姚 帥, 顧 偉, 張雪松, 趙 波, 陸 帥, 吳晨雨

(1. 東南大學(xué)電氣工程學(xué)院, 江蘇省南京市 210096; 2. 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院, 浙江省杭州市 310014)

0 引言

隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益加重,能源互聯(lián)網(wǎng)、綜合能源系統(tǒng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源等創(chuàng)新想法不斷涌現(xiàn)[1-3],轉(zhuǎn)變能源供給模式,建設(shè)清潔高效的現(xiàn)代能源體系具有重要意義。綜合能源系統(tǒng)依托能源傳輸技術(shù)、能量轉(zhuǎn)換設(shè)備和可再生能源等相關(guān)技術(shù)的不斷革新,耦合電網(wǎng)、熱網(wǎng)和天然氣網(wǎng)等多種能源網(wǎng)絡(luò),有利于實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級(jí)利用,逐漸成為能源領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢(shì)之一[4-7]。

多種能源相互耦合是綜合能源系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的重要標(biāo)志之一[1],各類能源的特性差異對(duì)系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。區(qū)域熱網(wǎng)作為傳輸熱能的媒介,由于在傳輸損耗和傳輸時(shí)延方面與電網(wǎng)具有明顯差異[5-7],在構(gòu)建多能協(xié)同供應(yīng)的綜合能源系統(tǒng)中吸引了廣泛的研究關(guān)注。文獻(xiàn)[6]針對(duì)多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)之間的環(huán)狀熱網(wǎng),考慮了網(wǎng)絡(luò)流量—溫度約束和熱損平衡約束,并將其應(yīng)用于多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃。文獻(xiàn)[8]關(guān)注區(qū)域熱網(wǎng)的傳輸時(shí)延,提出了一種利用熱網(wǎng)和建筑物負(fù)荷的熱慣性來消納風(fēng)電的優(yōu)化運(yùn)行模型。文獻(xiàn)[9-12]采用相似的思路,利用區(qū)域熱網(wǎng)的蓄熱能力適應(yīng)大量的可再生能源接入,提高系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

目前對(duì)于熱網(wǎng)水力工況的研究已趨于成熟,但對(duì)熱力工況的研究尚處于探索階段[13-14]。文獻(xiàn)[10]提出了一種分開考慮輸送延遲和熱損失的方法來模擬熱網(wǎng)溫度變化的動(dòng)態(tài)特性。文獻(xiàn)[15]對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,通過改變熱源供熱量,定量分析了管網(wǎng)的輸送延遲和蓄熱特性。文獻(xiàn)[16]在節(jié)點(diǎn)法的基礎(chǔ)上提出了一種突出考慮熱網(wǎng)暫態(tài)溫度特性的數(shù)值模擬方法,并與商業(yè)軟件TERMIS的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

上述研究雖然能夠獲得較高精度的熱力數(shù)據(jù),但是所用模型較為復(fù)雜,求解耗時(shí)長(zhǎng),并且需要給定用戶熱負(fù)荷數(shù)據(jù)和熱源供水溫度,難以應(yīng)用于綜合能源系統(tǒng)的超短期調(diào)度中。部分學(xué)者面向穩(wěn)態(tài)傳熱問題,對(duì)熱網(wǎng)的傳熱特性和網(wǎng)絡(luò)約束做了大量簡(jiǎn)化。文獻(xiàn)[6]中所建立的熱網(wǎng)模型未考慮管段的溫度、壓力變化和傳輸延時(shí)特性。文獻(xiàn)[7]固定回水溫度,未考慮回水管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和溫度變化對(duì)于供熱系統(tǒng)的影響。文獻(xiàn)[17]認(rèn)為熱網(wǎng)中熱媒的出口溫度跟隨入口溫度實(shí)時(shí)變化,忽略了熱媒溫度由初態(tài)變化到穩(wěn)態(tài)的過渡過程。上述熱網(wǎng)模型雖然易于求解,但是當(dāng)系統(tǒng)調(diào)度策略的時(shí)間尺度與熱網(wǎng)延時(shí)相當(dāng)時(shí),將導(dǎo)致顯著的誤差,因而問題的關(guān)鍵在于建立一個(gè)兼顧精確性和求解復(fù)雜度的熱網(wǎng)模型。

本文在現(xiàn)有熱網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考慮回水管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、管段溫度變化的暫態(tài)過程和熱網(wǎng)傳熱的時(shí)延特性,建立精細(xì)化的熱網(wǎng)模型,兼顧了模型精確性和求解復(fù)雜度。為了反映熱網(wǎng)特性對(duì)于綜合能源系統(tǒng)超短期調(diào)度策略的影響,設(shè)置了三個(gè)情景并對(duì)設(shè)備最優(yōu)出力和熱網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析。

1 熱網(wǎng)建模

供熱系統(tǒng)常用蒸汽和熱水作為載熱介質(zhì),中國(guó)采暖、通風(fēng)和熱水負(fù)荷均以熱水作為載熱介質(zhì)[18]。本文所建立的熱網(wǎng)模型基于熱水供熱系統(tǒng),采暖熱用戶與熱水網(wǎng)路采用無混合裝置的直接連接方式,通風(fēng)用熱設(shè)備與熱水網(wǎng)路采用最簡(jiǎn)單的連接方式[18],熱水供應(yīng)熱用戶通過表面式水—水換熱器與熱水網(wǎng)路相連,采用無儲(chǔ)水箱的連接方式。供熱采用質(zhì)調(diào)節(jié)并且滿足水力工況要求。

將熱網(wǎng)看作流體網(wǎng)絡(luò),如圖1所示,每根管段為一條支路,熱源、熱用戶和管道的連接點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)。熱網(wǎng)模型共包含節(jié)點(diǎn)流量平衡、節(jié)點(diǎn)功率融合、負(fù)荷取用特性、供回水溫度約束和管段傳熱特性5個(gè)部分。圖中：bi表示管道；Li表示負(fù)荷；Si表示熱源。

圖1 熱網(wǎng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of heating network

1.1 節(jié)點(diǎn)流量平衡

對(duì)于熱網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn),流入的熱媒流量之和等于流出的熱媒流量之和,即

(1)

(2)

1.2 節(jié)點(diǎn)功率融合

由能量守恒定律可知,對(duì)于熱網(wǎng)中的任一節(jié)點(diǎn),流入的功率之和等于流出的功率之和,即

(3)

(4)

式中:TSF和TEF分別為由管段始、末溫度和流量組成的列向量;Tsi和Tei分別為第i根管道的起始溫度和末端溫度,其中i=1,2,…,b。

節(jié)點(diǎn)處發(fā)生功率融合后,該節(jié)點(diǎn)的溫度與流出該節(jié)點(diǎn)的熱媒溫度相等,即

Tni=Ts1,i=Ts2,i=…=Tsk,i

(5)

式中:Tni為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度;Ts1,i,Ts2,i,…,Tsk,i為所有與第i個(gè)節(jié)點(diǎn)直接相連,并且熱媒流出該節(jié)點(diǎn)的管段的起始溫度。

1.3 負(fù)荷取用特性

如圖2所示,對(duì)于包含熱用戶的熱網(wǎng)支路,供、回水管段的溫度與熱用戶的取用功率滿足式(6)。

(6)

(7)

式中:TLI和TLO分別為所有熱用戶處的供水溫度和回水溫度構(gòu)成的列向量;c為熱媒比熱容,取值為4.2 kJ/(kg·℃);ρ為熱媒密度,取值為934.667 kg/m3;ηHX為熱網(wǎng)負(fù)荷端各換熱設(shè)備的平均效率;QL/F為所有熱用戶的取用功率與管道流量組成的列向量;QLi和fLi分別為第i個(gè)負(fù)荷取用的功率和其所在管段的運(yùn)行流量,其中i=1,2,…,k。

圖2 含有熱用戶的熱網(wǎng)管道示意圖Fig.2 Schematic diagram of pipeline in a heating network with heat users

1.4 供回水溫度約束

為了保證熱源和熱用戶的供熱質(zhì)量,需要對(duì)熱源和熱用戶的供、回水溫度進(jìn)行限制,即

(8)

式中:TSO和TSI分別為熱源的供、回水溫度;TLI和TLO分別為熱用戶處的供、回水溫度;下標(biāo)min和max分別為對(duì)應(yīng)參數(shù)的最小值和最大值。

1.5 管段傳熱特性

熱網(wǎng)依賴熱媒的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量傳輸,熱媒輸送的遲滯可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)不等的功率傳輸延遲,這對(duì)于綜合能源系統(tǒng)的超短期調(diào)度可能產(chǎn)生顯著影響。

1.5.1穩(wěn)態(tài)傳熱特性

管段的穩(wěn)態(tài)傳熱特性是指管段內(nèi)熱媒的溫度隨傳輸距離的變化關(guān)系,當(dāng)管段的傳輸時(shí)延遠(yuǎn)小于系統(tǒng)調(diào)度策略的時(shí)間尺度時(shí),可以使用穩(wěn)態(tài)傳熱公式近似地描述熱網(wǎng)的傳熱特性[7, 19],如式(9)所示。

(9)

式中:x為管段上某一點(diǎn)與管段首端的距離;R為管段單位長(zhǎng)度的熱阻;Ts,Te,Ta分別為一根管段的首端溫度、x處溫度和外界溫度;f為熱水流量。

考慮到式(9)指數(shù)項(xiàng)中x的系數(shù)接近于零,可以將其泰勒展開并略去高次項(xiàng),得到線性化后的形式為:

(10)

將式(10)改寫成矩陣形式:

TE′=ηTS′

(11)

(12)

式中:TS′和TE′分別為由管段首端溫度、x處溫度和外界溫度構(gòu)成的等效管段起始溫度列向量和等效管段末端溫度列向量;η為由管段參數(shù)構(gòu)成的矩陣。

1.5.2暫態(tài)傳熱特性

管段的暫態(tài)傳熱特性是指管段上某一點(diǎn)的溫度從一個(gè)穩(wěn)態(tài)變化到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的過渡過程,當(dāng)管段的傳輸時(shí)延與系統(tǒng)調(diào)度策略的時(shí)間尺度相當(dāng)時(shí),應(yīng)當(dāng)使用暫態(tài)傳熱公式描述熱網(wǎng)的傳熱特性,以保證調(diào)度策略的精確性。

如圖2所示,取管段內(nèi)長(zhǎng)度為dl的流體微元進(jìn)行分析,設(shè)其從熱源發(fā)出時(shí)的初始溫度為Ts。不計(jì)流體微元之間的相互作用,僅考慮流體微元通過管壁對(duì)外界散失熱量Hloss,由傅里葉定律可知:

(13)

式中:λ為管段的熱導(dǎo)率;A為流體微元等溫表面的傳熱面積;δ為管壁厚度；T為溫度。

初始時(shí)刻,該流體微元?jiǎng)倧臒嵩刺幇l(fā)出,具有的能量Hs為:

(14)

式中:d為管段的內(nèi)徑;Tr為管段的回水溫度。

t時(shí)刻該流體微元具有的能量等于初始能量減去散失的熱量,即

(15)

式中:T(t)為該流體微元在t時(shí)刻的溫度。

聯(lián)立式(13)至式(15)可以解得管段內(nèi)該流體微元的溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系,如式(16)所示。

(16)

若該流體微元經(jīng)過時(shí)間t后到達(dá)管段x處,則

(17)

將式(17)代入式(16)可得此時(shí)流體微元的溫度為:

(18)

此溫度即為管段x處的穩(wěn)態(tài)溫度(見式(9)),即經(jīng)過時(shí)間t后,管道x處的溫度恰好達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

由于傳導(dǎo)、對(duì)流以及流體之間復(fù)雜的水力作用,加之摩擦熱等因素的影響,管段某一點(diǎn)處溫度由初態(tài)變化到穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)過程難以精確建模[14]。為了工程應(yīng)用的方便,本文采用線性模型描述暫態(tài)傳熱過程,即假設(shè)管段x處從初態(tài)溫度到穩(wěn)態(tài)溫度的過程隨時(shí)間線性變化,則一維管段的暫態(tài)傳熱特性可表示為:

T(x,t)=

(19)

(20)

式中:T(x,t)為距離熱源x處的熱網(wǎng)管道在t時(shí)刻的溫度;Ts和Ts′分別為初態(tài)時(shí)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的熱源溫度;α和β為常數(shù)。

將式(19)推廣至熱源處進(jìn)行多次質(zhì)調(diào)節(jié)的情況。

1)對(duì)于距離熱源較近的地方,暫態(tài)過程較短,在一次調(diào)節(jié)之后、下一次調(diào)節(jié)之前,管段溫度已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài),這些點(diǎn)處管段的暫態(tài)傳熱特性可以表示為:

Ti(x,t)=

(21)

2)對(duì)于距離熱源較遠(yuǎn)的地方,暫態(tài)過程較長(zhǎng),在一次調(diào)節(jié)后,溫度尚未達(dá)到穩(wěn)態(tài),下一次調(diào)節(jié)已經(jīng)開始,這些點(diǎn)處管段的暫態(tài)傳熱特性可以表示為:

(t-ti-1)+Ti-1(x,ti-1)t∈[ti-1,ti]

(22)

式中:Ti-1(x,ti-1)為第i-1時(shí)段內(nèi),距離熱源x處的熱網(wǎng)管道在ti-1時(shí)刻的溫度；i=1,2,3,…。

1.6 模型評(píng)估

由式(17)可知,從一根管段首端流入的熱媒微元經(jīng)一個(gè)調(diào)度周期Δt后,若未到達(dá)該管段的末端,則該管段存在暫態(tài)傳熱特性,即

(23)

式中:L為管段長(zhǎng)度。

式(23)即為熱網(wǎng)是否存在暫態(tài)傳熱特性的判據(jù)。記臨界時(shí)長(zhǎng)tc表示熱媒微元從管段首端運(yùn)動(dòng)到管段末端所需要的時(shí)間,則

(24)

下面依據(jù)文獻(xiàn)[20]提供的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)本文所提出的線性傳熱模型的誤差及其適用范圍做定性分析。

圖3展示了熱網(wǎng)中某一管段的首端溫度變化時(shí),其末端溫度變化情況的實(shí)測(cè)值、穩(wěn)態(tài)傳熱模型值和線性傳熱模型值。以管段首端升高溫度為例,當(dāng)調(diào)度周期小于臨界時(shí)長(zhǎng)的2/3左右時(shí),相較于普遍采用的穩(wěn)態(tài)傳熱模型,本文提出的線性傳熱模型與實(shí)測(cè)情況更加接近,并且調(diào)度周期越短,線性傳熱模型在減小誤差方面的優(yōu)越性較穩(wěn)態(tài)傳熱模型體現(xiàn)得越明顯。因此,線性傳熱模型適用于系統(tǒng)調(diào)度周期小于管段臨界時(shí)長(zhǎng)2/3的情況,超出這一范圍時(shí),宜使用穩(wěn)態(tài)傳熱模型。

2 能量?jī)?yōu)化管理模型

在多時(shí)間尺度能量?jī)?yōu)化管理模型中,超短期調(diào)度以5～15 min為周期不斷修正可再生能源和負(fù)荷功率的預(yù)測(cè)值,在日前計(jì)劃的基礎(chǔ)上加入滾動(dòng)優(yōu)化環(huán)節(jié)以減小與實(shí)際情況的偏差[21]。為了體現(xiàn)熱網(wǎng)的暫態(tài)傳熱過程,取15 min為滾動(dòng)優(yōu)化的周期。

圖3 熱網(wǎng)管段首、末端溫度的實(shí)測(cè)值與模型值對(duì)比圖Fig.3 Contrast of initial and terminal temperatures between measured values and model values

2.1 目標(biāo)函數(shù)

對(duì)于并網(wǎng)運(yùn)行的綜合能源系統(tǒng),滾動(dòng)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是使未來4 h內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用最小[22-23],即

minC=Ce+Cg

(25)

(26)

2.2 約束條件

2.2.1功率平衡約束

系統(tǒng)源設(shè)備發(fā)出的各種功率經(jīng)轉(zhuǎn)換設(shè)備和傳輸網(wǎng)絡(luò)輸送至負(fù)荷端時(shí),應(yīng)滿足負(fù)荷端的功率需求,能量的轉(zhuǎn)換和傳輸過程滿足能量守恒定律。以本文的綜合能源系統(tǒng)算例為例(相關(guān)參數(shù)見附錄A),熱源S1由燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐共同組成,熱源S2為燃?xì)忮仩t;負(fù)荷QL1,QL2,QL3分別為商業(yè)區(qū)、辦公區(qū)和住宅區(qū)熱負(fù)荷,熱源端熱功率的平衡約束可由式(27)表示,冷、電功率平衡約束不再贅述。

(27)

QSi=cρfSi(TSO,i-TSI,i)

(28)

2.2.2熱網(wǎng)特性約束

供熱系統(tǒng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式,運(yùn)行流量固定,節(jié)點(diǎn)流量平衡方程自動(dòng)滿足,除此以外,節(jié)點(diǎn)功率融合、負(fù)荷取用特性、供回水溫度約束以及管段溫降特性應(yīng)當(dāng)分別滿足。由于熱網(wǎng)負(fù)荷端存在熱水型吸收式制冷機(jī)組,負(fù)荷取用特性約束由式(29)表示。

(29)

式中:QL/F,i為QL/F的第i個(gè)元素；ηABC為吸收式制冷機(jī)的制冷系數(shù);CABC為吸收式制冷機(jī)輸出的制冷功率。

此外,熱網(wǎng)中的每個(gè)熱源都是由實(shí)際的設(shè)備組成,因而每個(gè)熱源的供熱功率應(yīng)該與相應(yīng)設(shè)備的輸出功率相等。以本文的綜合能源系統(tǒng)為例,每個(gè)熱源的約束可由式(30)描述。

(30)

2.2.3其他約束

系統(tǒng)各設(shè)備應(yīng)該滿足各自的輸出容量約束和爬坡約束。對(duì)于儲(chǔ)能設(shè)備,還應(yīng)該滿足蓄/放能功率約束和狀態(tài)變量約束[5]。

3 算例分析

3.1 參數(shù)設(shè)置

本文所構(gòu)建的綜合能源系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)見附錄A,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖A1(a),各設(shè)備參數(shù)見表A1。熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖見圖A1(b),熱網(wǎng)參數(shù)見表A2。系統(tǒng)冷、熱、電負(fù)荷和光伏出力均使用滾動(dòng)預(yù)測(cè)值,視為已知量,數(shù)值見圖A1(c)。分時(shí)電價(jià)和天然氣價(jià)格見圖A1(d),算例系統(tǒng)初態(tài)見表A3。

3.2 結(jié)果分析

為了便于比較分析,將考慮熱網(wǎng)暫態(tài)傳熱特性的情況作為情景1,僅考慮熱網(wǎng)穩(wěn)態(tài)傳熱特性而不考慮暫態(tài)特性的情況作為情景2,不考慮熱網(wǎng)傳熱特性的情況作為情景3。程序在Win10操作系統(tǒng)下配置有Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1230 V2 @ 3.30 GHz處理器和8 GB內(nèi)存的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

3.2.1情景1運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果

圖4(a)至(c)展示了考慮熱網(wǎng)暫態(tài)傳熱特性時(shí)算例系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果。圖中1個(gè)時(shí)段為15 min,下同。在電價(jià)較低的時(shí)段(00:00—07:00),系統(tǒng)所需電負(fù)荷主要由電網(wǎng)購(gòu)電滿足,隨著電價(jià)的上升,燃?xì)廨啓C(jī)逐漸成為供電主體。在熱網(wǎng)熱源端,從07:00開始,燃?xì)忮仩t出力隨著燃?xì)廨啓C(jī)出力的增加而有所減少。制冷功率方面,吸收式制冷機(jī)僅在15:45—17:00和19:15—24:00有明顯出力,其余時(shí)段均由電制冷機(jī)提供制冷功率。

圖4 情景1功率平衡關(guān)系Fig.4 Power balance relationship in situation 1

圖4(d)展示了系統(tǒng)熱源端總出力和負(fù)荷端總需求的實(shí)時(shí)匹配關(guān)系。熱網(wǎng)自身的傳熱特性改變了系統(tǒng)熱功率的供求匹配機(jī)理,復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸時(shí)延造成的蓄熱特性,以及沿程的功率衰減,使得熱源端和負(fù)荷端的供、求熱功率不必實(shí)時(shí)匹配。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言,熱網(wǎng)運(yùn)行時(shí)就像一個(gè)儲(chǔ)能設(shè)備,按經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的原則進(jìn)行蓄、放能。情景1和情景2由于考慮了熱網(wǎng)的傳輸特性,系統(tǒng)熱源端總出力和負(fù)荷端總需求均不再實(shí)時(shí)匹配,而情景3忽略了熱網(wǎng)的傳輸特性,系統(tǒng)供求熱功率實(shí)時(shí)匹配。

3.2.2不同情景的優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果對(duì)比

1)日運(yùn)行成本和模型求解時(shí)間對(duì)比

三種情景下系統(tǒng)日運(yùn)行成本和優(yōu)化模型的求解時(shí)間對(duì)比情況如表1所示。情景2忽略了熱網(wǎng)的暫態(tài)傳熱特性,認(rèn)為管段溫度瞬間達(dá)到穩(wěn)態(tài)值,這放大了有暫態(tài)傳熱過程的管段損耗,使得情景2的熱網(wǎng)損耗略大于情景1,日運(yùn)行成本略高于情景1。情景3未考慮熱網(wǎng)傳熱特性,因而沒有熱網(wǎng)損耗,日運(yùn)行成本也最低。依據(jù)熱網(wǎng)模型的復(fù)雜度,情景1至情景3的求解時(shí)間依次遞減。

表1 三種情景下系統(tǒng)日運(yùn)行成本和模型求解時(shí)間對(duì)比Table 1 Contrasts of daily operating costs and model solution time of system in three situations

2)燃?xì)忮仩t運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比

三種情景下燃?xì)忮仩t功率出力的對(duì)比情況如圖5所示。情景1和情景2中的燃?xì)忮仩t功率出力有較明顯差異。情景3中燃?xì)忮仩t的輸出功率與情景1和2中的情況差異顯著,由此可見熱網(wǎng)特性對(duì)于綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行影響顯著。

圖5 三種情景下燃?xì)忮仩t輸出功率對(duì)比Fig.5 Power output comparison of gas boiler among three situations

3)熱網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比

圖6展示了情景1和2中熱源S2和負(fù)荷QL2處的供水溫度對(duì)比情況?？梢钥闯?在考慮熱網(wǎng)暫態(tài)傳熱特性前后,熱源和負(fù)荷的供水溫度均有明顯變化,可見在系統(tǒng)超短期調(diào)度中應(yīng)考慮熱網(wǎng)暫態(tài)傳熱特性。

4 結(jié)語

本文建立了綜合考慮回水管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、熱網(wǎng)暫態(tài)傳熱特性和傳輸時(shí)延的熱網(wǎng)模型,著重研究了管段的暫態(tài)傳熱特性,推導(dǎo)出依據(jù)調(diào)度周期和管段長(zhǎng)度判斷管段暫/穩(wěn)傳熱特性的公式。此外,本文所建立的熱網(wǎng)模型適用于不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的二維、三維熱網(wǎng),并且可以方便地推廣到量調(diào)節(jié)、分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)、間歇調(diào)節(jié)等情況。

圖6 情景1和情景2中熱網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比Fig.6 Comparison of optimal operation states of heating network in situation 1 and situation 2

為了反映熱網(wǎng)特性對(duì)于超短期調(diào)度的影響,本文設(shè)置了三個(gè)情景并進(jìn)行對(duì)比分析。算例結(jié)果表明,熱網(wǎng)傳熱特性改變了系統(tǒng)熱功率的供求匹配機(jī)理,復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸時(shí)延造成的蓄熱特性使得熱源端和負(fù)荷端的供、求熱功率不必實(shí)時(shí)匹配?？紤]熱網(wǎng)暫態(tài)傳熱特性前后,供熱設(shè)備的最優(yōu)出力變化顯著,系統(tǒng)日運(yùn)行成本稍有降低,熱源和熱負(fù)荷的供水溫度均有明顯變化,由此可見考慮熱網(wǎng)暫態(tài)傳熱特性在系統(tǒng)超短期調(diào)度中的必要性。

但是,本文所采用的熱網(wǎng)暫態(tài)傳熱特性模型也有一定的局限性,模型誤差會(huì)隨著調(diào)度周期的改變而改變,并可能達(dá)到相當(dāng)可觀的量級(jí)。此外,本文的換熱器模型未能反映供回水溫度與換熱功率的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系,有待進(jìn)一步完善。建立更加精確的熱網(wǎng)傳熱特性模型和換熱器模型將是今后的研究重點(diǎn)。

針對(duì)審稿意見的答復(fù)與討論見附錄B,期待更多的學(xué)術(shù)探討。

本文受到國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司科技項(xiàng)目(5211DS16002H)資助,特此感謝!

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。