供热管网水力优化方法及装置、介质与流程

本发明涉及城市供热管网水力优化，特别是涉及一种供热管网水力优化方法及装置、介质。

背景技术：

1、随着城市规模逐渐扩大，城镇供热范围也在逐渐增加，城镇供热系统也由过去简单的单一热源向复杂的多热源环状网发展，这对运行调节的提出了更高的要求。对集中供热系统而言，想要实现完全的可再生能源替代还有较大难度，因此想要尽可能实现节能降碳，就要对运行工况进行优化，尽可能降低热耗和泵功。

2、其中，对泵功的节约，需要解决的是供热管网的水力优化调度问题。相比单热源枝状网，多热源环状网具有复杂的管网拓扑结构，各热源和热力站之间耦合性较高，调控过程中往往出现此消彼长的现象，很难真正做到精准供热。

3、所以，如何在充分掌握管网水力、热力工况的基础上，实现管网实时优化且能以较快的速度处理，得到使水泵运行功耗最低的最优热源出力分配、最佳热力站阀门开度和泵组的运行策略，须是目前要解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服现有技术的不足和缺陷，而提供一种供热管网水力优化方法及装置、介质。

2、本发明的第一方面，提供一种供热管网水力优化方法，包括步骤：

3、利用管网拓扑结构构建水力仿真模型，获得管网平衡方程；

4、以管网平衡方程、热源流量、水泵频率、热力站阀门开度为约束条件，以供热管网水泵总功率最低为目标函数，构建管网水力优化模型；

5、基于所述管网水力优化模型，利用序列二次规划算法迭代求解，得到包含最优热源流量分配、最优热力站阀门开度和最优水泵频率的最优控制策略后输出。

6、其中，所述的管网平衡方程包括管网流量质量平衡方程以及管网环路压力平衡方程；

7、所述管网流量质量平衡方程为：

8、所述管网环路压力平衡方程为；

9、式中，表示节点流量矩阵，表示基于图论建立的管网基本关联矩阵，表示管道流量矩阵，表示环状管网的基本回路矩阵，表示管道阻抗矩阵，表示阀门压降，表示水泵扬程。

10、其中，所述水泵扬程以及阀门压降的仿真模型如下：

11、，

12、，

13、式中，、、表示水泵流量-扬程三个特性系数，表示水泵实际频率，表示水泵额定频率，表示阀门可调比，表示阀门流通能力，表示阀门开度。

14、其中，所述目标函数表示如下：，

15、式中，表示水泵总功率，表示流体密度，表示重力加速度，表示水泵效率，表示水泵数量。

16、其中，所述约束条件包括：

17、；

18、式中，表示热力站流量，表示热力站需求流量，表示热源的流量，表示热源的最小流量， 表示热源的最大流量；表示热力站的阀门开度，表示热力站的阀门最小开度，表示热力站的阀门最大开度，表示水泵的频率，表示水泵的最小频率，表示水泵的最大频率，表示热源数量，表示热力站数量，表示水泵数量。

19、其中，利用序列二次规划算法迭代求解中，判断是否满足收敛条件，若是，停止迭代求解，并获取当前的各热源流量分配、各热力站阀门开度和各水泵频率作为最优控制策略输出；否则继续迭代。

20、其中，利用序列二次规划算法迭代求解时，基于拉格朗日函数构建并初始化二次规划问题的kkt条件方程，然后对拉格朗日函数求梯度，根据梯度值判断是否满足收敛条件。

21、其中，利用序列二次规划算法迭代求解时，每次迭代中通过求解二次规划问题，获得下一次的搜索方向，并通过拟牛顿法修正二次规划问题中的正定矩阵，然后返回拉格朗日函数求梯度的步骤，基于修正的正定矩阵，对拉格朗日函数求梯度，实现迭代。

22、本发明的第二方面，提供一种供热管网水力优化装置，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储支持所述处理器执行的方法程序，所述处理器被配置为用于执行存储器中存储的程序，以实现所述供热管网水力优化方法。

23、本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时，以用于实现所述的供热管网水力优化方法

24、本发明的供热管网水力优化方法，基于建立的管网水力优化模型，利用序列二次规划算法对热源流量分配、热力站阀门开度和水泵运行频率进行优化，实现了复杂供热管网水力优化，在满足用户需求和水力平衡的前提下，使系统的水泵运行功耗达到最低，实现精准供热、节能降碳。

技术特征：

1.供热管网水力优化方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述供热管网水力优化方法，其特征在于，所述的管网平衡方程包括管网流量质量平衡方程以及管网环路压力平衡方程；

3.根据权利要求2所述供热管网水力优化方法，其特征在于，所述水泵扬程以及阀门压降的仿真模型如下：

4.根据权利要求3所述供热管网水力优化方法，其特征在于，所述目标函数表示如下：，

5.根据权利要求4所述供热管网水力优化方法，其特征在于，所述约束条件包括：

6.根据权利要求1所述供热管网水力优化方法，其特征在于，利用序列二次规划算法迭代求解中，判断是否满足收敛条件，若是，停止迭代求解，获取当前热源流量分配、各热力站阀门开度和各水泵频率作为最优控制策略输出；否则继续迭代。

7.根据权利要求6所述供热管网水力优化方法，其特征在于，利用序列二次规划算法迭代求解时，基于拉格朗日函数构建并初始化二次规划问题的kkt条件方程，然后对拉格朗日函数求梯度，根据梯度值判断是否满足收敛条件。

8.根据权利要求7所述供热管网水力优化方法，其特征在于，利用序列二次规划算法迭代求解时，每次迭代中通过求解二次规划问题，获得下一次的搜索方向，并通过拟牛顿法修正二次规划问题中的正定矩阵，然后返回拉格朗日函数求梯度的步骤，基于修正的正定矩阵，对拉格朗日函数求梯度，实现迭代。

9.供热管网水力优化装置，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储支持所述处理器执行的方法程序，所述处理器被配置为用于执行存储器中存储的程序，以实现权利要求1-8任一项所述供热管网水力优化方法。

10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，其特征在于，该计算机程序或指令被处理器执行时，以用于实现如权利要求1-8任一项所述的供热管网水力优化方法。

技术总结
本发明公开了供热管网水力优化方法及装置、介质。供热管网水力优化方法包括：利用管网拓扑结构构建水力仿真模型，获得管网平衡方程；以管网平衡方程、热源流量、水泵频率、热力站阀门开度为约束条件，以供热管网水泵总功率最低为目标函数，构建管网水力优化模型；基于所述管网水力优化模型，利用序列二次规划算法迭代求解，得到包含最优热源流量分配、最优热力站阀门开度和最优水泵频率的最优控制策略后输出。本发明的基于建立的管网水力优化模型，利用序列二次规划算法对热源流量分配、热力站阀门开度和水泵运行频率优化，实现复杂供热管网水力优化，满足用户需求和水力平衡的前提下，使系统水泵运行功耗达到最低。

技术研发人员：宋子旭,王雅然,由世俊,刘金全,刘海洋,朱雅静,费凯迪
受保护的技术使用者：天津北洋热能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/19