(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111419199.8 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 嘉兴英集动力科技有限公司 地址 314031 浙江省嘉兴 市秀洲区高照街 道康和路1288号嘉兴光伏科创园1# 1510-3室 申请人 杭州英集动力科技有限公司 (72)发明人 时伟　穆佩红　谢金芳　 (74)专利代理 机构 常州市科谊专利代理事务所 32225 代理人 孙彬 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06Q 10/04(2012.01)G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 基于水力计算和双层优化的电蓄热装置规 划方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于水力计算和双层优 化的电蓄热装置规划方法及系统， 包括： 建立集 中供热系统水力计算仿真模型和负荷预测模型， 并获知水力工况不利用户和大负荷用户； 在供热 系统不利用户和大负荷用户热力站处分别设置 电蓄热装置， 以及依据蓄放热特性设定电蓄热装 置不同的运行方案， 形成电蓄热装置的多种规划 设计方案； 基于水力计算仿真模 型计算不同规划 设计方案 下的水力计算指标、 水力失调度和水泵 性能。 本发 明提供一种基于水力计算和双层优化 的电蓄热装置规划方法及系统， 对电蓄热装置进 行合理的控制， 对电蓄热装置在热力站的部署进 行科学合理的规划， 综合投资成本、 运行费用的 经济规划和热网水力平衡的因素， 满足集中供热 系统热电联合调度的需求。 权利要求书7页 说明书17页 附图5页 CN 114398748 A 2022.04.26 CN 114398748 A 1.一种基于水力计算和双 层优化的电蓄热装置规划方法， 其特 征在于， 它包括： 步骤S1、 建立集中供热系统水力计算仿真模型和负荷预测模型， 并获知水力工况不利 用户和大负荷用户； 步骤S2、 在供热系统不利用户 和大负荷用户热力站处分别设置电蓄热装置， 以及依据 蓄放热特性设定电蓄热装置不同的运行 方案， 形成电蓄热装置的多种规划设计方案； 步骤S3、 基于所述水力计算仿真模型计算不同规划设计方案下的水力计算指标、 水力 失调度和水泵性能， 研究不同规划设计方案对于集中供 热系统水力工况的影响程度； 步骤S4、 建立上层规划模型： 以电蓄热装置投资成本最小为目标函数， 以年为最小规划 单位， 建立电蓄热装置的设置约束条件， 优化对象为电蓄热装置的设置位置和设置容 量； 步骤S5、 建立下层规划模型： 以电蓄热装置运行经济性最优为目标函数， 以天/小时为 最小运行 单位， 建立电蓄热装置运行约束条件， 优化对象为电蓄热装置的运行控制参数； 步骤S6、 通过对上层规划模型和下层规划模型进行交互求解输出求解结果， 获得电蓄 热装置的最优规划设计方案 。 2.根据权利要求1所述的基于水力计算和双层优化的电蓄热装置规划方法， 其特征在 于， 所述步骤S1中， 建立集中供热系统水力计算仿真模型， 获知水力工况不利用户， 具体包 括： 建立供热管网物理模型： 以流量和管径变化处为节点， 根据管网平面布置图， 构建供热管网物 理模型， 并将实际 供热管网系统中管路参数、 节点 参数、 泵参数、 阀门参数和用户参数 数据输入物理模型中； 建立供热管网水力工况 数学模型： 基于图论的管网拓扑结构性质， 对于一个含有J个节点， N条分支的供热管网， 依据节点 流量平衡、 回路压力平衡和各 管段分支阻力建立供 热管网水力工况 数学模型为： 其中， Ak为基本关联矩阵， Ak＝(aij)(J‑1)×N； q为N阶分支流量列阵， qT＝(q1,q2,…,qN)； Q 为J‑1阶节点流量列阵， Q＝(Q1,Q2,…,Qj‑1)T； Bf为独立回路矩阵， Bf＝(bij)(N‑J+1)×N； ΔP为N 阶分支压降列阵， ΔP＝(ΔP1,ΔP2,…,ΔPN)T； S为各管段阻力系数矩阵； Z为每个管段两节 点间的高差； DH为每 个管段中水泵的扬程； 求解数学模型： 建立基本关联矩阵Ak和独立回路矩阵Bf； 假定链支 流量， 根据qt＝At‑1Q‑Al‑1Alql计算获得树支流量q， 其中， qt为树支流量向量， At 为树支矩阵， Al为连支矩阵， ql为连支流 量向量； 根据Mk＝2BfS|qk|BfT计算麦克斯韦矩阵M； 根据‑MkΔqlk+1＝ΔPk计算获得压降ΔP； 通过水力计算仿真模型计算出管网中各用户的站内压降， 第 k个用户压降最小， 即为最 不利用户， 依据压降的数值可选取多个不利用户。 3.根据权利要求1所述的基于水力计算和双层优化的电蓄热装置规划方法， 其特征在 于， 所述步骤S1中， 建立 集中供热系统负荷预测模型， 获知大负荷用户， 具体包括：权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 114398748 A 2采集热力站所覆盖的供热区域中热负荷影响因素的历史数据， 构建训练样本集， 并对 所述训练样本集进行预处理和归一化处理； 所述热负荷影响因素至少包括室外环境、 历史 热负荷值和供回水温度、 供回水流 量； 建立神经网络预测模型， 将样本数据随机划分为训练数据和测试数据， 把热负荷影响 因素的历史数据作为输入量， 实测热负荷数据作为标准量， 对神经网络预测模型进行反复 训练， 直到误差满足设定的要求或者达 到最大迭代次数； 利用学习训练得到的神经网络预测模型对未来 时刻热力站的热负荷进行预测， 用以得 到下一时刻热力站的热负荷需求预测值； 应用马尔科夫方法计算热负荷需求预测值与实际值相对误差的修正值， 进而得到经修 正后的预测值； 对集中供热系统中所有的热力站负荷 分别进行预测， 选取热负荷预测值最大的热力站 为最大负荷用户， 依据热负荷的预测值可选取多个大负荷用户。 4.根据权利要求1所述的基于水力计算和双层优化的电蓄热装置规划方法， 其特征在 于， 所述步骤S2中， 在供热系统不利用户和大负荷用户热力站处分别设置电蓄热装置， 以及 依据蓄放热特性设定电蓄热装置不同的运行方案， 形成电蓄热装置的多种规划设计方案， 具体包括： 选取供热系统中不利用户和大负荷用户热力站处设置电蓄热装置； 所述电蓄热装置包 括蓄热装置和电转热装置， 所述蓄热装置的蓄放热操作通过电转热装置的启停操作进 行控 制； 依据蓄放热特性设定电蓄热装置的运行方案， 包括： 在预设第一时间段启动电转热装 置为电蓄热装置蓄热， 在预设第二时间段启动电蓄热装置为热网供热； 所述第一时间段为 电价波谷时间段， 所述第二时间段为电价波峰时间段； 通过获取一个蓄放热周期 内的分时 电价预测数据， 从电价最低起始时段开始， 记录电价变化时刻， 选取全天电价最低的低电价 时段的起止时间作为电价波谷时间段， 选取全天电价最高的高电价时段的起止时间作为电 价波峰时间段； 设定运行 方案一： 在波谷时间段的起始时刻， 启动电转热装置对蓄热装置进行蓄热， 当蓄热装置的热容 量达到额定容量时， 在进 行蓄热的同时进 行热网供热； 在波谷时间段的截止时刻到来前， 持 续蓄热， 若达到蓄热最大容量时， 则控制电转热装置的功率， 并维持蓄热最大容量， 计算剩 余蓄热量为总蓄热量； 否则， 剩余蓄热量为实际蓄热量； 在波谷时间段的截止时刻到来时， 关停电转热装置， 仅由原有热网继续供 热； 在波峰时间段的起始时刻， 由蓄热装置进行放热， 原有热网同时供热， 预估当前时间到 下一周期的波谷起始 时刻所需要的热量， 若该需要的热量大于剩余蓄热量， 则在波峰时间 段的截止时刻之后选取剩余供热时间段内电价处于波谷时间段进行蓄热； 否则， 从当前时 刻到波峰时间段的截止时刻， 不再启动电转热装置； 设定运行 方案二： 在波谷时间段的起始时刻， 启动电转热装置对蓄热装置进行蓄热， 当蓄热装置的热容 量达到额定容量时， 在进 行蓄热的同时进 行热网供热； 在波谷时间段的截止时刻到来前， 持 续蓄热， 若达到蓄热最大容量时， 则控制电转热装置的功率， 并维持蓄热最大容量， 计算剩权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 114398748 A 3