本發(fā)明涉及城市供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化，特別是涉及一種供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法及裝置、介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著城市規(guī)模逐漸擴大，城鎮(zhèn)供熱范圍也在逐漸增加，城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)也由過去簡單的單一熱源向復(fù)雜的多熱源環(huán)狀網(wǎng)發(fā)展，這對運行調(diào)節(jié)的提出了更高的要求。對集中供熱系統(tǒng)而言，想要實現(xiàn)完全的可再生能源替代還有較大難度，因此想要盡可能實現(xiàn)節(jié)能降碳，就要對運行工況進行優(yōu)化，盡可能降低熱耗和泵功。

2、其中，對泵功的節(jié)約，需要解決的是供熱管網(wǎng)的水力優(yōu)化調(diào)度問題。相比單熱源枝狀網(wǎng)，多熱源環(huán)狀網(wǎng)具有復(fù)雜的管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，各熱源和熱力站之間耦合性較高，調(diào)控過程中往往出現(xiàn)此消彼長的現(xiàn)象，很難真正做到精準供熱。

3、所以，如何在充分掌握管網(wǎng)水力、熱力工況的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)管網(wǎng)實時優(yōu)化且能以較快的速度處理，得到使水泵運行功耗最低的最優(yōu)熱源出力分配、最佳熱力站閥門開度和泵組的運行策略，須是目前要解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，而提供一種供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法及裝置、介質(zhì)。

2、本發(fā)明的第一方面，提供一種供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，包括步驟：

3、利用管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)建水力仿真模型，獲得管網(wǎng)平衡方程；

4、以管網(wǎng)平衡方程、熱源流量、水泵頻率、熱力站閥門開度為約束條件，以供熱管網(wǎng)水泵總功率最低為目標函數(shù)，構(gòu)建管網(wǎng)水力優(yōu)化模型；

5、基于所述管網(wǎng)水力優(yōu)化模型，利用序列二次規(guī)劃算法迭代求解，得到包含最優(yōu)熱源流量分配、最優(yōu)熱力站閥門開度和最優(yōu)水泵頻率的最優(yōu)控制策略后輸出。

6、其中，所述的管網(wǎng)平衡方程包括管網(wǎng)流量質(zhì)量平衡方程以及管網(wǎng)環(huán)路壓力平衡方程；

7、所述管網(wǎng)流量質(zhì)量平衡方程為：

8、所述管網(wǎng)環(huán)路壓力平衡方程為；

9、式中，表示節(jié)點流量矩陣，表示基于圖論建立的管網(wǎng)基本關(guān)聯(lián)矩陣，表示管道流量矩陣，表示環(huán)狀管網(wǎng)的基本回路矩陣，表示管道阻抗矩陣，表示閥門壓降，表示水泵揚程。

10、其中，所述水泵揚程以及閥門壓降的仿真模型如下：

11、，

12、，

13、式中，、、表示水泵流量-揚程三個特性系數(shù)，表示水泵實際頻率，表示水泵額定頻率，表示閥門可調(diào)比，表示閥門流通能力，表示閥門開度。

14、其中，所述目標函數(shù)表示如下：，

15、式中，表示水泵總功率，表示流體密度，表示重力加速度，表示水泵效率，表示水泵數(shù)量。

16、其中，所述約束條件包括：

17、；

18、式中，表示熱力站流量，表示熱力站需求流量，表示熱源的流量，表示熱源的最小流量，?表示熱源的最大流量；表示熱力站的閥門開度，表示熱力站的閥門最小開度，表示熱力站的閥門最大開度，表示水泵的頻率，表示水泵的最小頻率，表示水泵的最大頻率，表示熱源數(shù)量，表示熱力站數(shù)量，表示水泵數(shù)量。

19、其中，利用序列二次規(guī)劃算法迭代求解中，判斷是否滿足收斂條件，若是，停止迭代求解，并獲取當前的各熱源流量分配、各熱力站閥門開度和各水泵頻率作為最優(yōu)控制策略輸出；否則繼續(xù)迭代。

20、其中，利用序列二次規(guī)劃算法迭代求解時，基于拉格朗日函數(shù)構(gòu)建并初始化二次規(guī)劃問題的kkt條件方程，然后對拉格朗日函數(shù)求梯度，根據(jù)梯度值判斷是否滿足收斂條件。

21、其中，利用序列二次規(guī)劃算法迭代求解時，每次迭代中通過求解二次規(guī)劃問題，獲得下一次的搜索方向，并通過擬牛頓法修正二次規(guī)劃問題中的正定矩陣，然后返回拉格朗日函數(shù)求梯度的步驟，基于修正的正定矩陣，對拉格朗日函數(shù)求梯度，實現(xiàn)迭代。

22、本發(fā)明的第二方面，提供一種供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化裝置，包括存儲器以及處理器，所述存儲器用于存儲支持所述處理器執(zhí)行的方法程序，所述處理器被配置為用于執(zhí)行存儲器中存儲的程序，以實現(xiàn)所述供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法。

23、本發(fā)明的第三方面，提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序或指令，該計算機程序或指令被處理器執(zhí)行時，以用于實現(xiàn)所述的供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法

24、本發(fā)明的供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，基于建立的管網(wǎng)水力優(yōu)化模型，利用序列二次規(guī)劃算法對熱源流量分配、熱力站閥門開度和水泵運行頻率進行優(yōu)化，實現(xiàn)了復(fù)雜供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化，在滿足用戶需求和水力平衡的前提下，使系統(tǒng)的水泵運行功耗達到最低，實現(xiàn)精準供熱、節(jié)能降碳。

技術(shù)特征：

1.供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，其特征在于，所述的管網(wǎng)平衡方程包括管網(wǎng)流量質(zhì)量平衡方程以及管網(wǎng)環(huán)路壓力平衡方程；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，其特征在于，所述水泵揚程以及閥門壓降的仿真模型如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，其特征在于，所述目標函數(shù)表示如下：，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，其特征在于，所述約束條件包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，其特征在于，利用序列二次規(guī)劃算法迭代求解中，判斷是否滿足收斂條件，若是，停止迭代求解，獲取當前熱源流量分配、各熱力站閥門開度和各水泵頻率作為最優(yōu)控制策略輸出；否則繼續(xù)迭代。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，其特征在于，利用序列二次規(guī)劃算法迭代求解時，基于拉格朗日函數(shù)構(gòu)建并初始化二次規(guī)劃問題的kkt條件方程，然后對拉格朗日函數(shù)求梯度，根據(jù)梯度值判斷是否滿足收斂條件。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法，其特征在于，利用序列二次規(guī)劃算法迭代求解時，每次迭代中通過求解二次規(guī)劃問題，獲得下一次的搜索方向，并通過擬牛頓法修正二次規(guī)劃問題中的正定矩陣，然后返回拉格朗日函數(shù)求梯度的步驟，基于修正的正定矩陣，對拉格朗日函數(shù)求梯度，實現(xiàn)迭代。

9.供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化裝置，其特征在于，包括存儲器以及處理器，所述存儲器用于存儲支持所述處理器執(zhí)行的方法程序，所述處理器被配置為用于執(zhí)行存儲器中存儲的程序，以實現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項所述供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法。

10.計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序或指令，其特征在于，該計算機程序或指令被處理器執(zhí)行時，以用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1-8任一項所述的供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法及裝置、介質(zhì)。供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化方法包括：利用管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)建水力仿真模型，獲得管網(wǎng)平衡方程；以管網(wǎng)平衡方程、熱源流量、水泵頻率、熱力站閥門開度為約束條件，以供熱管網(wǎng)水泵總功率最低為目標函數(shù)，構(gòu)建管網(wǎng)水力優(yōu)化模型；基于所述管網(wǎng)水力優(yōu)化模型，利用序列二次規(guī)劃算法迭代求解，得到包含最優(yōu)熱源流量分配、最優(yōu)熱力站閥門開度和最優(yōu)水泵頻率的最優(yōu)控制策略后輸出。本發(fā)明的基于建立的管網(wǎng)水力優(yōu)化模型，利用序列二次規(guī)劃算法對熱源流量分配、熱力站閥門開度和水泵運行頻率優(yōu)化，實現(xiàn)復(fù)雜供熱管網(wǎng)水力優(yōu)化，滿足用戶需求和水力平衡的前提下，使系統(tǒng)水泵運行功耗達到最低。

技術(shù)研發(fā)人員：宋子旭,王雅然,由世俊,劉金全,劉海洋,朱雅靜,費凱迪
受保護的技術(shù)使用者：天津北洋熱能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19