间的换热过程中的任一者或任多者组合。/n...

【技术特征摘要】
1.一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，其特征在于，包括：
建立电热协调调度模型；
基于热网热量传输动态特性和多级换热过程建立热网约束，作为约束条件；
获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；
基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；
根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度；
所述电热协调调度模型是指在设定的约束条件下，通过决策变量调整目标变量的模型；
所述决策变量包括逐时热源供热温度、供热管网初始温度、热电机组供热量、电出力、火电机组出力以及逐时风电出力中的任一者或任多者组合；
所述目标变量包括弃风量、热偏离量、供热量、热损失、用户得热量、用户室内温度以及风电消纳量中的任一者或任多者组合；
所述多级换热过程包括供热管网热量传输过程和/或换热过程；所述供热管网热量传输过程包括热媒介质供应管路的热量传输过程和/或热媒介质回收管路的热量传输过程；所述换热过程包括一次网与二次网间的换热过程、二次网与用户间的换热过程、用户与室外环境间的换热过程中的任一者或任多者组合。


2.根据权利要求1所述的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，其特征在于，所述热网约束包括对应于换热过程的第一函数：









式中：
Tc,in,t为t时刻二次网热媒介质的进口温度；Toutdoor,t为t时刻室外大气温度；Th,in,t为t时刻一次网热媒介质的进口温度；
Th,out,t为t时刻一次网热媒介质的出口温度；Gc为二次网热媒介质的质量流量；Gh为一次网热媒介质的质量流量；
Tuser,t为t时刻用户室内温度；
sh,c、sevl、sc,user、s12h的表达式分别为：









其中，e为自然对数的底；kh,c为一次网与二次网间换热器的换热系数；Ah,c为一次网与二次网间换热器的换热面积；c为热媒介质的比热容；kevl为用户建筑围护结构的平均换热系数；Aevl为用户建筑围护结构的平均换热面积；kc,user为二次网与用户间散热器的换热系数；Ac,user为二次网与用户间散热器的换热面积。


3.根据权利要求1或2所述的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，其特征在于，所述热网约束包括对应于供热管网热量传输过程的第二函数：






式中，φm,n为空间节点为m、时间节点为n的出口过余温度；i、j分别为空间节点序号、时间节点序号；所述过余温度是指热媒介质温度与土壤温度间的差值；
参数An、Bn以及A′n满足：









其中，C为排列组合运算符；
参数a与r满足：






式中，ρ、c分别为热媒介质的密度、热媒介质的比热容；A、D分别为管路横截面积、管路直径；v为流体流速；k为管路内流体与土壤间的漏热系数；x、τ分别为空间变量、时间变量。


4.根据权利要求1所述的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，其特征在于，所述约束条件还包括热电联产机组约束；
所述热电联产机组约束包括热电比约束、爬坡约束、机组极限出力约束、热源供水温度约束以及调度周期约束；
所述热电比约束为：



式中，ε为设定的热电联产机组热电比值；QCHP，t为t时刻热电联产机组的热出力；PCHP,t为t时刻热电联产机组的电出力；
所述爬坡约束为：



式中，PCHP,up、PCHP，down分别为设定的热电联产机组向上、向下爬坡约束；PCHP,t-1为t-1时刻的热电联产机组电出力；Pthp,up、Pthp,down分别为设定的火电联产机组的向上、向下爬坡约束；Pthp,t、Pthp...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞，郝玲，闵勇，陈群，陈磊，
申请(专利权)人：清华大学，国网冀北电力有限公司计量中心，
类型：发明
国别省市：北京;11