[发明专利]智能综合能源系统中供热管网管径优化设计方法

权利要求书

1.一种智能综合能源系统中供热管网管径优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，建立管网经济性评价目标函数：管网经济性评价采用管网年折算费用最小的方法，建立如下所示的目标函数：

Mincost＝X_tC_tz+C_r+C_△Q+C_α

其中，C_α＝αC_tz

则：cost＝(X_t+α)C_tz+C_r+C_△Q

式中：

Mincost——管网年折算最低费用函数；

cost——管网年折算总费用；

X_t——标准投资效果系数；

C_tz——管网系统投资建造总费用；

C_r——管网系统年动力费用，即循环水泵年运行电费；

C_ΔQ——管网系统年热损失费用；

C_α——管网系统的年折旧和年维修费用，α为折旧率；

步骤2，管网系统投资建造总费用C_tz计算，计算公式如下：

f(d_i)＝a+b·d_i

式中：

n——管网管段总数；

d_i——第i段管段管径，m；

l_i——第i段管段长度，m；

f(d_i)——第i段管段单位长度投资，元/m；a和b均为回归系数；

步骤3，水泵年运行电费C_r计算，计算公式如下：

式中：

R_i——第i段管段的比摩阻，为与第i段管段管径d_i呈反比的函数；

l_i——第i段管段长度，m；

l_dli——第i段管段的局部阻力当量长度；

η——循环水泵效率；

H_gt——全年供暖小时数；

P_d——工业用电价格；

t_ng为设计的热水网供水温度，单位为℃；

t_nh为设计的热水网回水温度，单位为℃；

步骤4，管网系统年热损失费用C_△Q的计算，计算公式如下：

ΔQ_i＝ΔQ_ig+ΔQ_ih

式中：C_△Q——输水管道热量损失折算费用，万元/年；

COP——能源站中冷热源机组制热时的能效比；

ΔQ_ig、ΔQ_ih——第i段管段中供水管道、回水管道散热损失，W；

t_g、t_h——供水管道、回水管道的热媒温度，℃；

t_db——管道中心线位置土壤温度，℃；

l_i——第i段管段长度，单位为m；

β——附件热损附加系数，地下敷设取0.15～0.2；

R_ibg、R_ibh——第i段管段中供水管道、回水管道保温层热阻，(m·℃)/W，为关于第i段管段管径d_i的函数；

R_it——第i段管土壤热阻，(m·℃)/W，为关于第i段管段管径d_i的函数；

R_c——双管直埋敷设时相互间传热影响的附加热阻，(m·℃)/W；

步骤5，建立关于管径的管网经济性评价目标函数Y(d_i)：将步骤2中的C_tz、步骤3中的Cr以及步骤4中的C_△Q，代入步骤1中建立的管网年折算最低费用函数Y中，得出Y与管径d_i的函数对应关系，也即得出Y(d_i)；

步骤6，最优管径D_s求解，包括如下步骤：

步骤61，确定管径决策因变量d：对步骤5建立的关于管径的管网经济性评价目标函数Y(d_i)中具有管径决策变量D，且D＝(d₁,d₂,…,d_i…,d_n)；因而管径决策变量D具有n个管径决策因变量d，每个d均具有13个规格型号的取值，从小到大排序依次为DN200，DN300，DN350，DN400，DN450，DN500，DN600，DN700，DN800，DN900，DN1000，DN1200；

步骤62，管径决策因变量d取整编码：将DN200，DN300，DN350，DN400，DN450，DN500，DN600，DN700，DN800，DN900，DN1000，DN1200，分别用整数编码1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13进行代替；因而，每个管径决策因变量d的取值范围为[1，13]；

步骤63，初始种群确定，包括如下步骤：

步骤63a)整数编码赋值：对管网布局优化获得的最优布局中的n段管段的内径值，参照步骤62，进行整数编码赋值；

步骤63b)给定管径上下调整范围：给定一个管径上下调整范围，使得步骤63a)中进行整数编码赋值的每个管径决策因变量d能在管径上下调整范围内上下浮动；

步骤63c)形成初始种群：将步骤63a)赋值的整数编码以及步骤63b)上下浮动的整数编码，均代入步骤5建立的关于管径的管网经济性评价目标函数Y(d_i)中，形成初始种群；

步骤64，最优管径D_s求解：采用整数自适应遗传算法，对步骤63的初始种群进行整数遗传、交叉、变异和选择或合并操作，当所对应的Y值最小时，所对应的一组包含n段管网管段的管径值，即为所求解的最优管径D_s。