本發(fā)明涉及供熱系統(tǒng)，尤其涉及一種基于供熱管網(wǎng)拓撲重構(gòu)的主動式短期蓄熱系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
1、在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動下，供熱系統(tǒng)的熱源結(jié)構(gòu)正經(jīng)歷深刻變革，傳統(tǒng)的區(qū)域燃煤鍋爐房逐步被“熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)”與“集成可再生能源的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)”所取代。熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)雖具備能源梯級利用優(yōu)勢，但其熱源受風(fēng)電、光伏發(fā)電等綠電大規(guī)模并網(wǎng)帶來的嚴(yán)峻沖擊，加之多數(shù)熱電廠仍沿用“以電定熱”的生產(chǎn)模式，導(dǎo)致熱電廠供熱量與熱用戶需熱量之間頻繁出現(xiàn)“時空不匹配”的矛盾，熱源與熱用戶之間的供需解耦能力不足，熱網(wǎng)柔性調(diào)節(jié)機制欠缺，嚴(yán)重制約了能源利用效率與供熱品質(zhì)的進一步提升。對于集成可再生能源的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)而言，風(fēng)能、太陽能等可再生能源固有的間歇性與不可控性，加之其供應(yīng)量受氣候條件、季節(jié)更替及晝夜變化等自然因素的顯著制約，進一步加劇了供熱系統(tǒng)的運行波動，對供熱穩(wěn)定性與供熱效果產(chǎn)生消極影響，亟需通過提升熱網(wǎng)柔性調(diào)節(jié)能力來平抑可再生能源的波動沖擊。
2、現(xiàn)有技術(shù)針對上述問題已提出若干解決方案。專利號為cn119295138a的專利公開了一種基于柔性熱網(wǎng)技術(shù)的區(qū)域能源系統(tǒng)儲能方法，該方法通過預(yù)測模型對區(qū)域發(fā)電量、能源需求及冗缺量進行精準(zhǔn)預(yù)測，并基于能源配置模型實現(xiàn)儲放能量的智能優(yōu)化，同時采用聯(lián)邦算法構(gòu)建分布式強化控制模型以保障儲能裝置的高效運行。但該方案側(cè)重于區(qū)域能源層面的儲能配置，未深入涉及熱網(wǎng)管網(wǎng)層面的拓撲優(yōu)化與蓄熱調(diào)度，未能充分挖掘熱網(wǎng)管網(wǎng)自身的蓄熱潛力。專利號為cn119742793a的專利提出了一種計及熱網(wǎng)柔性和電力交易的熱電廠與熱網(wǎng)協(xié)同運行方法，該方法利用熱網(wǎng)熱慣性與建筑熱惰性進行多時間維度的柔性調(diào)節(jié)。然而其調(diào)節(jié)手段主要依賴熱源側(cè)與負荷側(cè)的協(xié)同，缺乏對熱網(wǎng)管網(wǎng)自身拓撲結(jié)構(gòu)進行主動重構(gòu)以形成短期蓄熱能力的探討，無法從管網(wǎng)層面實現(xiàn)蓄熱資源的靈活調(diào)配。專利號為cn114704874b的專利則公開了一種基于柔性供熱系統(tǒng)的熱力站供熱參數(shù)精準(zhǔn)控制方法，通過在熱力站一次側(cè)供回水管間增設(shè)旁通閥以改善調(diào)節(jié)特性，延長閥門使用壽命。但該方案僅針對單一熱力站的局部調(diào)節(jié)，未能從熱網(wǎng)全局視角出發(fā)，通過管網(wǎng)拓撲重構(gòu)實現(xiàn)短期蓄熱的優(yōu)化調(diào)度，難以應(yīng)對全網(wǎng)范圍內(nèi)的熱源波動與供需錯配問題。
3、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)雖在熱網(wǎng)柔性調(diào)節(jié)、儲能配置及熱力站局部控制等方面取得了一定進展，但均未有效解決熱網(wǎng)系統(tǒng)靈活性不足的核心問題，尤其缺乏基于熱網(wǎng)拓撲重構(gòu)的主動式短期蓄熱系統(tǒng)，無法充分利用熱網(wǎng)管網(wǎng)的蓄熱潛力以應(yīng)對熱源波動與供需時空錯配，制約了供熱系統(tǒng)整體運行效率與可再生能源消納能力的進一步提升。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于供熱管網(wǎng)拓撲重構(gòu)的主動式短期蓄熱系統(tǒng)及方法。
2、第一方面，本發(fā)明提供一種基于供熱管網(wǎng)拓撲重構(gòu)的主動式短期蓄熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)的技術(shù)方案如下：
3、上位機平臺，所述上位機平臺包括監(jiān)控模塊、算法模塊以及數(shù)據(jù)儲存模塊；
4、多個熱力站，每個所述熱力站的一次側(cè)高溫側(cè)供水母管與回水母管之間設(shè)置有拓撲重構(gòu)裝置，所述拓撲重構(gòu)裝置包括旁通管、安裝在所述旁通管上的旁通電調(diào)閥、安裝在高溫側(cè)回水管上的電調(diào)閥、以及plc控制器；
5、所述監(jiān)控模塊用于與各個所述熱力站的plc控制器以及熱源出口的熱表通訊連接，采集各個所述熱力站的運行數(shù)據(jù)以及熱源出口的供熱數(shù)據(jù)；
6、所述算法模塊包括負荷預(yù)測模塊和旁通目標(biāo)調(diào)度模塊，所述負荷預(yù)測模塊用于對熱源和各所述熱力站的瞬時熱量進行預(yù)測，得到熱源預(yù)測瞬時熱量和各所述熱力站預(yù)測瞬時熱量；
7、所述旁通目標(biāo)調(diào)度模塊用于根據(jù)所述熱源預(yù)測瞬時熱量與熱源實際瞬時熱量的比對結(jié)果，生成針對裝設(shè)有所述拓撲重構(gòu)裝置的各所述熱力站的旁通調(diào)度指令；
8、所述plc控制器用于根據(jù)接收到的所述旁通調(diào)度指令，調(diào)節(jié)所述旁通電調(diào)閥和所述電調(diào)閥的開度，控制高溫側(cè)熱媒經(jīng)所述旁通管旁通至高溫側(cè)回水管網(wǎng)中的流量。
9、進一步的，所述plc控制器采集所述熱力站內(nèi)高溫側(cè)供水壓力、高溫側(cè)回水壓力、高溫側(cè)供水溫度、高溫側(cè)回水溫度、高溫側(cè)混水后溫度、低溫側(cè)供水壓力、低溫側(cè)回水壓力、低溫側(cè)供水溫度、低溫側(cè)回水溫度以及熱量表數(shù)據(jù)；所述熱量表數(shù)據(jù)包括供水溫度、回水溫度、瞬時熱量、瞬時流量、累計熱量、累計流量。
10、進一步的，所述算法模塊還包括外層經(jīng)濟優(yōu)化模型，所述外層經(jīng)濟優(yōu)化模型用于根據(jù)項目凈收益和項目投資成本確定最優(yōu)旁通分支配置方案，所述最優(yōu)旁通分支配置方案包括旁通分支配置數(shù)量、接入位置、旁通管直徑與旁通閥電調(diào)閥公稱直徑。
11、進一步的，所述項目凈收益通過下式計算：
12、；
13、其中，表示對應(yīng)管網(wǎng)拓撲重構(gòu)方案的項目凈收益，表示一級回水管網(wǎng)單位蓄熱增量的等效經(jīng)濟收益，表示熱媒密度，表示水的定壓比熱容，表示供暖季第個典型室外環(huán)境溫度的供水溫度，表示在室外環(huán)境溫度下的高溫側(cè)回水溫度，表示在管網(wǎng)拓撲重構(gòu)方案和室外平均溫度下的高溫側(cè)旁通熱媒總體積，表示供暖季第個典型室外環(huán)境溫度的權(quán)系數(shù)。
14、進一步的，所述高溫側(cè)旁通熱媒總體積通過特定拓撲重構(gòu)方案蓄熱量化模型計算，所述特定拓撲重構(gòu)方案蓄熱量化模型的表達式為：
15、；
16、；
17、其中，表示在管網(wǎng)拓撲重構(gòu)方案和室外平均溫度下的高溫側(cè)旁通熱媒總體積，表示回水管段內(nèi)高溫旁通熱媒的相對流量，表示回水管段的水容量，表示流經(jīng)一級網(wǎng)回水管段的高溫旁通熱媒流量，表示一級網(wǎng)回水管段的總流量，表示一級網(wǎng)回水管段的內(nèi)徑，表示一級網(wǎng)回水管段的長度。
18、進一步的，所述外層經(jīng)濟優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：
19、；
20、；；
21、其中，表示供熱管網(wǎng)蓄熱的綜合經(jīng)濟收益，表示對應(yīng)管網(wǎng)拓撲重構(gòu)方案的項目凈收益，表示對應(yīng)管網(wǎng)拓撲重構(gòu)方案的項目投資成本，表示旁通調(diào)節(jié)閥成本在旁通分支總成本中的比例，表示基于旁通調(diào)節(jié)閥公稱直徑計算其投資成本的抽象函數(shù)，表示旁通分支配套控制系統(tǒng)的單價，表示熱力站一次側(cè)是否配置旁通分支的0-1變量。
22、進一步的，所述外層經(jīng)濟優(yōu)化模型的約束條件包括：
23、；
24、其中，表示標(biāo)準(zhǔn)公稱直徑，表示旁通分支的可行接入位置集，所述可行接入位置集由有旁通流量空間的熱力站組成，表示第個旁通分支的接入位置。
25、進一步的，所述旁通目標(biāo)調(diào)度模塊用于在所述熱源實際瞬時熱量大于所述熱源預(yù)測瞬時熱量時生成儲熱調(diào)度指令，所述plc控制器根據(jù)所述儲熱調(diào)度指令調(diào)節(jié)所述旁通電調(diào)閥和所述電調(diào)閥的開度，使高溫側(cè)熱媒經(jīng)所述旁通管旁通至高溫側(cè)回水管網(wǎng)中。
26、進一步的，所述旁通目標(biāo)調(diào)度模塊用于在所述熱源實際瞬時熱量小于所述熱源預(yù)測瞬時熱量時生成放熱調(diào)度指令，所述plc控制器根據(jù)所述放熱調(diào)度指令調(diào)節(jié)所述旁通電調(diào)閥和所述電調(diào)閥的開度，減少或停止高溫側(cè)熱媒經(jīng)所述旁通管旁通至高溫側(cè)回水管網(wǎng)。
27、第二方面，本發(fā)明提供一種基于供熱管網(wǎng)拓撲重構(gòu)的主動式短期蓄熱方法，采用如本發(fā)明提供的基于供熱管網(wǎng)拓撲重構(gòu)的主動式短期蓄熱系統(tǒng)，該方法的技術(shù)方案如下：
28、通過所述上位機平臺的監(jiān)控模塊采集各個所述熱力站的運行數(shù)據(jù)以及熱源出口的供熱數(shù)據(jù)；
29、通過所述上位機平臺的算法模塊中的負荷預(yù)測模塊對熱源和各所述熱力站的瞬時熱量進行預(yù)測，得到熱源預(yù)測瞬時熱量和各所述熱力站預(yù)測瞬時熱量；
30、通過所述算法模塊中的旁通目標(biāo)調(diào)度模塊根據(jù)所述熱源預(yù)測瞬時熱量與熱源實際瞬時熱量的比對結(jié)果，生成針對裝設(shè)有所述拓撲重構(gòu)裝置的各所述熱力站的旁通調(diào)度指令；
31、通過所述plc控制器根據(jù)接收到的所述旁通調(diào)度指令，調(diào)節(jié)所述旁通電調(diào)閥和所述電調(diào)閥的開度，控制高溫側(cè)熱媒經(jīng)所述旁通管旁通至高溫側(cè)回水管網(wǎng)中的流量。
32、本發(fā)明的技術(shù)方案通過構(gòu)建基于供熱管網(wǎng)拓撲重構(gòu)的主動式短期蓄熱系統(tǒng)，在上位機平臺部署負荷預(yù)測與旁通目標(biāo)調(diào)度算法模塊，并在各熱力站一次側(cè)配置包含旁通管、旁通電調(diào)閥及電調(diào)閥的拓撲重構(gòu)裝置，依據(jù)熱源預(yù)測瞬時熱量與實際瞬時熱量的偏差生成旁通調(diào)度指令，控制高溫側(cè)熱媒經(jīng)旁通管旁通至回水管網(wǎng)的流量，解決了現(xiàn)有技術(shù)缺乏基于熱網(wǎng)拓撲重構(gòu)的主動式短期蓄熱系統(tǒng)、無法充分利用管網(wǎng)蓄熱潛力應(yīng)對熱源波動與供需時空錯配的問題，實現(xiàn)了供熱系統(tǒng)整體運行效率與可再生能源消納能力的提升。
33、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實施方式。