[发明专利]一种考虑介质温度的城市能源系统分布式蓄热配置方法

权利要求书

1.一种考虑介质温度的城市能源系统分布式蓄热配置方法，其特征在于：该方法对考虑介质温度特性的分布式蓄热装置进行建模，在结合城市热力网络温度传输延时特性的基础上，对分布式蓄热装置进行优化配置，其系统包括城市电力网络、城市热力网络以及城市电热综合能源供能设备；包括以下步骤：

步骤S1：确定城市电热综合能源系统中的考虑介质温度特性的分布式蓄热装置模型；

步骤S2：确定城市电热综合能源系统模型；

步骤S3：建立面向城市电热综合能源系统的分布式蓄热装置双层优化配置模型；

步骤S4：输入城市电力系统参数、城市热力系统参数以及城市电热综合能源系统供能设备参数，经济性参数；

步骤S5：求解城市电热综合能源系统分布式蓄热装置双层优化配置模型，得到使得年化综合总成本最小的城市综合能源系统分布式蓄热装置配置方案，以及此时的各类供能设备运行计划。

2.根据权利要求1所述的一种考虑介质温度的城市能源系统分布式蓄热配置方法，其特征在于：步骤S1中模型包括以下步骤：

步骤S11：确定水蓄热装置的模型；

步骤S12：确定电加热相变蓄热的模型。

3.根据权利要求2所述的一种考虑介质温度的城市能源系统分布式蓄热配置方法，其特征在于：步骤S11中，确定水蓄热装置的模型为：

对于任意时刻，对于水蓄热装置的热交换过程，有以下热功率平衡关系：

其中，H^NET、H^WTES、H^HEX分别表示热网传热介质释放的热功率，水蓄热装置存储的热功率，水蓄热换热器在一、二次侧交换的热功率；m^NET、m^WTES分别表示热网和水蓄热装置流入的换热介质的质流量；T_s^NET、T_r^NET表示热网在水蓄热换热器入口、出口的换热介质温度；表示热网传热介质和水蓄热装置蓄热介质的比热容；ΔT_d、ΔT_x分别为水蓄热换热器进出口处换热介质的温度差；分别为蓄水箱高温层和低温层的温度。

在水蓄热装置蓄热阶段，对于大部分采用逆流换热的分布式水蓄热换热器，有以下关系成立：

其中，KF′为水蓄热换热器的传热容量，为传热系数与传热面积的乘积；为一级热网供水网络流入换热站的介质温度。对于分布式蓄热装置的优化配置问题来说，可选取额定传热系数作为公式(3)的计算参数，此时公式(3)可转化为如下公式：

其中，为水蓄热装置蓄热所用的换热器的设计传热容量，为额定传热系数与总传热面积的乘积。

根据公式(1)-(7)的换热过程，可以推导出水蓄热装置蓄热功率与换热站一级热网供水温度在不同时刻t与不同节点位置i的对应关系，以及水蓄热装置蓄热阶段的热阻系数与热网流入换热器一次侧质流量的关系，可以得到下式：

其中，表示在t时刻在第i个节点的水蓄热装置蓄热功率，表示在t时刻在第i个节点的换热站一级热网供水温度，分别为第i个节点的蓄水箱高温层、低温层的温度，表示在t时刻配置在第i个节点的水蓄热装置蓄热阶段的热阻系数，为配置在第i个节点的水蓄热装置蓄热所用的换热器传热容量，表示一级热网在t时刻流入第i个节点的换热介质的质流量，Γ^WTES表示系统中所有水蓄热装置的配置节点集合，Γ^t表示运行时间间隔t的编号集合。同时，流入换热器的质流量由相关阀门与水泵控制，其最大不能超过一级热网流入水蓄热装置所在换热站的质流量

同理，t时刻配置在第i个换热站的水蓄热装置放热功率与换热站二级热网回水温度之间的关系，以及水蓄热装置放热热阻系数与二级热网流入放热换热器二次侧质流量的表达式如下：

同时，流入换热器的质流量最大不能超过二级热网流入水蓄热装置所在换热站的质流量

对于水蓄热装置还需要需要满足内部能量变化与交换热量之间的平衡关系，具体如下：

其中，表示配置在第i个节点的水蓄热装置的蓄热容量，表示配置在第i个节点水蓄热装置的蓄热介质密度，V_i^WTES表示配置在第i个节点水蓄热装置的蓄热罐内部容积，表示第i个节点水蓄热装置的蓄热介质比热容，表示在t+1、t时刻配置在第i个节点的水蓄热装置实际蓄热量，Δt为单位时间间隔，分别表示配置在第i个节点的水蓄热装置实际蓄热量的最小值和最大值。

式(8)-(16)为考虑介质温度特性的水蓄热装置模型。步骤S12中，确定电加热相变蓄热装置的模型，需要考虑分布式蓄热装置介质传热、放热过程中的温度特性：

对于任意时刻，对于电加热相变蓄热装置的放热过程，有以下热功率平衡关系：

其中，H^EHPHTES表示电加热相变蓄热装置存储的热功率；m^EHPHTES表示电加热相变蓄热装置流入的换热介质的质流量；表示电加热相变蓄热装置蓄热介质的比热容；分别为电加热相变蓄热流入、流出换热器的介质温度，此时与蓄热材料的相变温度基本一致。

对于大部分采用逆流换热的分布式电加热相变蓄热换热器，有以下关系成立：

ΔT_d＝T^PHTES-T_s^NET (20)

其中，T^PHTES为电加热相变蓄热装置的相变温度，表示二级热网回水网络流入换热站的介质温度。对于分布式蓄热装置的优化配置问题来说，可选取额定传热系数作为公式(19)的计算参数，此时公式(19)可转化为如下公式：

其中，表示电加热相变蓄热装置放热所用的换热器设计传热容量。

根据公式(17)-(23)的换热过程，可以推导出在时刻t在第i个节点的电加热相变蓄热装置放热功率与节点二级热网回水温度之间的关系，以及电加热相变蓄热装置放热的热阻系数与进入放热换热器二次侧质流量的表达式：

其中，表示在t时刻在第i个节点的电加热相变蓄热装置放热功率，表示在t时刻配置在第i个节点的电加热相变蓄热装置放热阶段的热阻系数，为配置在第i个节点的电加热相变蓄热装置放热所用的换热器传热容量，表示在t时刻配置在第i个节点的电加热相变蓄热的内部循环介质的质流量。

同时，流入换热器的质流量最大不能超过二级热网流入电加热相变蓄热装置所在换热站的质流量：

在蓄热过程中，电加热相变蓄热装置不再经过换热器进行热量交换，而是通过电加热器进行蓄热。时刻t在第i个节点的电加热相变蓄热装置蓄热功率与电加热设备的加热功率之间的关系可以如下表示：

其中，表示电加热相变蓄热装置在时刻t在第i个节点的蓄热功率，表示电加热器在时刻t在第i个节点的电加热功率，表示电加热器的电转热效率，表示电加热器在第i个节点的电加热额定电功率，Γ^EH-PHTES表示系统中电加热相变蓄热装置的配置节点集合。

对于电加热相变蓄热装置还需要需要满足内部能量变化与交换热量之间的平衡关系，具体如下：

其中，表示配置在第i个节点电加热相变蓄热装置的蓄热容量，表示第i个节点电加热相变蓄热装置的蓄热介质密度，V_i^EH-PHTES表示第i个节点电加热相变蓄热装置的蓄热箱内部容积，表示第i个节点的电加热相变蓄热装置的蓄热介质相变潜热，表示在t+1、t时刻在第i个节点的电加热相变蓄热装置实际蓄热量，分别表示在第i个节点的电加热相变蓄热装置实际蓄热量的最小值和最大值。

式(24)-(31)为考虑介质温度的电加热相变蓄热模型。