[发明专利]一种基于运行优化模型的多区域综合能源系统运行方法

摘要

本发明公开了一种基于运行优化模型的多区域综合能源系统运行方法，包括以下步骤：步骤10)建立热网能量传输通用模型，并将所述热网能量传输通用模型简化为热网能量流模型和热网流量‑温度方程两个部分；建立热网运行费用模型；步骤20)基于CCHP运行优化模型，结合热网能量流模型，建立多区域综合能源系统运行优化模型；步骤30)多区域综合能源系统按照步骤20)建立的运行优化模型运行。该方法可实现不同区域热能的交换，实现对不同区域的设备进行统一调度，使设备尽可能的处于最佳工况，实现最优工作配合，提高能源系统经济性。

主权项

1.一种基于运行优化模型的多区域综合能源系统运行方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤10)建立热网能量传输通用模型，并将所述热网能量传输通用模型简化为热网能量流模型和热网流量‑温度方程两个部分；建立热网运行费用模型；所述的步骤10)中，建立热网能量传输通用模型的过程为：步骤101)建立管段温差方程：设热网节点数为Z，管段数为W，第i个冷热电联供系统与热网连接的节点记为i，节点i处的热媒温度为T_i℃，由节点i流入冷热电联供系统的热媒流量为q_s,im³/s，温度为T_s,i℃，热媒所含热功率为H_s,ikW；管段i‑j流出节点i的热媒流量为q_ijm³/s，温度为T_i,j℃，热媒所含热功率为H_ijkW，热媒管段i‑j的长度为l_ijkm；设当热媒流出节点i时，q_ij或q_s,i符号为正，反之为负；单位长度管道热损表达式如式(1)所示：式中，Δh为单位长度管道上的热损失，单位：kW/km；T为管道中热媒温度，单位：℃；T_e为管道周围介质的平均温度，单位：℃；∑R为热媒到周围介质间每千米管道的总热阻，单位：km·℃/kW；由式(1)得到：初始温度为T₀的热媒流过长度为l的管段后，流入、流出该管道的热功率如式(2)所示：式中，H₀为流入管道的热功率，单位：kW；H为流出管道的热功率，单位：kW；k为比例常数，且k＝cρ：c为流体比热容，单位：kJ/(kg·℃)；ρ为流体密度，单位：kg/m³；q为管道中的流体流量，单位：m³/s；对于稳态热力网络，管段所处外部环境稳定，因此T_e、∑R均为常数，从而式(2)的解为式中，e为自然常数；步骤102)建立节点平衡方程：对于热网中的任一节点，流经节点i的能量和为零；流经同一节点的热媒流量和为零，如式(4)和式(5)所示：式中，q_s,i为由节点i流入热源的热媒流量,q_ij为由节点i流向节点j的热媒流量，I为与节点i相连的节点的集合；T_s,i为由节点i流入热源的热媒温度；T_ij为由节点i流向节点j的热媒温度，同一管段中的流体流量必须连续，即如式(6)所示：q_ij+q_ji＝0   式(6)式中，q_ji为由节点j流向节点i的热媒流量；设热网温度场为稳态场，从同一节点流出的热媒温度相同，如式(7)所示：T_ij＝T_ik,q_ij>0&q_ik>0 j,k∈I   式(7)式中，T_ij为由节点i流向节点j的热媒温度，T_ik为由节点i流向节点k的热媒温度，q_ij为节点i流向节点j的热媒流量、q_ik为节点i流向节点k的热媒流量；从冷热电联供流入热网的热媒温度为系统供水温度，如式(8)所示：T_s,i＝T_sw,q_s,i<0   式(8)式中，T_sw为系统供水温度，单位：℃；当管道中流体流速过大会产生噪声，因此约束管段i‑j中的热媒流速，如式(9)所示：式中，v_ij^max为管段i‑j允许的最大流速，单位：m/s；S_ij为管段i‑j的横截面面积，单位：m²；设第i个冷热电联供系统与管网交互热功率为H_s,i，则有H_s,i＝kq_s,i(T_s,i‑T_rw)   式(10)式中，T_rw为供热系统回水温度，单位：℃；式(3)至式(10)联立，形成热网能量传输通用模型；所述的步骤10)中，建立热网能量流模型和热网流量‑温度方程的过程为：步骤111)建立热网能量流模型，具体包括步骤1111)～步骤1114)：步骤1111)建立可利用热功率方程：设供水管道中热媒所含热功率与回水系统中对应热媒所含热功率之差为热媒的可利用热功率H′，如式(11)所示：H′＝kq(T‑T_rw)   式(11)式中，T为供水管道中热媒温度；由式(2)可导出式(12)：该式两边同时减去kqT_rw，则有式(13)：式中，H′表示热媒的可利用热功率，即热媒在供热时所含有的热功率与进入回水系统时所含有的热功率之差；H′₀＝kq(T₀‑T_rw)；步骤1112)建立网络热损方程：记管网中可利用热功率的损失为ΔH′，即ΔH′＝H′₀‑H′，代入式(13)得式(14)：步骤1113)建立热损近似方程：建立初步的热损近似方程，如式(15)所示：设定管道中传输的可利用热功率必须大于临界值，且必须小于管段可传输的最大可利用热功率，如式(16)所示：式中，H'_ij为由管道i‑j流入节点i的热媒所包含的可利用热功率，设当热媒流向从节点i流出时，H'_ij符号为负，反之为正；为管段可传输的最小可利用热功率，为管段可传输的最大可利用热功率；和的选取应同时满足式(9)，从而取值如式(17)所示：在式(16)的条件下，管道中传输的热媒温度T总是处于供水温度与回水温度之间，同时对于同一管段，T₀在T_rw～T_sw之间取不同值时，所对应的ΔH'数值上相差很小，从而将式(15)进一步近似为式(18)，为热损近似方程：步骤1114)建立热网能量流模型，如式(19)所示：式中，H_s,i表示由节点i流入热源的热功率，H′_ij表示由节点i流入节点j的可利用热功率，H′_ji表示由节点j流入节点i的可利用热功率，ΔH′_ji表示由节点j流向节点i的热媒在管段i‑j上的可利用热功率损失；所述热网能量流模型将管网可利用热功率与管段中热媒流量、温度解耦，仅包含可利用热功率变量；步骤112)建立热网流量‑温度方程，具体包括步骤1121)～1122)：步骤1121)建立热网流量‑温度方程：对于一个Z节点、W管段的热网，可利用热功率与流量关系如式(20)所示：流向同一节点的流体在节点处发生热传递后，热网温度场为稳态场，因此假设从同一节点流出的热媒具有相同的温度，即满足式(21)：T_ij＝T_i,H′_ij>0   式(21)式中，T_i为节点i处的热媒温度；由式(5)和式(6)可得式(22)：步骤1122)建立的热网流量‑温度方程：设网络中含有S个冷热电联供，其中有S₁个冷热电联供向网络注入热量，S₂个冷热电联供从网络取出热量；每一管段含有两个流量变量和两个温度变量，W个管段共有4W个变量；Z个节点共含有Z个温度变量；每一个源含有一个流量变量和一个温度变量，S个源共含有2S个变量；因此热网总计包含4W+2S+Z个流量和温度变量；在网络可利用热功率确定之后，式(20)含有2W+S个独立方程；对于式(21)，由于网络中有S₁个冷热电联供向热网注入热量，S₂个冷热电联供从热网索取热量，则该式包含W+S₂个方程；式(22)共含有W+Z个方程；式(20)、式(21)和式(22)共包含4W+S+S₂+Z个独立方程，需要S₁个初始条件即可求出全部变量；S₁个初始条件为热网供水温度，从而得到热网流量‑温度方程组如式(23)所示：步骤20)基于冷热电联供运行优化模型，结合热网能量流模型，建立多域区综合能源系统运行优化模型；步骤30)多区域综合能源系统按照步骤20)建立的运行优化模型运行。