【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业园区的运行优化领域，具体涉及一种耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法与系统。
技术介绍
1、在中国工业园区用能中，工业蒸汽供热约占我国工业总供热需求的70％。作为关键的能源消耗环节，蒸汽供热系统正面临着从传统高碳排放体系向绿色工业综合能源系统转型的挑战，未来低碳工业园区呈现源荷双侧随机性，亟需整合源荷资源，充分发挥灵活性资源的互补特性。因此，工业园区蒸汽供热系统的需求响应优化研究，对于推进我国园区蒸汽供热系统的绿色低碳化转型具有重要指导意义。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种耦合绿色电力工业园区蒸汽供热系统优化配置方法与系统，以解决蒸汽供热系统中源与负荷之间的双侧随机性，从而实现源与负荷资源的有效整合。本专利技术在传统蒸汽供热系统中开展需求响应管理，通过分时汽价调节用户侧负荷，减少用户负荷峰谷差，提高系统灵活性。在此基础上，开展系统电能替代改造，促进可再生能源的消纳并减少系统碳排放。进一步的，基于分时汽价优化定价结果，建立计及分时汽价的双层优化配置模型，降低了系统运行与配置成本。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种耦合绿色电力工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，包括如下步骤：
3、步骤s1，基于系统的基本能流结构，建立蒸汽供热系统动态模型；
4、步骤s2，以所建立的蒸汽供热系统动态模型为基础，建立并求解蒸汽供热系统动态水力解析模型；
5、步骤s3，根据所述蒸汽动态水力解析模型的求解结果，基于需求响
6、步骤s4，基于所述系统最优分时汽价方案，构建系统双层优化配置模型，优化耦合绿色电力工业园区蒸汽供热系统的电转热设备配置容量及调度方法。
7、上述技术方案中，进一步地，所述步骤s1中基于系统的基本能流结构，建立蒸汽供热系统动态模型，具体步骤包括：
8、步骤s11，根据图论原理构建蒸汽运输的质量、动量和能量方程；
9、步骤s12，构建描述工业园区蒸汽供热系统拓扑结构的关联矩阵；
10、步骤s13，基于s11和s12的结果，构建蒸汽供热系统动态模型。
11、更进一步地，所述步骤s11中蒸汽运输的质量、动量和能量方程分别为：
12、
13、其中：
14、
15、另外动量方程和能量方程可以分别展开为：
16、
17、式中：下标s代表蒸汽；us和zs分别表示蒸汽的比内能向量和重力势能向量；t表示时间；ρs为蒸汽密度，kg/m3；vs为蒸汽速度，m/s；ps为蒸汽压力，mpa；us为蒸汽比内能，kj/kg；gs为蒸汽重力加速度，m/s2；θs为蒸汽管道倾斜角，°；λs为蒸汽阻力系数；ds为蒸汽管道的管径，m；ks为蒸汽换热系数，kw/(m2·k)；ts为蒸汽流体温度，k；ts,us为环境温度，k。
18、进一步地，所述步骤s12具体为：
19、对于节点数为l、管段(支路)数为m、闭环回路数为k的蒸汽管网，其节点-管道关联矩阵为：
20、
21、其矩阵元素aij的定义为：
22、
23、由于闭合网络中节点流量守恒，可得：
24、ar＝q
25、式中：r为各个管段内的流量向量，r＝[r1,r2,…,rm]t；q为各个节点的净质量流量向量，q＝[q1,q2,…,qm]t，一般取流出该节点为正值，流入该节点为负值。
26、环路-管段关联矩阵为：
27、
28、其矩阵元素bij的定义为：
29、
30、由于闭合回路中的压降与温降为0，可得：
31、bδp＝0
32、bδt＝0
33、式中：δp为闭合网络内的压降矩阵，δp＝[δp1,δp2,…,δpm]t，δpm表示闭合网络内管段m的压降，δt为闭合网络内的温降矩阵，δt＝[δt1,δt2,…,δtm]t，δtm表示闭合网络内管段m的温降。
34、另外，当忽略蒸汽的状态参数在时间上的变化时，步骤s11中的蒸汽运输的质量方程将被简化为：
35、
36、进一步地，所述步骤s13：基于s11和s12的结果，构建蒸汽供热系统动态模型，具体方法为：
37、首先，建立如下三个假设：
38、(1)假设流体为单相可压缩流体。
39、基于实际工程经验，蒸汽运输工况根据压力进行分类可分为低压、中压、高压三类。其中，低压蒸汽的压力一般为0.5～1.0mpa，供汽温度为180～280℃；中压蒸汽的压力一般为1.1～3.3mpa，供汽温度为260～320℃；高压蒸汽的压力一般为3.4～10mpa，供汽温度为290～360℃。据此可以将蒸汽动态建模仿真研究分为低压、中压、高压三个工况，三种工况下的蒸汽一般都为过热蒸汽，且输运过程中无凝结、无疏水，因此可将蒸汽假定为单相可压缩流体，符合工程实际运行。
40、(2)动量方程部分项简化。s11提出的公式中动量方程等式左边从左到右五项分别描述了能源流体在管道输运过程中的加速度、对流效应、静力效应、重力影响及阻力影响。
41、蒸汽的输运速度范围为0～50m/s，远小于声速，第二项对流项数值趋近于0，可忽略。
42、
43、将阻力项中的流速平方项进一步进行增量线性化近似：
44、
45、式中：为流体流速基值，取历史工况值，m/s；为实际流速相对于基值的波动量，m/s。
46、(3)忽略管道倾斜角，所有管道视为水平方向。工业园区蒸汽供热管网一般为架空管道或地埋管道，则管道倾斜角为0，不考虑垂直管段，动量方程中的第四项和能量方程中的第三项分别变为：
47、gρsinθ＝0
48、gρvsinθ＝0
49、然后，即可得出描述蒸汽一维动态输运过程的偏微分方程组，即为所述蒸汽供热系统动态模型：
50、
51、其中，x表示管道的长度方向向量，m；hs表示比焓，kj/kg。
52、进一步地，所述步骤s2中以所建立的蒸汽供热系统动态模型为基础，提出蒸汽动态水力解析模型并对其求解方法，具体步骤包括：步骤s21，基于步骤s1建立的蒸汽供热系统动态模型建立蒸汽供热系统动态水力解析模型；步骤s22，根据网络拓扑约束和边界条件，对蒸汽供热系统动态水力解析模型进行求解。
53、进一步地，所述步骤s21中，基于s1建立的蒸汽供热系统动态模型，通过引入参考温度假设和理想气体的假设来建立蒸汽供热系统动态水力解析模型：
54、
55、式中：tb为参考温度，k；rg为蒸汽的气体常数，kj/(kg·k)；g为质量流量，kg/s；a为管道截面积，m2。
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【技术保护点】
1.一种耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，所述步骤S1包括：根据图论原理构建蒸汽运输的质量、动量和能量方程；基于所述蒸汽运输的质量、动量和能量方程和工业园区蒸汽供热系统拓扑结构，确定蒸汽供热系统动态模型。
3.根据权利要求2所述的耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，所述步骤S2包括：基于S1建立的蒸汽供热系统动态模型，建立蒸汽供热系统动态水力解析模型，并结合网络拓扑约束和边界条件对所述蒸汽供热系统动态水力解析模型进行解析求解。
4.根据权利要求3所述的耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，所述步骤S31具体为：
6.根据权利要求5所述的耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，所述步骤S32包括：
7.根据权利要求6所述的耦合绿电工业园区蒸汽供热系
8.一种耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置系统，其特征在于，该系统采用如权利要求1-7任一项所述的方法对耦合绿电工业园区蒸汽供热系统进行优化配置。
...【技术特征摘要】
1.一种耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，所述步骤s1包括：根据图论原理构建蒸汽运输的质量、动量和能量方程；基于所述蒸汽运输的质量、动量和能量方程和工业园区蒸汽供热系统拓扑结构，确定蒸汽供热系统动态模型。
3.根据权利要求2所述的耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，所述步骤s2包括：基于s1建立的蒸汽供热系统动态模型，建立蒸汽供热系统动态水力解析模型，并结合网络拓扑约束和边界条件对所述蒸汽供热系统动态水力解析模型进行解析求解。
4.根据权利要求3所述的耦合绿电工业园区蒸汽供热系统优化配置方法，其特征在于，所述步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱忠岳，缪大文，林小杰，陈凯璇，钟崴，
申请(专利权)人：江阴苏龙热电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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