[发明专利]基于数字孪生技术的热电联合供暖系统实时优化调控方法

说明书

本发明涉及热电联合供暖领域，提供了一种基于数字孪生技术的热电联合供暖系统实时优化调控方法，本发明方法基于数字孪生技术，搭建了包含物理设备层、感知层、数据处理层、数据传输层和运行决策层在内的五层热电联合供暖系统数字孪生平台；利用热电比拟的方法，构建热电联合供暖系统的数字孪生模型并将其部署于数字孪生平台内；依据数字孪生平台模拟结果与传感器采集数据对热电联合供暖系统内的热电联产机组、厂级电热泵、储电单元、储热单元、循环水泵等设备进行调控，解决热电联合供暖系统依赖经验调节，管理粗放的问题，及风电、光伏发电等间歇性可再生能源利用不充分的问题。

技术领域

本发明涉及热电联合供暖领域，特别涉及一种基于数字孪生技术的热电联合供暖系统实时优化调控方法。

背景技术

随着中国经济水平的快速发展，对能源的消耗也与日俱增，长期以来，中国的能源结构以化石能源为主，其中煤炭又占据了化石能源结构的大部分比例。以煤炭为主的能源结构在生产过程中产生大量的碳排放，造成温室气体的增加，加剧温室效应的产生。为解决碳排放问题，实现高质量高水平可持续的新形式下的快速发展，中国提出了“30、60”的发展目标，力争2030年碳排放达峰，2060年全面实现碳中和。为此，需要一方面大力探索化石能源以外的绿色可再生能源的发展道路，挖掘绿色能源的潜力并充分利用；另一方面，需要加强能源消耗的管理，将节能落到实处，从需求侧减轻能源消耗。

中国北方区域受环境影响，冬季大部分地区需采用集中供暖的形式进行采暖，以维持居民生产生活的正常开展。考虑到中国北方区域庞大的供暖面积，每年集中供暖需消耗大量的能源。为节约能源减少碳排放，大部分地区选择以热电联产机组(Combine Heatand Power,CHP)为主要热源，构建热电联合供暖系统，充分利用热能与电能耦合互补的特性，同时负担区域的热负荷与电负荷。

热电联合供暖系统是一种利用能量梯级关系，将供暖过程与发电过程进行整合调控的供热-发电一体化系统。系统主要包括厂侧的热电联产机组、厂级电热泵、换热首站等设备；网侧的一次热网、二级换热站、二次热网等部分以及热用户。其基本原理在于对不同品质的热量进行分层梯级利用。温度较高、可用能较大的高品位热量被用来被发电，而温度较低可用能较小的低品位热能则被用来供暖，具有良好的经济效益。

热电联合供暖系统在大规模引进绿色能源后面临新的问题，由于风电、光伏发电等绿色能源的发电量对气候环境的依赖相当严重，而气候环境属于人类基本不可控的范围，这就导致风电、光伏发电等绿色能源的发电量具有不确定性与间歇性的特点。为了保持电网运行的安全稳定，在接入大规模间歇性绿色能源时需要灵活可控的化石能源发电机组与之配合运行。然而这些机组的供暖任务限制了其灵活性的发挥，造成了“以热定电”现象的产生，使得风电、光伏发电等间歇性绿色能源不能得到充分的利用。

同时，热电联合供暖系统长期以来处于粗放管理的运行模式，对系统的调节依赖于运行人员长期以来总结的主观经验。运行人员“看天烧火”，依据气温对热电联合供暖系统进行调控，在整个供暖周期内具有明显的季节性特点，由于缺乏细致的监控与调控手段，造成了系统整体能耗偏高，与低碳高效的运行目标存在差距。

发明内容

现有技术存在的缺陷：

现有的热电联合供暖系统主要采用人工经验进行管理与调控，在热网侧缺少大量的传感器件，无法感知用户端的热网工作状态，调控无法形成闭环回路。在这种粗放的调控模式下，用户侧的热网将出现供热失调，冷热不均的现象，为了保证所有用户的室内温度达到国家标准，只能大范围的提高基础供热量，但这造成了整体热电联合供暖系统能耗升高，与降低碳排放的未来发展趋势不符合。