本发明专利技术公开一种数值‑机理双驱动的热网动态仿真方法，属于能源系统仿真领域；一种数值‑机理双驱动的热网动态仿真方法：S1搭建热力系统模型，输入热网参数情况；S2根据热媒传递机理推导温度变化公式；S3根据公式、热网参数和已知量测工况求节点温度；该方法充分解决了传统差分方法求解耗时长，数值色散问题严重的痛点，为热网的态势感知、安全分析和运行调度提供理论基础。
【技术实现步骤摘要】
本公开属于能源系统仿真领域，具体涉及一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法。
技术介绍
1、对不断增加的碳排放和环境状况的担忧促使许多国家提出旨在减少这种排放的政策。综合能源系统(ies)通过结合各种能源，如供暖、制冷、燃气、蒸汽和电力系统，提供了一种有效的能源使用方式，从而实现了良好的环境性能。一个特别值得注意的ies形式是低碳区域供热网络，它将电能与热网结合起来，以减少能源供应中的碳排放。这种方法作为减少碳排放的有效手段，已经得到了广泛的关注。
2、作为一种最常见的综合能源系统，热电综合能源系统(he-ies)受到了学术界和工业界的广泛关注。在热电综合能源系统中，热力系统的工况波动相对较慢，在系统分析时有必要考虑其工况的动态变化过程。然后，对于热力系统，目前主流的动态仿真算法是有限差分法，这种方法会将偏微分方程转化为高维线性方程，尽管能够得到精度相当的结果，也存在着耗时大、数值色散严重等问题；因此，为保证仿真的有效性和实时性，有必要提出一种更迅速、数值更稳定的方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本公开的目的在于提出一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，该方法可根据量测信息准确的仿真出系统温度，避免了传统方法中固有的仿真耗时长和数值色散问题。
2、本公开的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，包括以下步骤：
4、s1，建立热水供热网络的动态能流计算模型，并将热网参数输入模型；
5、s2，根据热媒传递机理推导温度变化公式；
6、s3，根据公式、热网参数和已知量测工况求任意节点温度；
7、进一步地，所述的热水供热网络的动态能流计算模型，其特征在于，热网管道传热特性方程为：
8、
9、上式中，r((m·k/w))代表热阻，上标i,n,j代表节点，a代表环境，t代表温度，c代表比热容。
10、进一步地，所述的根据热媒传递机理推导热网管道在量调节下的温度传递公式，具体推导过程与结果为：
11、根据苏霍夫温降公式，在质量流量一定的情况下，管道传热特性方程的解为：
12、
13、式中l为管道长度,t为时间，a为管道截面积，ρ为流体密度。
14、由此可知，对于热媒，不论其以何种速度做匀速运动，其温降只取决于运行时间而与速度、距离无关。进而，当系统进行质调节即质量流量可能发生变化的情况下，质量流量变化的过程可等效为无数个匀速运动的过程，即热媒的温度仍只与时间有关，仍可用苏霍夫温降公式描述。
15、进而，用一个二维向量(x,t)表示管道的位置和时间，对应时间和位置的热媒温度用t(x,t)表示。则t(x,t)处的热媒来源可能有两种情况，一种是由初始时刻沿管道分布的热媒(x0,0)传递而来，另一种则是由管道始端某时刻的热媒t(0,t0)传递而来。
16、当(x,t)处的热媒来自(x0,0)时，此时，t与v(t)，x需满足当(x,t)处的热媒来自(0,t0)时，此时，t与v(t)，x需满足
17、综上，热网管道温度变化公式为：
18、
19、进一步地，所述的根据公式、热网参数和已知量测工况求任意节点温度，具体包括求单根管道内任意温度求解和网络节点温度求解，其中单根管道内任意位置温度求解流程为：
20、s3-1将管道两端初始温度，热源逐时温度以及热媒流速输入系统；
21、s3-2采用数值积分的方法求具体公式如下：
22、
23、式中，h代表数值积分的步长；
24、若x1小于x，则进行步骤s3-3，否则进行步骤s3-4；
25、s3-3此时热媒来自(x-x1,0)处，采用插值法根据以下公式求出t(x-x1,0)：
26、
27、带入即可求出t(x,t)。
28、s3-4此时热媒来自(0,t0)处，需采用数值方法根据求出t0；具体方法为，以δt为时间步长，依次求出t0＝t,t-δt,t-2δt,t-3δt,...0时对应的序列x1,2,3,,n。找到xi＜x且xi+1＞x的i，根据以下公式求出t0：
29、
30、带入即可求出t(x,t)。
31、进一步地，所述的网络温度求解，具体求解流程为：
32、研究人员已可以在知道管道初始温度和管道始端温度的基础上求出管道任意位置、任意时刻的温度。进而，热力网络是由多根供水管道和回水管道构成，热网温度动态仿真流程为：
33、s4-1根据热网拓扑开展拓扑排序，确定供水管道求解顺序；
34、s4-2根据网络各节点初始温度，热源时序供热温度，按照s4-1得到的管道求解顺序利用步骤s3-1至步骤s3-4依次求出各个供水管道温度分布情况；
35、s4-3根据s3-2求出的负荷节点供热温度和负荷模型hl＝cml(ts-tr)求出负荷节点的回水温度；
36、s4-4按照管道求解顺序的逆向顺序，根据负荷节点回水温度和回水管道的初始温度，利用步骤s3-1至步骤s3-4依次求出各个回水管道的温度分布情况；
37、本公开的有益效果：现有热网动态仿真算法中存在仿真耗时长、数值色散明显等问题，导致仿真可靠性有限，难以指导系统运行，本专利技术提出一种数值机理双驱动的热网动态仿真算法，该算法具有更好的仿真精度和数值稳定性，使用该算法进行仿真得到的温度误差更小，更贴合系统实际运行情况，有助于热力系统的运行调度、安全分析，为热力系统运行稳定性奠定基础。
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【技术保护点】
1.一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，其特征在于，步骤S1中，热水供热网络的动态能流计算模型，热网管道传热特性方程为：
3.根据权利要求1所述的一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，其特征在于，步骤S2中，根据热媒传递机理推导热网管道在量调节下的温度传递公式，具体推导过程与结果为：
4.根据权利要求1所述的一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，其特征在于，步骤S3中，根据公式、热网参数和已知量测工况求任意节点温度，具体包括求单根管道内任意温度求解和网络节点温度求解，其中单根管道内任意位置温度求解流程为：
5.根据权利要求1所述的一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，其特征在于，网络温度求解，具体求解流程为：
【技术特征摘要】
1.一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，其特征在于，步骤s1中，热水供热网络的动态能流计算模型，热网管道传热特性方程为：
3.根据权利要求1所述的一种数值-机理双驱动的热网动态仿真方法，其特征在于，步骤s2中，根据热媒传递机理推导热网管道在量调节下的温度传递公式，...
【专利技术属性】
技术研发人员：关奥博，周苏洋，顾伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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