计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置

摘要

本发明提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置，其中方法包括：建立电热协调调度模型；基于热网热量传输动态特性和多级换热过程建立约束条件；获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间；根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度；明确了考虑热网传输特性对于目标变量的影响；本发明基于多级换热过程建立热量传输约束，细化了电热协调调度模型的考量因素，能够使得模型优化结果更为可靠、模型兼容性更好。

说明书

技术领域

本发明涉及电热协调技术领域，尤其涉及一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置。

背景技术

电热综合能源系统中的集中供热管网由于热惯性而具有被动储热能力，能为电力系统提供调节能力。为量化评估热网被动储热性能对于提升可再生能源消纳效果，需建立包含热网热量传输动态特性的电热协调优化调度模型。以我国东北地区风电消纳问题为例，将管网的传输动态特性模型纳入电热协调优化模型，可获得较准确的热网传输延时规律，从而定量优化控制热源，使其在延时之前提前提供该时刻的用户热负荷，则夜间风电大发、热负荷较高时刻的用户热负荷也需提前一段时间供给。与不考虑传输延迟的情形相比，该方法在风电大发、热负荷较高的夜间时段的供热量与热电机组出力更低，为风电并网消纳提供更大空间。比如，凌晨3时热负荷最高、风电出力最大，若不考虑管网传输延迟，则3时的供热量(即热电联产机组的热出力) 最高，热电机组电出力最大，风电并网空间可能不足，导致弃风达到最大；若考虑传输延迟，则热源需提前(比如凌晨2时)安排最高供热量，这样可错开3时风电最大的高峰时刻，降低凌晨3时的弃风量。

由上可知，只有求解热网热量传输动态特性，才能得到管网各节点的温度动态分布规律，从而明确热源供热温度与到达用户的热水温度间的实时定量关系，确定热网提前供热的时刻，为电热协调优化提供准确约束。

现有的计及管网被动储热的电热协调优化存在三点问题。第一，缺乏兼具精度及与电力系统兼容性的热网动态模型。传统热力学模型不能直接代入电热协调优化，兼容性差。第二，在热网模型不精确的基础上，很多文献也未充分考虑与热网运行特性密切相关的部件运行特性。浙江大学江艺宝将热网时延特性与变流量变温度调节考虑进了电热协调优化，但是采用的热网模型将温度简化为进出口平均供热温度、未考虑换热约束中的对数平均温差，也无法反映热力系统中各节点的热量传输与转换过程。第三，未考虑一次网、二次网及热用户间的换热约束，也未求得室内温度的实时变化，或仅考虑了换热平衡而忽略对数平均温差方程，这导致求得的理论供热量与实际不符，不能为制订供热及供电计划提供准确约束。

在上述提到的计及热网动态特性的电热协调优化模型存在的问题中，由于热网模型决定了热源供热温度与热媒介质到达用户温度的实时映射关系。热力系统中一次网与二次网、二次网与用户及用户室内温度的变化规律也极大程度取决于热网动态模型的精度。因此，管网热量传输动态特性分析是实现供热系统动态调节与电热协调优化的基础。只有建立了精度较好且与电力系统算法兼容的热量传输动态模型，才能构建管网热力动态拓扑模型，进一步结合换热器、热用户运行特性等，从而精确掌握复杂管网中热源与各用户间的动态响应关系，实现根据可再生能源消纳目标定量调节供热及发电机组运行参数的目的，为发掘和利用电热综合能源系统中管网天然调节潜力提供理论基础。

综上所述，提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置，基于多级换热过程的计算，能够解决现有技术中兼容性 /精度不足、无法反映热力系统中各节点的热量传输与转换过程、未考虑一次网/二次网/热用户间的换热约束的问题，具有较高的实用价值和意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置。

本发明提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，包括：

建立电热协调调度模型；

基于热网热量传输动态特性和多级换热过程建立热网约束，作为约束条件；

获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；

基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；

根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度；

所述电热协调调度模型是指在设定的约束条件下，通过决策变量调整目标变量的模型；

所述决策变量包括逐时热源供热温度、供热管网初始温度、热电机组供热量、电出力、火电机组出力以及逐时风电出力中的任一者或任多者组合；

所述目标变量包括弃风量、热偏离量、供热量、热损失、用户得热量、用户室内温度以及风电消纳量中的任一者或任多者组合；

所述多级换热过程包括供热管网热量传输过程和/或换热过程；所述供热管网热量传输过程包括热媒介质供应管路的热量传输过程和/或热媒介质回收管路的热量传输过程；所述换热过程包括一次网与二次网间的换热过程、二次网与用户间的换热过程、用户与室外环境间的换热过程中的任一者或任多者组合。

根据本发明提供的一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，所述热网约束包括对应于换热过程的第一函数：

式中：

T

T

T

s

其中，e为自然对数的底；k

根据本发明提供的一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，所述热网约束包括对应于供热管网热量传输过程的第二函数：

式中，φ

参数A

其中，C为排列组合运算符；

参数a与r满足：

式中，ρ、c分别为热媒介质的密度、热媒介质的比热容；A、D分别为管路横截面积、管路直径；v为流体流速；k为管路内流体与土壤间的漏热系数；x、τ分别为空间变量、时间变量。

根据本发明提供的一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，所述约束条件还包括热电联产机组约束；

所述热电联产机组约束包括热电比约束、爬坡约束、机组极限出力约束、热源供水温度约束以及调度周期约束；

所述热电比约束为：

式中，ε为设定的热电联产机组热电比值；Q

所述爬坡约束为：

式中，P

所述机组极限出力约束包为：

式中，P

所述热源供水温度约束为：

40℃≤T

式中，T

所述调度周期约束是指，基于设定的电力调度周期值，调整热力调度周期，以使得电热协调调度周期、热力调度周期以及电力调度周期一致，均为设定的电力调度周期值。

根据本发明提供的一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，所述约束条件还包括电网和风电机组约束；

所述电网和风电机组约束包括电网功率平衡约束、风电极限出力约束以及线路容量约束；

所述电网功率平衡约束为：

P

式中，P

所述风电极限出力约束为：

P

式中，P

所述线路容量约束为：

P

式中，P

根据本发明提供的一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，所述调度条件为全天所有时刻的弃风量最小；全天所有时刻的弃风量最小的调度条件对应的目标变量为弃风量总和，对应的目标值为0。

根据本发明提供的一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，所述调度条件为全天总热偏离量绝对值最小，全天总热偏离量绝对值最小的调度条件对应的目标变量为热偏离量的绝对值总和，对应的目标值为0。

本发明还提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度装置，包括模型建立模块、约束条件设定模块、计算模块、调度模块以及反馈调节模块；

所述模型建立模块能够建立电热协调调度模型；

所述约束条件设定模块能够基于多级换热过程建立热量传输约束，作为约束条件；

所述计算模块能够获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；

所述调度模块能够基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；

所述反馈调节能够根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度；

所述电热协调调度模型是指在设定的约束条件下，通过决策变量调整目标变量的模型；

所述决策变量包括逐时热源供热温度、供热管网初始温度、热电机组供热量、电出力、火电机组出力以及逐时风电出力中的任一者或任多者组合；

所述目标变量包括弃风量、热偏离量、供热量、热损失、用户得热量、用户室内温度以及风电消纳量中的任一者或任多者组合；

所述多级换热过程包括供热管网热量传输过程和/或换热过程；所述供热管网热量传输过程包括热媒介质供应管路的热量传输过程和/或热媒介质回收管路的热量传输过程；所述换热过程包括一次网与二次网间的换热过程、二次网与用户间的换热过程、用户与室外环境间的换热过程中的任一者或任多者组合。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法的步骤。

本发明提供的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置，基于多级换热过程建立热量传输约束，反映了热力系统中各节点的热量传输与转换过程，建立了一次网/二次网/热用户间的换热约束，从而细化了电热协调调度模型的考量因素，能够使得模型优化结果更为可靠、模型兼容性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的供热管网多回路换热过程示意图；

图3是本发明实施例提供的直埋管示意图；

图4是本发明实施例提供的供热管网初步热电比拟示意图；

图5是本发明实施例提供的热网等效热电路示意图；

图6是本发明实施例提供的某地区电热综合能源系统示意图；

图7是本发明实施例提供的单用户节点案例的逐时电负荷与风电极限出力曲线示意图；

图8是本发明实施例提供的单用户节点案例的逐时室外温度曲线示意图

图9是本发明实施例提供的不同对比例下逐时供热温度曲线示意图；

图10是本发明实施例提供的不同对比例下逐时室内温度曲线示意图；

图11是本发明实施例提供的不同对比例下逐时弃风曲线示意图；

图12是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图11描述本发明的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法和装置。

本发明和实施例主题中的“计及多级换热过程的”这一限定，是指在电热协调调度模型建模过程和电热协调调度过程中，考虑供热管网部分的多级换热过程，即以多级换热过程为基础建立方程，约束电热协调调度。

如图1所示，本发明实施例提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，包括：

步骤1，建立电热协调调度模型；

步骤2，基于热网热量传输动态特性和多级换热过程建立热网约束，作为约束条件；

步骤3，获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；

步骤4，基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；

步骤5，根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度；

所述电热协调调度模型是指在设定的约束条件下，通过决策变量调整目标变量的模型；

所述决策变量包括逐时热源供热温度、供热管网初始温度、热电机组供热量、电出力、火电机组出力以及逐时风电出力中的任一者或任多者组合；

所述目标变量包括弃风量、热偏离量、供热量、热损失、用户得热量、用户室内温度以及风电消纳量中的任一者或任多者组合；

所述多级换热过程包括供热管网热量传输过程和/或换热过程；所述供热管网热量传输过程包括热媒介质供应管路的热量传输过程和/或热媒介质回收管路的热量传输过程；所述换热过程包括一次网与二次网间的换热过程、二次网与用户间的换热过程、用户与室外环境间的换热过程中的任一者或任多者组合。

本实施例的有益效果在于：

基于多级换热过程建立热量传输约束，反映了热力系统中各节点的热量传输与转换过程，建立了一次网/二次网/热用户间的换热约束，从而细化了电热协调调度模型的考量因素，能够使得模型优化结果更为可靠、模型兼容性更好。

根据上述实施例，在本实施例中：

所述热网约束包括对应于换热过程的第一函数：

式中：

T

T

T

s

其中，e为自然对数的底；k

第一函数的推导过程如下。

如图2所示，热量从一次网热媒介质传至用户共涉及三层换热过程，分别为一次网与二次网、二次网热媒介质与热用户、热用户与外界环境三个过程；根据图2所示的供热管网多回路换热过程示意图依次列出三个换热回路的热交换方程。

(1)一次网与二次网间换热过程

式(1a)、式(1b)、式(1c)、式(1d)分别为一次网与二次网间的换热量方程、对数平均温差方程、一次网热媒介质的热平衡方程、二次网热媒介质的热平衡方程。换热器采用逆流形式布置，将四式联立，可求解一次网、二次网出口温度关于一次网、二次网进口温度的表达式。

Q

Q

Q

式中，Q

(2)二次网与热用户间换热过程

以热用户为研究对象，分析其换热过程，即二次网向用户放热量等于用户与室外的散热量，式(1e)、式(1f)、式(1g)、式(1h) 分别为二次网与用户间的换热量方程、对数平均温差方程、二次网热媒水热平衡方程、用户与外界换热平衡方程。

Q

Q

Q

其中，Q

(3)一次网、二次网、用户换热过程联立求解

对于多回路换热过程，计算时存在许多中间参数，比如中间回路的热媒水进出口温度等。以图2中所示的换热过程为例，二次网的供回水温度既由一次网换热方程决定、又由用户换热决定。因此联立式 (1a)至式(1h)，求解一次网供水温度与室内温度等参数的关系。

用户侧的热媒水供水温度T

因此，供热站侧二次网热媒水的进出口温差(T

T

将T

式(1k)中动态变化的参数只有换热站一次网热媒水进口温度 T

进一步简化式(1k)，令式(1L)成立。

则式(1k)可以改写为式(1.1)、式(1.2)以及式(1.3)

本实施例的有益效果在于：

管网内热量传输及换热过程包括五个过程：供水管路热量传输、一次网与二次网换热、二次网与用户换热、用户与室外环境换热、回水管路的热量传输过程。本实施例对各节点建立逐级换热方程，建立计及基于管道热量传输的管网热力动态模型，目前现有技术中计及管网的电热协调优化中即使考虑换热约束，也通常不考虑二次网，而是仅仅考虑一次网与二次网的简单换热过程，比如忽略二次网热媒水与用户换热等。本实施例全面考虑三层换热过程，针对多回路换热问题，建立包含三层换热的热平衡与换热模型，直接求得室内温度关于一次网供热温度和室外温度的表达式，具有模型精度高、电热协调系统兼容性好的优点。

根据上述任一实施例，在本实施例中：

所述热网约束包括对应于供热管网热量传输过程的第二函数：

式中，φ

参数A

其中，C为排列组合运算符；

参数a与r满足：

式中，ρ、c分别为热媒介质的密度、热媒介质的比热容；A、D分别为管路横截面积、管路直径；v为流体流速；k为管路内流体与土壤间的漏热系数；x、τ分别为空间变量、时间变量。

具体地，第二函数的推导过程如下。

参考图3示出的直埋管，在设定的等效热电路条件下，针对土壤环境下供热管网管路中长度为dx的流体微元，考虑水温随管路延伸方向x与时间τ的变化，建立一维能量守恒方程，记为式(2a)：

式(2a)中，ρ、c分别为热媒介质的密度、热媒介质的比热容； A、D分别为管路横截面积、管路直径；T为流体微元的温度；v为流体流速；k为管路内流体与土壤间的漏热系数；T

所述等效热电路条件包括土壤温度恒定、同一横截面上的流体温度相同、以供热管网管路延伸方向为x轴正向；

针对式(2a)中等号左侧的每一项，在管路延伸方向x与时间τ内进行积分，对式(2a)中等号左侧的第一项、第二项、第三项分别应用阶梯差分格式、一阶迎风差分格式、隐式差分格式，得到式(2b)：

式(2b)中，T

参考图4示出的供热管网初步热电比拟示意图，基于式(2b)，建立线性等效热电路：

将每一个流体微元视为等效热电路中的一个等效热电节点，将非端点的、处于第i个空间节点、处于第j个时间节点的等效热电节点记为T′

令等效热电节点T′

T′

土壤温度T

T′

参考图5，对线性等效热电路进行简化：

将T′

将q

通过等效热电路递推关系消去中间节点的温度量，建立等效热电路方程，记为第二函数；

所述第二函数包括式(2.1)和式(2.2)：

本实施例的有益效果在于：

建立了以时间、进口温度和初始温度为自变量的出口过余温度 (过余温度即流体温度与土壤温度的差值)分段函数。由于A

根据上述任一实施例，在本实施例中：

所述约束条件还包括热电联产机组约束；

所述热电联产机组约束包括热电比约束、爬坡约束、机组极限出力约束、热源供水温度约束以及调度周期约束；

所述热电比约束为：

式中，ε为设定的热电联产机组热电比值；Q

所述爬坡约束为：

式中，P

所述机组极限出力约束包为：

式中，P

所述热源供水温度约束为：

40℃≤t

式中，T

所述调度周期约束是指，基于设定的电力调度周期值，调整热力调度周期，以使得电热协调调度周期、热力调度周期以及电力调度周期一致，均为设定的电力调度周期值。

本实施例的有益效果在于：

本实施例区别于现有技术，不再仅以电力系统优化为主体，而是综合考虑了热力系统运行特性与评价指标，能够进一步的提升计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法的兼容性。

根据上述任一实施例，在本实施例中：

所述约束条件还包括电网和风电机组约束；

所述电网和风电机组约束包括电网功率平衡约束、风电极限出力约束以及线路容量约束；

所述电网功率平衡约束为：

P

式中，P

所述风电极限出力约束为：

P

式中，P

所述线路容量约束为：

P

式中，P

本实施例的有益效果在于：

本实施例区别于现有技术，不再仅以电力系统优化为主体，而是综合考虑了热力系统运行特性与评价指标，能够进一步的提升计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法的兼容性。

根据上述任一实施例，在本实施例中：

所述调度条件为全天所有时刻的弃风量最小；全天所有时刻的弃风量最小的调度条件对应的目标变量为弃风量总和，对应的目标值为 0。

本实施例的有益效果在于：

针对弃风量进行电热协调调度，有利于在电力系统的层面上，最大化风电消纳量。

根据上述任一实施例，在本实施例中：

所述调度条件为全天总热偏离量绝对值最小，全天总热偏离量绝对值最小的调度条件对应的目标变量为热偏离量的绝对值总和，对应的目标值为0。

本实施例的有益效果在于：

针对热偏离量进行电热协调调度，有利于在热力系统的层面上，提升用户的总体热舒适性。

根据上述任一实施例，在本实施例中：

为量化评估电热综合能源系统中热网储热性能提升可再生能源消纳的效果，需建立计及热网热量传输动态特性的电热协调优化调度模型。

目前在电热协调优化模型中常用的热网半理论半经验模型无法准确计算热网的动态温度变化规律，不能得到热源供热温度与热用户室内温度等的准确映射关系；难以为供热计划及供电计划提供准确约束，也给热网提升可再生能源效果的量化评估带来较大偏差。

针对以上问题，本实施例在已有的热网线性化矩阵模型基础上，提供一种计及热网动态特性的电热协调优化调度模型。该优化模型全面考虑热网及与其运行密切相关的换热器及热用户等的运行特性，且以最优热舒适性与风电消纳最大为两级优化目标，综合考虑电力、热力系统的运行评估指标，为分析评估热网热惯性对电热协调优化运行效果的影响提供基础。

本实施例的最后，将选取典型变化例和对比例，依据热网热量传输特性对电热综合能源系统的供热计划与发电计划进行实时、定量优化，并得出考虑热网热量传输动态特性对风电消纳量、热舒适性的影响结论。

具体地，本实施例在已有的热网线性化模型基础上，提供计及热网热传输动态特性的线性化模型，兼具精度与兼容性需求；并建立了一次网与二次网、二次网与热用户、热用户与室外环境的三级换热模型等与供水管网运行密切相关的热力系统部件的物理特性模型。在此基础上构建了考虑热网热量传输动态模型及换热过程的电热协调优化调度模型，以热源逐时供热温度为决策变量，以最优热舒适性与风电消纳最大为最优目标。最后，选取典型变化例和对比例，量化研究考虑热网运行特性对电热协调优化运行效果的影响。

管网内热量传输及换热过程包括五个过程：供水管路热量传输、一次网与二次网换热、二次网与用户换热、用户与室外环境换热、回水管路的热量传输过程。本实施例主要对各节点建立逐级换热方程，建立计及基于管道热量传输的管网热力动态模型。

管网整体的热力动态模型计算流程为：

将所有管段写为出口温度关于进口温度与热传输贡献矩阵的表达式；再列出首尾相接的管段在交汇节点处的热平衡方程以及混合节点列混合温度方程；最后将各管段的热量传输方程与热量平衡、混合温度方程联立，给定管网进口温度(即热源供热温度)、热媒水流量；即可求得各用户节点、管段沿途等的温度动态变化规律等热力特性，该特性的表达式见式(2.1)和式(2.2)。

热量从一次网热媒水传至用户共涉及三层换热过程，分别为一次网与二次网、二次网热媒水与热用户、热用户与外界环境三个过程(忽略二次网与环境的换热过程)，目前计及管网的电热协调优化中即使考虑换热约束，也通常不考虑二次网，而是仅仅考虑一次网与二次网的简单换热过程，比如忽略二次网热媒水与用户换热等。本章全面考虑三层换热过程，针对多回路换热问题，建立包含三层换热的热平衡与换热模型，直接求得室内温度关于一次网供热温度和室外温度的表达式。

根据图2所示的多回路换热过程示意图，依次列出三个换热回路的热交换方程，即式(1a)至式(1h)。

联立式(1a)至式(1h)求解并简化后，能够得到室内温度T

下面将进行计及管网及系统整体运行的电热协调优化建模。

以我国东北地区冬季风电消纳中的弃风问题为背景，选取包含集中供热系统、风电场、火电机组、热电联产机组的区域型电热综合能源系统为例，建立计及管网及系统整体运行的电热协调优化模型。该优化调度模型中不再仅以电力系统优化为主体，而是综合考虑了热力系统运行特性与评价指标。

首先对该区域型电热综合能源系统及电热协调优化模型进行概述如下。

图6为某地区区域型电热综合能源系统案例的结构，主要包括发电机组、电网、供热管网、换热器、电用户、热用户等部分，发电机组包括燃气轮机热电联产机组、火电机组与风电机组，电出力的总和时刻等于用户电负荷，以保证电力系统功率平衡。居民热负荷由热电联产机组提供。

电热协调优化模型主要由运行约束、优化目标及决策变量三部分要素构成。由于电力系统与供热系统通过热电联产机组耦合在一起，因此运行约束与决策变量要素又分为电力系统、供热系统及电热耦合三种类型。运行约束由电力系统内电网、火电机组、风电机组等运行约束与供热系统内的管网热量传输约束、换热约束以及热电联产机组约束组成，决策变量包括逐时热源供热温度、热电机组热出力、热电机组出力、火电机组出力及风电出力。热电联产机组约束与决策变量既属于电力系统也属于供热系统，为电热耦合部分。优化目标为考虑最小全天风电弃风量、最佳用户热舒适性的两级优化目标。

下面将对本实施例的系统运行约束进行进一步说明。

电热综合能源系统包括燃气轮机热电联产机组、风电场、集中供热系统、电网等部分，各部分运行约束具体描述如下。

除热量传输约束，即第一函数、第二函数外，约束条件还包括热电联产机组约束、电网和风电机组约束；

在本实施例中，电力调度系统每隔15分钟调节一次各发电厂机组出力，而现有技术中热力管网调节周期与电力调度周期相比较长，通常几十分钟甚至数小时才调节一次温度。本实施例的重点是将热力管网调节纳入电力调度框架，因此为了统一电热综合能源系统各部分运行调节的时间尺度，本实施例对热力管网建立15分钟调节周期的热量传输方程。

本实施例假设所涉及到的线路传输容量都在限值以内，不考虑电网传输容量对热力系统调节及电热综合能源系统协调运行的影响。

下面将对本实施例的优化目标与决策变量进行说明。

为实现热力、电力系统的最优化运行，需兼顾二者的系统运行指标。从热力系统的层面，选取用户各时刻的总热舒适度为评价指标，在此采用热偏离量表征热舒适性的程度。从电力系统的层面，选取各时刻风电总消纳量最大为优化目标，即风电总弃风量最小为优化目标。以全天所有时刻的弃风量最小为一级优化目标，以全天总热偏离量绝对值最小为二级优化目标，如下式所示。

其中，i代表节点序号，P

决策变量为逐时热源供热温度、热电机组供热量及电出力、火电机组出力与逐时风电出力。

以上即为计及管网及系统整体运行的电热协调优化模型，全面考虑管网热量传输动态特性、管网温度反馈调节机制、换热器运行特性及电力系统运行约束。该模型能为电热综合能源系统提供准确的运行边界，实现兼顾电力与热力系统性能指标的系统协调优化运行。

下面将结合本实施例的变化例和现有技术对比例，对本实施例的计及热网动态特性的电热协调优化运行效果，和相比于现有技术的有益效果进行说明。

选取距离热源1.26km的用户节点为研究对象，发电系统由2台燃气轮机热电联产机组(一备一用)、一个风电场构成，风电机组逐时出力曲线采用文献中的数据，热电机组最大、最小发电功率分别为 23MW、8MW，爬坡功率为10MW/h。

该用户节点的建筑围护结构换热面积及系数、换热器面积及系数见表1和表2。

表1：单用户节点用户侧换热参数表

表2：单用户节点用户侧换热参数表

以调研得到的某区域历史用电负荷数据为原始数据。用户逐时电负荷曲线及风电极限出力曲线见图7。

室外温度以北京市2016年11月16日全天24小时数据为例，全天逐时的室外温度曲线见图8。

热源到单用户节点的管道长度为1.26km，管径0.5m，流速0.68m/s，网格比为0.25，空间节点步长为24m，时间步长为6s。依据3.3节热量传输公式，可得到该用户节点的复合热传输贡献矩阵，其中，B表示进口温度对出口温度的影响系数矩阵，A表示初始温度对出口温度的影响系数矩阵，如下式所示。

在此基础上，本实施例提供了3项对比例进行分析：

对比例1，即方案1基于本实施例进行电热协调调度，考虑了管网温度反馈调节机制与管网热量传输精确模型，即对比例1基于多级换热过程建立热量传输约束，同时考虑第一函数与第二函数对于电热协调调度的约束。对比例1的电热协调调度以风电总消纳量最大为一级优化目标、以热舒适性最佳为二级优化目标，以各时刻最低室内温度大于等于20℃为运行约束。

对比例2，即方案2基于现有技术(Liu X.,Jenkins N.,Wu J.,et al. Combinedanalysis of electricity and heat networks[J].Energy Procedia， 2014，61:155-159.)进行电热协调调度，基于计算简便、但精度略低的管道热量传输动态模型，不考虑满足热舒适性的柔性约束，但将温度反馈调节模型纳入电网调度，调节的标准为使室内温度达到最佳值 20℃。

对比例3，即方案3不考虑热媒水在管道中的传输动态特性与用户热舒适性的柔性波动，但考虑温度的反馈调节，调节的标准为使室内温度达到最佳值20℃。

经优化计算所得到的各方案全天总弃风量见表3，可以看出，总弃风量从大到小依次为：对比例3、对比例2、对比例1。表中数据可为后续各项分析提供参考。

表3：各对比例全天总弃风量值

图9、图10为对比例1、对比例2及对比例3的逐时热源供热温度、室内温度曲线。这三种方案都考虑了管网温度反馈调节机制。对比分析考虑管网热量传输特性及其精确建模对系统运行的影响。由图可知，各方案供热温度变化趋势基本一致，即夜间供热温度高于白天，这是由于夜间温度低，为保证用户热负荷，则提高夜间的供热温度。对比不同方案下的供热温度，在约凌晨1时至早晨8时和下午14时至16时，对比例1供热温度明显小于对比例2、对比例3，这是由于以上时段风电极限出力较大，夜间风电甚至大于总用电负荷，而对比例1以风电消纳最大为一级优化目标，为最大程度地消纳风电，则在此时段内相应地调低供热温度，降低热电出力；在凌晨1时与下午 13时之前的一段时间内，对比例1的供热温度明显高于其他两种方案，其目的在于利用热网传输延迟特性，提前提高供热温度，以满足后续时段的热负荷(避免在后续时段降低供热量导致的热负荷不足)；此外的其他时段，对比例1的供热温度略低于其他方案，但差别较小，基本持平。该结果符合对比例1的调度原则。对比对比例2与对比例 3供热温度可知，对比例2的供热温度序列与对比例3存在一定的相位差，即对比例2前一时刻的供热温度约等于对比例3此时的温度，这是由于对比例2考虑了热量传输延迟，供热量会在一个传输延迟时间前提供的缘故。

从室内温度图10可以看出，方案1在早7时至9时初始时段室温较低，这是由于热源温度还未传到热用户，而管网的初始温度又不足以使室温达到预期目标导致的；在约11时至15时与夜晚22时至凌晨1时，室内温度高于20℃，这是由于这些时刻之后的时段风电即将增大，因此提前增大供热量可适当降低风电大发时期的热电出力，故这些时刻的供热温度较高导致室温超过预期的20℃，结论与图9 吻合。此外其他时刻，对比例1的室内温度大多时刻稳定在20℃。与对比例1比较，对比例2、对比例3的室内温度低于20℃的时刻较多。对对比例2而言，造成频繁低于20℃的原因是管网模型不够精确，且难以直接纳入电热协调优化进行计算，无法提供准确的运行边界导致的。对对比例3而言，造成室温频繁低于20℃的原因在于反馈调节机制具有一定的滞后性，不能像对比例1一样提前通过对逐时供热温度定量优化来保证较稳定的室内温度。经计算，对比例1、对比例2、对比例3三种方案全天热偏离量绝对值的总和分别为31.91、 30.46、37.39，总和越低意味着热舒适性越好，故对比例3热舒适性最差，对比例1、对比例2基本一致，表明考虑热网传输特性一定程度上有利于提高用户热舒适性。

图11反映了对比例1、对比例2、对比例3的夜间逐时弃风曲线，在此只选取了凌晨1时至5时的弃风数据，由于其他时段内三种方案的弃风量差别不大，因此只重点分析不同方案在夜间风电大发时段的弃风效果。可以看出，对比例1逐时弃风量大多数时刻明显低于对比例2、对比例3，对比例2和对比例3各时段的弃风交替增大。根据表3，对比例1全天总弃风量为167.57MW·h，较对比例3(178.10 MW·h)减少了5.9％，表明在电热协调优化中考虑管网传输特性可以达到促进风电消纳的作用；总弃风量比对比例2(176.28MW·h)降低了4.9％，表明对比例1所采用的精确的管网热传输动态模型比对比例2采用的较精确模型更能促进风电消纳，因为精确的管网模型能为电热协调优化提供精准的供热运行边界，实现对系统运行的定量、协调优化，从而达到降低弃风量的目的。

通过以上对比例分析，可以得出如下结论。

量化评估了考虑管网特性等各要素对电热协调优化运行效果的影响。以单热用户为例，计算结果表明：考虑管网热量传输特性使系统弃风量降低5.9％。

对比例1全天总弃风量为167.57MW·h，较对比例3(178.10 MW·h)减少了5.9％，表明在电热协调优化中考虑管网传输特性可以达到促进风电消纳的作用；总弃风量比对比例2(176.28MW·h) 降低了4.9％，表明对比例1所采用的精确的管网热传输动态模型比对比例2采用的较精确模型更能促进风电消纳，因为精确的管网模型能为电热协调优化提供精准的供热运行边界，实现对系统运行的定量、协调优化，从而达到降低弃风量的目的。

本实施例的有益效果在于：

提出了计及管网及系统整体运行的电热协调优化模型，全面考虑管网热量传输动态特性、管网温度反馈调节机制、换热器运行特性及电力系统运行约束。该模型能为电热综合能源系统提供准确的运行边界，以实现兼顾电力与热力系统性能指标的协调优化计算模拟。

下面对本发明提供的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度装置进行描述，下文描述的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度装置与上文描述的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法可相互对应参照。

本发明实施例还提供一种计及热网热量传输动态特性的电热协调调度装置，包括模型建立模块、约束条件设定模块、计算模块、调度模块以及反馈调节模块；

所述模型建立模块能够建立电热协调调度模型；

所述约束条件设定模块能够基于多级换热过程建立热量传输约束，作为约束条件；

所述计算模块能够获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；

所述调度模块能够基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；

所述反馈调节能够根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度；

所述电热协调调度模型是指在设定的约束条件下，通过决策变量调整目标变量的模型；

所述决策变量包括逐时热源供热温度、供热管网初始温度、热电机组供热量、电出力、火电机组出力以及逐时风电出力中的任一者或任多者组合；

所述目标变量包括弃风量、热偏离量、供热量、热损失、用户得热量、用户室内温度以及风电消纳量中的任一者或任多者组合；

所述多级换热过程包括供热管网热量传输过程和/或换热过程；所述供热管网热量传输过程包括热媒介质供应管路的热量传输过程和/或热媒介质回收管路的热量传输过程；所述换热过程包括一次网与二次网间的换热过程、二次网与用户间的换热过程、用户与室外环境间的换热过程中的任一者或任多者组合。

本实施例的有益效果在于

基于多级换热过程建立热量传输约束，反映了热力系统中各节点的热量传输与转换过程，建立了一次网/二次网/热用户间的换热约束，从而细化了电热协调调度模型的考量因素，能够使得模型优化结果更为可靠、模型兼容性更好。

图12示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图12所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1210、通信接口(Communications Interface)1220、存储器(memory)1230和通信总线1240，其中，处理器1210，通信接口1220，存储器1230通过通信总线1240完成相互间的通信。处理器1210可以调用存储器1230中的逻辑指令，以执行计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法方法，该方法包括：建立电热协调调度模型；基于多级换热过程建立热量传输约束，作为约束条件；获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度。

此外，上述的存储器1230中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法方法，该方法包括：建立电热协调调度模型；基于多级换热过程建立热量传输约束，作为约束条件；获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的计及热网热量传输动态特性的电热协调调度方法，该方法包括：建立电热协调调度模型；基于热网线性化热量传输模型及多级换热过程建立热网动态约束，作为约束条件；获取决策变量当前取值，并根据决策变量当前取值和约束条件，通过电热协调调度模型计算得到目标变量当前取值；基于设定的调度条件确定目标变量的目标区间或者目标变量的目标值；根据目标变量当前取值与目标区间的相对关系，或者根据目标变量当前取值与目标值的差值，反馈调节决策变量，从而实现电热协调调度。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。