城市智能熱網(wǎng)仿真與控制技術(shù)-王雅然

著力打造全球領(lǐng)先的城市智能熱網(wǎng)仿真天津大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程系王雅然特聘研究員王雅然特聘研究員|博導(dǎo)|博后導(dǎo)師05城市熱網(wǎng)動態(tài)熱力仿真技術(shù)06城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度07城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)08產(chǎn)品與落地應(yīng)用雙碳背景下的城市供熱困境01雙碳背景下的城市供熱困境天津市中心城區(qū)供熱“一張網(wǎng)”：總供熱面積8204萬平米；天津市超大規(guī)?！耙粡埦W(wǎng)”總供熱面積8204萬m2換熱站2110座熱源4座熱電廠6座鍋爐房天津市超大規(guī)模“一張網(wǎng)”總供熱面積8204萬m2換熱站2110座熱源4座熱電廠6座鍋爐房4座地?zé)峋畲蠊崮芰M跨直線距離減碳壓力下的大熱網(wǎng)發(fā)展困境：外下一步減碳重點(diǎn)就在于如何尋找低碳替代方外楊柳青熱電廠溫軍糧城熱電廠陳塘莊熱電廠東北郊熱電廠陳塘莊熱電廠tw,maxtw1tw2tw,min延續(xù)時間破局途徑202破局途徑幾個核心問題：I.上述低碳/零碳熱源除核能外，均不適宜在大型城市進(jìn)行大規(guī)模）；因?yàn)榇鬅峋W(wǎng)存在的意義就在于將集中的電廠余熱輸配到城市各個近10年的并網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)布局、建設(shè)和發(fā)展是否完全白費(fèi)？02破局途徑可行路徑：II.部分區(qū)域空間充足的條件下（如：城市遠(yuǎn)郊可建設(shè)集中式太陽能集熱場+跨季節(jié)儲熱，充分利用空間資源及現(xiàn)有大熱網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施；III.區(qū)域二級網(wǎng)、一級大熱網(wǎng)均實(shí)現(xiàn)IV.形成：“集中式余熱互補(bǔ)+分布式調(diào)峰/儲能”的特大城市超大零碳熱源關(guān)鍵技術(shù)303零碳熱源關(guān)鍵技術(shù)太陽能集熱場I.槽式太陽能集熱器+平板型太陽能集熱器陣列：可實(shí)現(xiàn)90~03零碳熱源關(guān)鍵技術(shù)：地?zé)岣咝Ю眉夹g(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：首創(chuàng)了利用快速非穩(wěn)態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)中深層地下?lián)Q熱過程動態(tài)優(yōu)化調(diào)控，充分利用單鉆孔換熱過程的旋轉(zhuǎn)對稱性，使中深層3D換熱過程的快速實(shí)時優(yōu)化成為現(xiàn)實(shí)。取熱功率(kW)0入口水溫15℃入口水溫18℃入口水溫20℃4003002000意義與影響：研發(fā)了首套基于地下?lián)Q熱過程3D仿真的中深層地?zé)崮芄嵯到y(tǒng)優(yōu)化控制平臺，并在天津?qū)W苑供熱取熱功率(kW)0入口水溫15℃入口水溫18℃入口水溫20℃4003002000 - ---- 入口20℃858687888990858687888990914020模擬值相對誤差地埋管換熱器白天運(yùn)行流量Q地埋管換熱器白天運(yùn)行流量Q(m/h)454035302520 搜索路徑相對誤差相對誤差(%)總耗電量(kWh)5101015202530354045地埋管換熱器夜間運(yùn)行流量Q(m/h)03零碳熱源關(guān)鍵技術(shù)：空氣源熱泵空氣源熱泵I.目前，空氣源熱泵技術(shù)已發(fā)展得比較成熟，“一棟一機(jī)”適宜住宅和公建。II.辦公樓、學(xué)校、商場等公建的供熱、供冷可采用分布式03零碳熱源關(guān)鍵技術(shù)：空氣源熱泵冷凝溫度冷凝溫度冷凝溫度冷凝溫度5.5℃過冷度1740rpm壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速蒸發(fā)溫度(℃)功率輸入容量03零碳熱源關(guān)鍵技術(shù)：二網(wǎng)調(diào)峰集成方式△400 一次網(wǎng) 換熱站空氣源熱泵地源熱泵0鍋爐房△400 一次網(wǎng) 換熱站空氣源熱泵地源熱泵0鍋爐房04000400空氣源、地源熱泵△板換用戶△板換用戶空氣源、地源熱泵零碳熱源關(guān)鍵技術(shù)：智能熱網(wǎng)控制定義（智能熱網(wǎng)）：具有多目標(biāo)自趨優(yōu)運(yùn)行能力的供熱系統(tǒng)。“多目標(biāo)”的含義：供熱系統(tǒng)能夠達(dá)到：1）保證末端的負(fù)荷需求；2）輸配系統(tǒng)水力/熱力工況的實(shí)時動態(tài)優(yōu)化；3）對熱源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度；4）實(shí)現(xiàn)故障工況下快速應(yīng)對；“自趨優(yōu)”的含義：能夠自動進(jìn)行參數(shù)適應(yīng)、控制、調(diào)度、故障診斷等功能。源?對負(fù)荷的快速/精確的響應(yīng)；?冷/熱源的預(yù)估補(bǔ)償控制；?冷/熱源最優(yōu)分配控制；?先進(jìn)冷/熱源裝備研發(fā)；網(wǎng)?穩(wěn)定、健壯的輸配系統(tǒng)水力平衡及優(yōu)化技術(shù)；?動態(tài)工況的在線預(yù)測和優(yōu)化控制技術(shù)；荷?建筑負(fù)荷的快速高精度識別及預(yù)測；?與用戶的互動機(jī)制；?房間舒適度識別與動態(tài)調(diào)儲?跨季節(jié)儲熱；?高性能相變蓄能、冰蓄冷；?蓄釋能高效換熱?蓄能系統(tǒng)狀態(tài)估計技術(shù)?冷/熱源的高效在線仿真?快速漏損診斷技術(shù)；優(yōu)技術(shù)；?滾動時域優(yōu)化控制技術(shù)城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)04城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——現(xiàn)狀分為通過靜態(tài)水力分實(shí)現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化、運(yùn)行方案制定04城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——現(xiàn)狀這種“基于運(yùn)行方案離線分析”的調(diào)控模式給大熱網(wǎng)運(yùn)行帶來諸多問題：1、對于大規(guī)模、復(fù)雜熱網(wǎng)，需離線分析大量運(yùn)行方案，重復(fù)工作，且不一定能涵蓋全部情況；2、目前的離線分析方法均基于靜態(tài)方法，缺乏動態(tài)計算模型及工具對任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)熱網(wǎng)均能進(jìn)行高效分析的方法，無法捕捉熱網(wǎng)的動態(tài)水力特征；3、熱網(wǎng)的動態(tài)水力工況關(guān)乎熱網(wǎng)的運(yùn)行安全，尤其對于大型帶中繼泵站的復(fù)雜熱網(wǎng)，停泵等故障引起水錘將破壞熱網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施；4、無法實(shí)現(xiàn)城市級大熱網(wǎng)水力工況的動態(tài)、自動優(yōu)化控制。----------城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——水力仿真分類----------熱網(wǎng)水力分析準(zhǔn)動態(tài)方法靜態(tài)方法通過聯(lián)立管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)下的回路壓靜態(tài)方法通過聯(lián)立管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)下的回路壓力平衡和節(jié)點(diǎn)流量平衡方程，求解管網(wǎng)的流量、壓力分布動態(tài)方法對管網(wǎng)非穩(wěn)態(tài)工況下的動態(tài)方法對管網(wǎng)非穩(wěn)態(tài)工況下的管網(wǎng)的流量、壓力分布進(jìn)行實(shí)時求解的方法利用靜態(tài)方法對非穩(wěn)態(tài)下的管網(wǎng)流量、壓力進(jìn)行近似逐時計算r----管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計管網(wǎng)精確仿真運(yùn)行方案分析動態(tài)優(yōu)化控制r---r----管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計管網(wǎng)精確仿真運(yùn)行方案分析動態(tài)優(yōu)化控制管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的近似計算分析一直缺乏高效的熱網(wǎng)動我們提出了兩套方法：集總和分布參任意復(fù)雜度熱網(wǎng)動態(tài)水力工況的快速仿真靜態(tài)方法回--------一直缺乏高效的熱網(wǎng)動我們提出了兩套方法：集總和分布參任意復(fù)雜度熱網(wǎng)動態(tài)水力工況的快速仿真靜態(tài)方法回--------動態(tài)方法態(tài)水力分析工具熱網(wǎng)水力分析準(zhǔn)動態(tài)方法分布參數(shù)方法特征線方法集總參數(shù)方法線性化方法空間管網(wǎng)仿真分布參數(shù)方法特征線方法集總參數(shù)方法線性化方法空間管網(wǎng)仿真可及性分析法回路方程法節(jié)點(diǎn)方程法回路方程法節(jié)點(diǎn)方程法管段方程法管段方程法SIMPLE算法平方根法哈迪格羅斯SIMPLE算法平方根法哈迪格羅斯龍格庫塔法04城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——集總參數(shù)模型（又稱：NSS模型）以余枝流量向量為狀態(tài)變量，導(dǎo)出了熱網(wǎng)動態(tài)水力特性的集總模型又稱非線性狀態(tài)空間模型，即：NSS,NonlinearStateSpace）：dQrT-1TdTT-1 dt=-(cfkfcf)cf(s+4)lcfQrcfQr+dQrT-1TdTT-1基于四階Runge-Kutta積分，給出了上述模型的數(shù)值求解格式如下：K4=fQr,k+K3ΔT)fQr)T-1cfkfcf)cf(ST-1cQrdcQr+T-1cfkfcf)cfT-1熱力站26流量(m3/h)熱力站27流量(m3/h)熱力站28流量(m3/h)27282620229823口724256542o31\熱力站26流量(m3/h)熱力站27流量(m3/h)熱力站28流量(m3/h)27282620229823口724256542o31\熱力站1流量(m3/h)熱力站2流量(m3/h)熱力站3流量(m3/h)熱力站4流量(m3/h)200熱力站1流量(m3/h)熱力站2流量(m3/h)熱力站3流量(m3/h)熱力站4流量(m3/h)2000200熱力站12流量熱力站12流量(m3/h)熱力站10流量(m3/h)熱力站13流量(m3/h)40熱力站26流量(m3/h)熱力站27流量(m3/h)熱力站28流量(m3/h)175.6175.4175.2174.80時間(min)廠158.8158.6158.4158.2時間(min)124.6124.8124.4時間(min)熱源22728262022982123口7242554236500m熱源1104城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——集總參數(shù)模型（又稱：NSS模型）熱力站26流量(m3/h)熱力站27流量(m3/h)熱力站28流量(m3/h)175.6175.4175.2174.80時間(min)廠158.8158.6158.4158.2時間(min)124.6124.8124.4時間(min)熱源22728262022982123口7242554236500m熱源11熱力站4流量(m3/h)熱力站2流量(m3/h)熱力站熱力站4流量(m3/h)熱力站2流量(m3/h)熱力站5流量(m3/h)熱力站3流量(m3/h)210131.5209.520920901020300102030時間(min)時間(min) 180.6廠 180.6179.6時間(min)時間(min)熱力站12流量(m3/h)熱力站10流量(m3/h)熱力站13流量(m3/h)熱力站1熱力站12流量(m3/h)熱力站10流量(m3/h)熱力站13流量(m3/h)熱力站11流量(m3/h)170.6170.4170.2169.8廠 2030103.6103.4103.20102030時間(min)廠104.8104.60102030時間(min)04城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——分布參數(shù)模型（又稱：WH模型）考慮管壁及熱媒的彈性，流動過程中彈性勢能和動能相互轉(zhuǎn)化，造成管道內(nèi)熱媒的壓力、流量波動，連續(xù)性方程和動量方程共同構(gòu)成管道的動態(tài)水力過程的分布參數(shù)模型（又稱水擊模型，即：WH,WaterHammer）：城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——分布參數(shù)模型（又稱：WH模型）(Referencedheatsource)/5486/5486953Supply/returnpipeline27953Supply/returnpipeline274Cotreebranch4HeatsourceHeatsubstationFlowrate(m3/h)Pressure(kPa)FlowratFlowrate(m3/h)Pressure(kPa)Flowrate(m3/h)280260240238DPMLPM237236235234DPMLPMDPMLPMTimeTime(s)Pressure(kPa)DPMPressure(kPa)DPMLPMDPMLPMSTimeTime(s)Time(s)32號熱力站閥門開度分別在60s、30s和5s內(nèi)從100%調(diào)到50%后的動態(tài)水力過程模1、分布參數(shù)和集總參數(shù)模型的預(yù)測結(jié)果的趨勢一致；3、調(diào)節(jié)越快，管網(wǎng)激起的水力波04城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——分布參數(shù)模型（停泵水錘求解算法）H0+Hr((βn)2+(vn)2)(A0+A1θn)-S1Qr2(vn)2=CM2+B2QrvnF1 ((βn)2+(vn)2)(B0+B1θn)+m0-C3(β0-βn)=F1F2F2)+A1β=Hn[2β(A0+A1θ)-A1v])+B1β=2β(B0+B1θ)-B1v+C3當(dāng)前時間計算步長下的無量綱轉(zhuǎn)速β和無量綱流量v04城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——分布參數(shù)模型（停泵水錘求解算法）創(chuàng)新點(diǎn)：巧妙利用水柱與管壁的彈性將一維流動的橢圓型方程轉(zhuǎn)化為雙曲型方程，使熱網(wǎng)的高頻壓力、流量脈動得以用顯式特征線方法進(jìn)行快速時層推進(jìn)。意義與影響：顛覆了既有的熱網(wǎng)非恒定流計算性能低下的傳統(tǒng)理念，在國際上率先開拓了復(fù)雜大熱網(wǎng)動態(tài)水力過程快速仿真研究的新領(lǐng)域。Heatsource1CCHeatexchangeNSupplypipeline1ReturnpipelineN2N2HeatexchangeHeatsource1CCHeatexchangeNSupplypipeline1ReturnpipelineN2N2CCCCHeatexchangeQLeakage2,8002,6002,4002,2002,000--L=5,000m L=10,000mL=10,000m L=15,000mL=15,000mL=5,000mTime(s)2,4002,3002,4002,3002,2002,000--L=5,000m L=10,000mL=10,000m L=15,000mL=15,000mL=5,000mTime(s) !04城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——分布參數(shù)模型（水錘分析）停泵-閥門耦合故障和單一故障的對比停泵-閥門耦合故障水力特征的影響因素分析（閥門位置）換熱站入口流量換熱站入口壓力換熱站入口流量換熱站入口壓力停泵-閥門耦合故障水力特征的影響因素分析（閥門開度）換熱站入口流量換熱站入口壓力停泵-閥門耦合故障水力特征的影響因素分析（閥門故障發(fā)生時間）換熱站入口壓力換熱站入口流量換熱站入口壓力04城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——分布參數(shù)模型（水錘防護(hù)策略定制）雞西市長輸供熱系統(tǒng)布置圖中繼泵站停泵故障的非穩(wěn)態(tài)水力特征分析遠(yuǎn)離中繼泵處的換熱站壓力變化趨勢與臨近中繼泵站的類似，但振蕩幅值較小、更高頻。臨近中繼泵的換熱站遠(yuǎn)離中繼泵的換熱站臨近中繼泵的換熱站04城市熱網(wǎng)動態(tài)水力仿真技術(shù)——分布參數(shù)模型（水錘防護(hù)策略定制）雞西市長輸供熱系統(tǒng)布置圖總的來說，設(shè)置旁通管與不設(shè)置旁通管相比，壓力振蕩的規(guī)律相似，但設(shè)置旁通管會降低壓力振蕩的振幅（減弱20%左是否設(shè)置旁通對系統(tǒng)停泵水錘強(qiáng)弱的影響熱源中繼泵出口熱源臨近中繼泵的換熱站遠(yuǎn)離中繼泵的換熱站臨近中繼泵的換熱站城市熱網(wǎng)動態(tài)熱力仿真技術(shù)505城市熱網(wǎng)動態(tài)熱力仿真技術(shù)：管道輸配熱動態(tài)鹿華熱電廠熱源供水管線：9.25km隔壓換熱站管道內(nèi)徑：1.4m 供熱管道隔壓換熱站熱源處的供水溫度(oC)9897969594939291熱源處的供水溫度(oC)989796959493929190管線流量的逐時測試值24時間(h)9.8×1039.89.79.69.79.69.59.49.39.2923時間(h)熱源處供水溫度的逐時測試值流量流量(m3/h)249212220012346857249212220012346857數(shù)值模型的數(shù)值模型的0特征線法誤差：0.6oC以內(nèi)隱式迎風(fēng)誤差：0.4oC以內(nèi)特征線方法實(shí)測數(shù)據(jù)97896.596.505城市熱網(wǎng)動態(tài)熱力仿真技術(shù)：管道輸配熱動態(tài)隔壓站處的供水溫度(C) 隱式迎風(fēng)格式--特征線方法0.09隔壓站處的供水溫度(C) 隱式迎風(fēng)格式--特征線方法0.090.080.070.060.050.040.030.020.0105-0.4-0.3絕對誤差(C).誤差分布接近正態(tài)分布0特征線方法隱式迎風(fēng)格式實(shí)測數(shù)據(jù)2324最佳步長下的進(jìn)一步比較212220978---特征線方法 隱式迎風(fēng)格式沿管道的溫度分布沿管道的溫度分布(C)與熱源之間的管路距離與熱源之間的管路距離(m)管道2015年11月15日14:30溫度分布沿管道的溫度分布(沿管道的溫度分布(C)與熱源之間的管路距離(m)管道2015年11月15日15:00溫度分布 Characteristicline Implicitupwind05城市熱網(wǎng)動態(tài)熱力仿真技術(shù)：管網(wǎng)水力-熱力耦合仿真763723745716829707702HeatsourceCHeatsourceB491創(chuàng)新點(diǎn)：首創(chuàng)了熱網(wǎng)水力-熱力耦合特性高性能動態(tài)仿真的“拓?fù)渑判?隱式迎風(fēng)-牛拉迭代”技術(shù)，顛覆了傳統(tǒng)計算方法，使仿真速度提升100余倍763723745716829707702HeatsourceCHeatsourceB491革新了熱網(wǎng)熱動態(tài)仿真領(lǐng)域的面貌。Boostingpumpstation三個熱源：陳塘燃?xì)鉄犭姀S、長湖路中繼泵站以及金谷Boostingpumpstation776陳塘熱電管網(wǎng)建有413座熱力站，共有21個環(huán)，891個管段以及871個節(jié)點(diǎn)（供水管網(wǎng)）776870HeatsourceA可實(shí)現(xiàn)供熱面積2400萬平米，2019-2020采暖計劃供熱面870HeatsourceA05城市熱網(wǎng)動態(tài)熱力仿真技術(shù)：管網(wǎng)水力-熱力耦合仿真監(jiān)測數(shù)據(jù)：天津城安熱電管網(wǎng)在2018年12月13日6:00~21:00時間段內(nèi)各熱力站和熱源的運(yùn)行流量和壓力0.760.740.720.700.680.660.640.62根據(jù)熱力站一次供水流量0.760.740.720.700.680.660.640.620.76熱力站供水壓力熱力站供水壓力(MPa)0.720.700.680.660.64熱力站供水壓力熱力站供水壓力(MPa) 監(jiān)測值計算值6912151821時間(h)熱力站577 監(jiān)測值計算值時間(h) 熱力站608熱力站614運(yùn)行期間內(nèi)，熱力站供水壓力波動范圍為0.62MPa~0.76MPa，各個熱力站供水壓力變化趨勢基本一致各個熱力站的壓力計算最大相對誤差均在±10.0%之內(nèi)熱力站一次供水溫度(℃)05城市熱網(wǎng)動態(tài)熱力仿真技術(shù)：熱力站一次供水溫度(℃)96.0熱力站一次供水溫度熱力站一次供水溫度(℃)92.076.072.0熱力站一次供水溫度(℃)熱力站一次供水溫度(℃)監(jiān)測值計算值時間(h)熱力站一次供水溫度(℃)熱力站一次供水溫度(℃) 監(jiān)測值計算值熱力站491熱力站591 計算值熱力站一次供水溫度熱力站一次供水溫度(℃) 熱力站一次供水溫度熱力站一次供水溫度(℃) 05城市熱網(wǎng)動態(tài)熱力仿真技術(shù)：管網(wǎng)水力-熱力耦合仿真熱力站一次供水溫度(℃) 熱力站一次供水溫度(℃) 計算值熱力站一次供水溫度(℃)熱力站一次供水溫度(℃) 監(jiān)測值計算值熱力站供水溫度在此期間波動較為顯著，利用水力-熱力耦合模型能夠較好地描述熱力站供水溫度變化過程該管網(wǎng)主要由陳塘電廠進(jìn)行供熱，因而各熱力站一次供水溫度的變化趨勢與陳塘電廠供水溫度趨于一致熱力站一次供水溫度相對誤差在±6.0%之內(nèi)本次仿真計算過程中，管段遍歷共進(jìn)行了70次，占總運(yùn)行次數(shù)的38.9%城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度：多熱源環(huán)狀網(wǎng)快速水力優(yōu)化的GRG優(yōu)化算法水泵轉(zhuǎn)速和閥門開度水泵轉(zhuǎn)速和閥門開度但應(yīng)j≤scHjWT-HjWT-Qj,rj)-Qjnj(Qjrj)熱網(wǎng)中所有水泵的總功率!廣義既約梯度負(fù)方向滿足約束下降最快06城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度：多熱源環(huán)狀網(wǎng)快速水力優(yōu)化的GRG優(yōu)化算法STEP1：給定用戶流量需求Gsb,req，設(shè)定初始迭代值ro，計算各支路流量Go及熱力站閥門開度STEP2：計算k工況下的既約梯度(VRWTotal)k，沿既約梯度方向的負(fù)改進(jìn)熱源泵轉(zhuǎn)速rk+1=rk+E(-VRWT)kSTEP3：利用牛頓迭代計算當(dāng)熱源泵轉(zhuǎn)速比為rk+1，用戶流量為Gsb,req時的各熱力站閥門開度k+1。若牛頓迭代收斂，則進(jìn)入STEP4；若牛頓迭代次數(shù)超過50次仍未收斂，則減為原來的是否滿足。若滿足則輸出rk+1，W+1，優(yōu)化計算結(jié)束，r*=rk+1即為最優(yōu)解；若不滿足，則令 06城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度：多熱源環(huán)狀網(wǎng)快速水力優(yōu)化的GRG優(yōu)化算法65%流量需求水力交匯點(diǎn) 65%流量需求水力交匯點(diǎn) 壓力壓力(m)40節(jié)點(diǎn)編號節(jié)點(diǎn)編號壓力(m)204020節(jié)點(diǎn)編號85%流量需求水力交匯點(diǎn)壓力(m)204020節(jié)點(diǎn)編號85%流量需求水力交匯點(diǎn) 70%流量需求 70%流量需求水力交匯點(diǎn)水力交匯點(diǎn)壓力(m)壓力(m)404020節(jié)點(diǎn)編號20節(jié)點(diǎn)編號 80%流量需求壓力(m)壓力(m)水力交匯點(diǎn)402075%流量需求75%流量需求壓力(m)壓力(m)水力交匯點(diǎn)60GRGGRG優(yōu)化調(diào)度40定壓差調(diào)節(jié)定壓差調(diào)節(jié)壓力(m)節(jié)點(diǎn)編號60402090%流量需求水力交匯點(diǎn)節(jié)點(diǎn)編號20壓力(m)節(jié)點(diǎn)編號60402090%流量需求水力交匯點(diǎn)節(jié)點(diǎn)編號06城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度：多熱源環(huán)狀網(wǎng)快速水力優(yōu)化的GRG優(yōu)化算法 2.4 2.2水泵功率(MW) 定壓差 GRG21.81.6水泵功率(MW) 定壓差 GRG0.流量需求90.流量需求00.650.700.650.70.7流量40.3 0.3 0.90.80.70.60.50.4水泵節(jié)能率0.2水泵節(jié)能率0.10.70.750.80.70.750.80.850.9流量需求0.65 0 0.450.3流量需求0.3流量需求水泵功率(MW)水泵節(jié)能率0.2定壓差GRG00.65水泵功率(MW)水泵節(jié)能率0.2定壓差GRG00.650.90.70.750.80.850.9流量需求B熱源水泵功率B熱源水泵節(jié)能率總輸配能耗(MW) 水泵功率(MW)熱網(wǎng)總節(jié)能水泵節(jié)能率0.70.750..9流量需求定壓差GRG 0.30.40.350.30.250.20.1530.220.1GRG定壓差1100.650.650.7總輸配能耗(MW) 水泵功率(MW)熱網(wǎng)總節(jié)能水泵節(jié)能率0.70.750..9流量需求定壓差GRG 0.30.40.350.30.250.20.1530.220.1GRG定壓差1100.650.650.70.750.80.850.9流量需求C熱源水泵功率C熱源水泵節(jié)能率0.70.750.9流量需求熱網(wǎng)水泵總功率熱網(wǎng)水泵總節(jié)能率06城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度：大熱網(wǎng)滾動時域優(yōu)化調(diào)度首創(chuàng)基于動態(tài)水力-熱力耦合仿真的大型城市級熱網(wǎng)滾動時域優(yōu)化調(diào)度方法，能夠?qū)Υ鬅峋W(wǎng)多個熱60869655248606城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度：換熱站PID閉環(huán)震蕩抑制技術(shù)FlowFlowrate(m3/h)某城市熱網(wǎng)的某熱力站的實(shí)測流量20048Time(h)0304224606城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度：換熱站PID閉環(huán)震蕩抑制技術(shù)利用控制理論的方法分析其穩(wěn)定性和控制算二次供水溫度設(shè)定值+ + ,"i'一次供水M電動調(diào)節(jié)閥一次側(cè)一次回水溫度傳感器二次供水二次側(cè)二次回水板式換熱器06城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度：換熱站PID閉環(huán)震蕩抑制技術(shù)板式換熱器模型結(jié)構(gòu)二次流量、一次供溫和二次回溫到二次供溫的傳遞函數(shù)。這些傳遞函數(shù)可通過有限容積法建模、簡化得到。Tl,out=G(s)qh+Gd,1(s)ql+Gd,2(s)Th,in+Gd,3(s)Tl,inC(slG(S)=-C(sld,1(s)=C(sl-d,2(s)=C(sl-d,3(s)=C(sl--1B1A)-1B2A)-1B3A)-1B4擾動輸入GqhqlTl,outTh,inTl,inGqhqlTl,outTh,inTl,in06城市熱網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度：換熱站PID閉環(huán)震蕩抑制技術(shù)1100.5 1100.5 T=70CT=70C,T=40C,q=0.03m/s所有可能工況最壞情況Tl,out設(shè)定值T=70C,T=40C,q=0.03m/s所有可能工況最壞情況0.50.50.50.5溫度(溫度(oC)一次供溫由70oC變?yōu)?5oC0000虛軸坐標(biāo)虛軸坐標(biāo)虛軸坐標(biāo)虛軸坐標(biāo)-0.5-0.5-0.5-0.50 0 0.07-1.5-1.5K1K2-1.5K1K20.060.060.050.040.04?20.03?0.03?保證所有工況都滿足穩(wěn)定條件。0.020.0100.0100城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)707城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)：數(shù)字孿生的基本特性A.在信息系統(tǒng)中模擬真實(shí)物理過程/系統(tǒng)模擬、辨識、分析、控制是數(shù)字孿生的4個核心要素。07城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)：阻抗辨識熱網(wǎng)阻抗辨識問題PipenumbersPipenumbers???T???=?T?超定問題T?)-1?T??最小二乘解?t矩陣?的（摩爾-彭羅斯）廣義逆07城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)：長輸管線漏點(diǎn)識別20km熱源側(cè)用戶側(cè)動量方程：CPNACPNAl管道發(fā)生泄漏時的示意圖NS1CM2NS1CM2泄漏孔面積25430.424007城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)：管網(wǎng)漏點(diǎn)識別參459/2653熱源3考熱源2742474622820524490熱源2/528795414熱源121供/回水管道余枝管道熱源換熱站大型供熱管網(wǎng)分區(qū)示意圖5\ \58按照地理位置對管網(wǎng)中的管道進(jìn)行分區(qū)，模擬各管道發(fā)生泄漏的非穩(wěn)態(tài)水力過程，記錄熱力站的參459/2653熱源3考熱源2742474622820524490熱源2/528795414熱源121供/回水管道余枝管道熱源換熱站大型供熱管網(wǎng)分區(qū)示意圖5\ \58訓(xùn)練集數(shù)據(jù)個數(shù)測試集數(shù)據(jù)個數(shù)錯誤個數(shù)13203040506070809060000107城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)：熱網(wǎng)在線仿真與優(yōu)化控制軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超大規(guī)模熱網(wǎng)的自動建模（讀取并解）；快速水力工況分析與優(yōu)化；熱網(wǎng)阻抗在線辨識與實(shí)時優(yōu)化調(diào)度；TENSOK：ThermalEnerNetworkSimulation&OtimizationTENSOK：ThermalEnerNetworkSimulation&OtimizationGUI層熱網(wǎng)調(diào)度模式控制組件優(yōu)化計算執(zhí)行引擎熱網(wǎng)動態(tài)優(yōu)化計算庫熱網(wǎng)模型參數(shù)辨識引擎熱網(wǎng)動態(tài)仿真計算庫數(shù)據(jù)庫讀寫組件熱網(wǎng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建組件大規(guī)模稀疏矩陣計算庫模型存儲子系統(tǒng)CAD文件讀取組件SCADA系統(tǒng)TensokTE動態(tài)版 TensokDETensokTE動態(tài)版 TensokDE設(shè)計版TensokBE教育版TensokOBE在線基礎(chǔ)版TensokOTE在線基礎(chǔ)版TensokOTE在線完全版基于所建立的上述理論和技術(shù)體系，自主研發(fā)了Tensok軟件系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于石家莊、天津等城市，大幅提升熱網(wǎng)能效，獲得省部級科技進(jìn)步一等獎。07城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)：樓內(nèi)供暖熱過程在線仿真將狀態(tài)空間系數(shù)矩陣等封裝并輸出到求解器內(nèi)核。結(jié)合建筑構(gòu)造做法信息，生成熱過程仿真的狀態(tài)空間模型。接關(guān)系的房間拓?fù)鋱D。解析為：圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為“邊”的無向建筑.dxf數(shù)據(jù)文件建筑.dxf數(shù)據(jù)文件!!↓↓做法相結(jié)合輸出到仿真計算內(nèi)核輸出到仿真計算內(nèi)核房間拓?fù)?07城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)：樓內(nèi)供暖熱過程在線仿真開始邊界節(jié)點(diǎn) 內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)Room601Room602 Room603數(shù)據(jù)輸入仿真開始時間τ=a結(jié)束時間b時間步長Δτ邊界節(jié)點(diǎn) 內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)Room601Room602 Room603數(shù)據(jù)輸入仿真開始時間τ=a結(jié)束時間b時間步長Δτ氣象參數(shù)Room608Room604RoomRoom608Room604Room605Room609Room610數(shù)據(jù)輸入管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和阻抗參數(shù)SRoom605Room609Room610數(shù)據(jù)輸入管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和阻抗參數(shù)S散熱器的幾何和物性參數(shù)循環(huán)水泵參數(shù)c,c,c和r數(shù)據(jù)更新室外氣象參數(shù)(τ)Room606Room606Room611Room501Room611Room501Room502Room502 Room503Room508氣候補(bǔ)償器Room Room503Room508氣候補(bǔ)償器Room504Room505Room510Room509Room506數(shù)據(jù)更新根據(jù)公式(2-7)、(2-8)和(2-11)Room505Room510Room509Room506數(shù)據(jù)更新根據(jù)公式(2-7)、(2-8)和(2-11)計算各管段的新阻抗值SRoom511Room401Room402Room511Room401Room402供水溫度T Room403Room408數(shù)據(jù)初始化管網(wǎng)中各支路流量GRoom404Room405Room410Room409Room406Room407 Room403Room408數(shù)據(jù)初始化管網(wǎng)中各支路流量GRoom404Room405Room410Room409Room406根據(jù)公式(2-2)計算散熱器內(nèi)水