[发明专利]基于数字孪生技术的热电联合供暖系统实时优化调控方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生技术的热电联合供暖系统实时优化调控方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、搭建热电联合供暖系统的数字孪生平台，所述数字孪生平台用于热电联合供暖系统数字孪生模型与热电联合供暖系统物理设备实体之间信息交互；

S2、基于热电联合供暖系统的物理设备实体的运行数据，构建所述热电联合供暖系统数字孪生模型；

S3、将步骤S2构建的所述热电联合供暖系统数字孪生模型放置在步骤S1搭建的所述热电联合供暖系统的数字孪生平台上；在保证用户供暖需求的前提下，以热电联合供暖系统的碳排放最低为优化目标，基于预测热负荷和间歇性可再生能源预测数据，利用步骤S2中构建的所述热电联合供暖系统数字孪生模型进行优化求解，根据求解结果对热电联合供暖系统进行实时优化调控；

其中，步骤S1、S2无先后顺序；

步骤S1中，所述数字孪生平台包括物理设备层、感知层、数据处理层、数据传输层及运行决策层；

所述物理设备层，包括厂侧的风电场、光伏发电站、抽凝式热电联产机组、厂级电热泵、储热装置、储电装置、换热首站、一次热网、二级换热站、二次热网、热用户室内散热器及对应的控制设备；

所述感知层，包括数据采集系统和分布控制系统；所述数据采集系统采集所述物理设备层的节点数据信息，所述分布控制系统接收来自于所述数据处理层的运行调控指令，并将运行调控指令下发到所述物理设备层的相应设备；

所述数据处理层，接收来自于所述感知层采集的所述物理设备层的节点数据信息，并进行数据预处理，筛选出异常数据后剔除，筛选后的数据压缩编码后上传至所述数据传输层；同时，所述数据处理层接收来自于所述数据传输层的运行调控指令，解码后下发至所述感知层；

所述数据传输层，采用有线传输和无线传输相结合的通信方式，在所述数据处理层和所述运行决策层之间进行数据传输；

所述运行决策层，包括服务器及显示器；所述服务器接收所述数据传输层的信息，运行所述热电联合供暖系统数字孪生模型，将得到的模拟运行结果与所述物理设备层的节点数据信息进行比较，修正所述热电联合供暖系统数字孪生模型的运行偏差，并根据所述热电联合供暖系统数字孪生模型的模拟运行结果得到满足碳排放最小化的实时优化调控计划，并将实时优化调控计划下发至所述数据传输层；

步骤S2中，构建所述热电联合供暖系统数字孪生模型，具体包括：

S2.1建立热电联合供暖系统厂侧的热电联产机组模型：

第j台抽凝式热电联产机组的模型为：

(1)式中，为第j台抽凝式热电联产机组的安全运行最小发电量，为第j台抽凝式热电联产机组运安全运行最大发电量，为第j台抽凝式热电联产机组的实际发电量测量值，为第j台抽凝式热电联产机组t时刻的运行状态二元标志位，热电联产机组处于停机状态时标志位取值为0，热电联产机组处于开机状态时标志位取值为1，下角标t标识了第j台热电联产机组运行或停机于时刻t，N^chp为所有抽凝式热电联产机组的集合，T为数字孪生系统运行时间范围，(1)式确保了第j台抽凝式热电联产机组发电量处于安全合理的机组容量区间内；

(2)式中，表示了抽凝式热电联产机组发电量在相邻的单位周期时间内的差值，为抽凝式热电联产机组安全运行状态下爬坡幅度的最大值，为抽凝式热电联产机组从关闭状态启动时的发电量爬坡幅度最大值，为抽凝式热电联产机组的开机二元标志位，抽凝式热电联产机组从关闭状态启动该二元标志位为1，反之则为0；(2)式确保了第j台抽凝式热电联产机组的爬坡幅度不超过机组设计限制，保证其负荷变化合理；

(3)式中，为抽凝式热电联产机组安全运行状态下滑坡幅度的最大值，为抽凝式热电联产机组从启动状态关闭时的发电量滑坡幅度最大值，为抽凝式热电联产机组的关机二元标志位，抽凝式热电联产机组从启动状态关闭该二元标志位为1，反之则为0；

(3)式构成了抽凝式热电联产机组的滑坡约束；

抽凝式热电联产机组的电-热耦合关系如下：

(4)式中，为抽凝式热电联产机组的发电功率，为抽凝式热电联产机组的制热功率，α_chp,max为抽凝式热电联产机组的热电比最大值；

S2.2建立一次热网给水入口升温设备的热电比拟模型：

式(5)中：T_in为供暖网络一次热网的给水温度，T_out为供暖网络一次热网的回水温度，ΔT为一次热网给水入口处温度的提升值，Q为一次热网给水入口热水获得的热能，H_HP为由厂级电热泵制取的热能，H_CHP为由抽凝式热电联产机组制取的热能，G_u为供暖网络一次热网内回水的热容量流；

S2.3构建供暖网络热电比拟模型：

式中：p为水压，单位为Pa；g_x为重力加速度，单位为m/s²；x为空间坐标，单位为m；ρ为流体密度，单位为kg/m³；u为沿x方向上的速度，单位为m/s；t为时间坐标，单位为s；F_w为壁面摩擦力，单位为N；h为流体比焓，单位为kJ/kg；Q_w为壁面热流量，单位为W/m²。