本发明涉及一种热网供热功率可调节能力的计算与建模方法，属于含多种能源形式的电力系统运行和控制技术领域。本方法基于热网的热动态仿真给出了热网供热功率可调节能力的计算方法，能够更加准确地描述热网灵活性。提出的热网供热功率可调节能力模型，形式简明规范，参数有明确的含义，在实际电力系统中能够得到更广泛的应用。该方法可以应用于电‑热耦合多能流系统的在线运行中，当电力系统的灵活性资源不够时，可以调用热网的灵活性，调节热网供热功率和热电厂的发电功率，有利于应对可再生能源不确定性对电力系统运行的不利影响。
1.一种热网供热功率可调节能力的计算与建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)根据实际热网的设计和运行情况，利用热网仿真软件，建立仿真热动态过程的热网仿真模型，包括：设置热网中设备的参数，建立热网各设备间的拓扑连接关系，设置热网的运行参数，包括热网允许的质量流量范围、热网允许的压力范围、热网定压点的位置和压力值、循环泵的控制模式；
(2)从电网调度中心获取需要热网调节供热功率的开始时刻t1；从供热公司的热网运行规定中获得热网的安全运行约束，包括：热网允许的最高温度Tmax、热网允许的最低温度Tmin，热网允许的最大供热功率Pmax，热网允许的最小供热功率Pmin；从热网调度系统中获得热网的初始运行计划，包括：计划供热功率Ps，计划供热温度Ts，预测热负荷Ls，t1时刻的供热功率Pt1；
(3)设定供热功率的上调阶梯改变量为ΔPup，ΔPup＝(Pmax-Pt1)/5，设定计数器k＝1；
(4)在上述步骤(1)的热网仿真模型中，设置供热功率Pk为计划供热功率Ps，设置供热温度T为计划供热温度Ts，设置热负荷L为预测热负荷Ls，开始仿真计算直到t1时刻，设置热网供热功率为Ps+kΔPup，设置供热温度T可变，对热网温度进行判断，若仿真计算过程中热网温度大于或等于上述步骤(2)的热网允许的最高温度Tmax，则设置供热温度T为热网允许的最高温度Tmax并保持不变，设置供热功率Pk可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于或等于上述步骤(2)的热网允许的最低温度Tmin，则设置供热温度T为热网允许的最低温度Tmin并保持不变，设置供热功率Pk可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于热网允许的最高温度Tmax并且大于热网允许的最低温度Tmin，则设置热网供热功率为Ps+kΔPup，设置供热温度T可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk；
(5)将上述步骤(4)得到的供热功率Pk减去步骤(2)中的计划供热功率Ps，得到供热功率上调节量，以供热功率上调节量为纵坐标，以仿真时间为横坐标得到供热功率上调节量曲线，计算一组描述供热功率上调能力的参数Ωup,k，Ωup,k包括供热功率上调容量、供热功率上调速率和供热功率上调持续时间，其中，将供热功率上调节量的最大绝对值作为供热功率上调容量，将供热功率上调节量的最大绝对值÷供热功率上调节量从0到达最大绝对值所需的时间作为供热功率上调速率，将供热功率上调节量的最大绝对值所持续的时间作为供热功率上调持续时间，使计数器k加1，重复上述步骤(4)和步骤(5)，直到供热功率上调容量、供热功率上调速率和供热功率上调持续时间保持不变；
(6)根据重复执行步骤(5)得到的所有描述供热功率上调能力的参数Ωup,k，构成一个集合，即为热网供热功率上调能力模型；
(7)设定供热功率的下调阶梯改变量ΔPdown，ΔPdown＝(Pt1-Pmin)/5，重新设定计数器k＝
(8)在上述步骤(1)的热网仿真模型中，设置供热功率Pk为计划供热功率Ps，设置供热温度T为计划供热温度Ts，设置热负荷L为预测热负荷Ls，开始仿真计算直到t1时刻，设置热网供热功率为Ps-kΔPdown，设置供热温度T可变，对热网温度进行判断，若仿真计算过程中热网温度大于或等于上述步骤(2)的热网允许的最高温度Tmax，则设置供热温度T为热网允许的最高温度Tmax并保持不变，设置供热功率Pk可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于或等于上述步骤(2)的热网允许的最低温度Tmin，则设置供热温度T为热网允许的最低温度Tmin并保持不变，设置供热功率Pk可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于热网允许的最高温度Tmax并且大于热网允许的最低温度Tmin，则设置热网供热功率为Ps-kΔPdown，设置供热温度T可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk；
(9)将上述步骤(8)得到的供热功率Pk减去步骤(2)中的计划供热功率Ps，得到供热功率下调节量，以供热功率下调节量为纵坐标，以仿真时间为横坐标得到供热功率下调节量曲线，计算一组描述供热功率下调能力的参数Ωdown,k，Ωdown,k包括供热功率下调容量、供热功率下调速率和供热功率下调持续时间，其中，将供热功率下调节量的最大绝对值作为供热功率下调容量，将供热功率下调节量的最大绝对值÷供热功率下调节量从0到达最大绝对值所需的时间作为供热功率下调速率，将供热功率下调节量的最大绝对值所持续的时间作为供热功率下调持续时间，使计数器k加1，重复上述步骤(8)和步骤(9)，直到供热功率下调容量、供热功率下调速率和供热功率下调持续时间保持不变；
(10)根据重复执行步骤(9)得到的所有描述供热功率下调能力的参数Ωdown,k，构成一个集合，即为热网供热功率下调能力模型；
(11)根据上述步骤(6)得到的热网供热功率上调能力模型和上述步骤(10)得到的热网供热功率下调能力模型，组合得到热网供热功率可调节能力模型。
一种热网供热功率可调节能力的计算与建模方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种热网供热功率可调节能力的计算与建模方法，属于含多种能源形式的电力系统运行和控制技术领域。
背景技术
[0002] 随着化石能源的消耗以及环境问题的突出，可再生能源在近年来得到了快速的发展。但是许多可再生能源受限于自然条件，其电出力具有很强的随机性与波动性，尤其是风力发电和光伏发电的可预测性很差。由于电网要求实时的电力平衡，大量不确定的可再生能源给电网的安全稳定运行带来了极大的挑战，导致大量弃风弃光的出现。同时传统火力发电将会逐渐减少，导致传统的可调控资源也逐渐减少。因此亟需要寻找新的可调控资源，增强电网调控的灵活性。
[0003] 在能源互联网的发展中，多能流是其重要特征。多能流打破传统不同能源独立管理的现状，实现不同能源形式之间的协同，可以带来许多效益。在我国，尤其是在北方地区，越来越多的热电联产机组、热泵、电锅炉等耦合设备客观上增强了电-热之间的互联，促进了电-热耦合多能流系统的发展。供热系统具有极大的热惯性，可以在一定时间内改变供热功率同时对热负荷影响较小，因此能够改变对应的发电或者电负荷，从而为电网运行提供可观的灵活性资源。
[0004] 在供热系统中，供热管网(简称热网)由于覆盖面积大，其温度传输具有很大的时延，具备很大的热惯性，因此能够提供很多的灵活性。相比于新建储热、热泵等设备，利用现有热网无需新建大量的新设备，因此能够大幅降低建设成本。但目前利用热网灵活性改善电网运行的实例还比较少，已有的实例也都使用较为简单粗糙的方法，不能够很好的挖掘热网灵活性的潜力，其原因之一就是缺乏定量的热网供热功率可调节能力的计算方法以及合适的模型。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为克服已有技术的缺点，提出一种热网供热功率可调节能力的计算与建模方法，基于热网动态仿真定量评估热网供热功率可调节能力，建立热网灵活性的模型。
[0006] 本发明提出的热网供热功率可调节能力的计算与建模方法，包括以下步骤：
[0007] (1)根据实际热网的设计和运行情况，利用热网仿真软件，建立仿真热动态过程的热网仿真模型，包括：设置热网中设备的参数，建立热网各设备间的拓扑连接关系，设置热网的运行参数，包括热网允许的质量流量范围、热网允许的压力范围、热网定压点的位置和压力值、循环泵的控制模式；
[0008] (2)从电网调度中心获取需要热网调节供热功率的开始时刻t1；从供热公司的热网运行规定中获得热网的安全运行约束，包括：热网允许的最高温度Tmax、热网允许的最低温度Tmin，热网允许的最大供热功率Pmax，热网允许的最小供热功率Pmin；从热网调度系统中获得热网的初始运行计划，包括：计划供热功率Ps，计划供热温度Ts，预测热负荷Ls，t1时刻的供热功率Pt1；
[0009] (3)设定供热功率的上调阶梯改变量为ΔPup，ΔPup＝(Pmax-Pt1)/5，设定计数器k＝1；
[0010] (4)在上述步骤(1)的热网仿真模型中，设置供热功率P为计划供热功率Ps，设置供热温度T为计划供热温度Ts，设置热负荷L为预测热负荷Ls，开始仿真计算直到t1时刻，设置热网供热功率P＝Ps+kΔPup，设置供热温度T可变，对热网温度进行判断，若仿真计算过程中热网温度大于或等于上述步骤(2)的热网允许的最高温度Tmax，则设置供热温度T为热网允许的最高温度Tmax并保持不变，设置供热功率P可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于或等于上述步骤(2)的热网允许的最低温度Tmin，则设置供热温度T为热网允许的最低温度Tmin并保持不变，设置供热功率P可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于热网允许的最高温度Tmax并且大于热网允许的最低温度Tmin，则设置热网供热功率P＝Ps+kΔPup，设置供热温度T可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk；
[0011] (5)将上述步骤(4)得到的供热功率Pk减去步骤(2)中的计划供热功率Ps，得到供热功率上调节量，以供热功率上调节量为纵坐标，以仿真时间为横坐标得到供热功率上调节量曲线，计算一组描述供热功率上调能力的参数Ωup,k，Ωup,k包括供热功率上调容量、供热功率上调速率和供热功率上调持续时间，其中，将供热功率上调节量的最大绝对值作为供热功率上调容量，将供热功率上调节量的最大绝对值÷供热功率上调节量从0到达最大绝对值所需的时间作为供热功率上调速率，将供热功率上调节量的最大绝对值所持续的时间作为供热功率上调持续时间，使计数器k加1，重复上述步骤(4)和步骤(5)，直到供热功率上调容量、供热功率上调速率和供热功率上调持续时间保持不变；
[0012] (6)根据重复执行步骤(5)得到的所有描述供热功率上调能力的参数Ωup,k，构成一个集合，即为热网供热功率上调能力模型；
[0013] (7)设定供热功率的下调阶梯改变量ΔPdown，ΔPdown＝(Pt1-Pmin)/5，重新设定计数器k＝1；
[0014] (8)在上述步骤(1)的热网仿真模型中，设置供热功率P为计划供热功率Ps，设置供热温度T为计划供热温度Ts，设置热负荷L为预测热负荷Ls，开始仿真计算直到t1时刻，设置热网供热功率P＝Ps-kΔPdown，设置供热温度T可变，对热网温度进行判断，若仿真计算过程中热网温度大于或等于上述步骤(2)的热网允许的最高温度Tmax，则设置供热温度T为热网允许的最高温度Tmax并保持不变，设置供热功率P可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于或等于上述步骤(2)的热网允许的最低温度Tmin，则设置供热温度T为热网允许的最低温度Tmin并保持不变，设置供热功率P可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于热网允许的最高温度Tmax并且大于热网允许的最低温度Tmin，则设置热网供热功率P＝Ps-kΔPdown，设置供热温度T可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk；
[0015] (9)将上述步骤(8)得到的供热功率Pk减去步骤(2)中的计划供热功率Ps，得到供热功率下调节量，以供热功率下调节量为纵坐标，以仿真时间为横坐标得到供热功率下调节量曲线，计算一组描述供热功率下调能力的参数Ωdown,k，Ωdown,k包括供热功率下调容量、供热功率下调速率和供热功率下调持续时间，其中，将供热功率下调节量的最大绝对值作为供热功率下调容量，将供热功率下调节量的最大绝对值÷供热功率下调节量从0到达最大绝对值所需的时间作为供热功率下调速率，将供热功率下调节量的最大绝对值所持续的时间作为供热功率下调持续时间，使计数器k加1，重复上述步骤(8)和步骤(9)，直到供热功率下调容量、供热功率下调速率和供热功率下调持续时间保持不变；
[0016] (10)根据重复执行步骤(9)得到的所有描述供热功率下调能力的参数Ωdown,k，构成一个集合，即为热网供热功率下调能力模型；
[0017] (11)根据上述步骤(6)得到的热网供热功率上调能力模型和上述步骤(10)得到的热网供热功率下调能力模型，组合得到热网供热功率可调节能力模型。
[0018] 本发明提出的热网供热功率可调节能力的计算与建模方法，其特点和优点是：
[0019] 本方法基于热网的热动态仿真给出了热网供热功率可调节能力的计算方法，能够更加准确地描述热网灵活性。提出的热网供热功率可调节能力模型，形式简明规范，参数有明确的含义，在实际电力系统中能够得到更广泛的应用。该方法可以应用于电-热耦合多能流系统的在线运行中，当电力系统的灵活性资源不够时，可以调用热网的灵活性，调节热网供热功率和热电厂的发电功率，有利于应对可再生能源不确定性对电力系统运行的不利影响。
附图说明
[0020] 图1是本发明方法中涉及的电网、热网关系示意图。
[0021] 图2是本发明方法中涉及的供热功率上调节量曲线示意图。
[0022] 图3是本发明方法中涉及的供热功率下调节量曲线示意图。
具体实施方式
[0023] 本发明提出的热网供热功率可调节能力的计算与建模方法，该方法中涉及的电网、热网之间的关系如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0024] (1)根据实际热网的设计和运行情况，利用热网仿真软件，建立仿真热动态过程的热网仿真模型，包括：设置热网中设备的参数，建立热网各设备间的拓扑连接关系，设置热网的运行参数，包括热网允许的质量流量范围、热网允许的压力范围、热网定压点的位置和压力值、循环泵的控制模式；
[0025] (2)从电网调度中心获取需要热网调节供热功率的开始时刻t1；从供热公司的热网运行规定中获得热网的安全运行约束，包括：热网允许的最高温度Tmax、热网允许的最低温度Tmin，热网允许的最大供热功率Pmax，热网允许的最小供热功率Pmin；从热网调度系统中获得热网的初始运行计划，包括：计划供热功率Ps，计划供热温度Ts，预测热负荷Ls，t1时刻的供热功率Pt1；
[0026] (3)设定供热功率的上调阶梯改变量为ΔPup，ΔPup＝(Pmax-Pt1)/5，设定计数器k＝1；
[0027] (4)在上述步骤(1)的热网仿真模型中，设置供热功率P为计划供热功率Ps，设置供热温度T为计划供热温度Ts，设置热负荷L为预测热负荷Ls，开始仿真计算直到t1时刻，设置热网供热功率P＝Ps+kΔPup，设置供热温度T可变，对热网温度进行判断，若仿真计算过程中热网温度大于或等于上述步骤(2)的热网允许的最高温度Tmax，则设置供热温度T为热网允许的最高温度Tmax并保持不变，设置供热功率P可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于或等于上述步骤(2)的热网允许的最低温度Tmin，则设置供热温度T为热网允许的最低温度Tmin并保持不变，设置供热功率P可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于热网允许的最高温度Tmax并且大于热网允许的最低温度Tmin，则设置热网供热功率P＝Ps+kΔPup，设置供热温度T可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk；
[0028] (5)将上述步骤(4)得到的供热功率Pk减去步骤(2)中的计划供热功率Ps，得到供热功率上调节量，以供热功率上调节量为纵坐标，以仿真时间为横坐标得到供热功率上调节量曲线，如图2所示，图2中横坐标为仿真时间，纵坐标为供热功率，定义图2中阴影部分为供热功率上调能力，计算一组描述供热功率上调能力的参数Ωup,k，Ωup,k包括供热功率上调容量、供热功率上调速率和供热功率上调持续时间，其中，将供热功率上调节量的最大绝对值作为供热功率上调容量，将供热功率上调节量的最大绝对值÷供热功率上调节量从0到达最大绝对值所需的时间作为供热功率上调速率，将供热功率上调节量的最大绝对值所持续的时间作为供热功率上调持续时间，使计数器k加1，重复上述步骤(4)和步骤(5)，直到供热功率上调容量、供热功率上调速率和供热功率上调持续时间保持不变；
[0029] (6)根据重复执行步骤(5)得到的所有描述供热功率上调能力的参数Ωup,k，构成一个集合，即为热网供热功率上调能力模型；
[0030] (7)设定供热功率的下调阶梯改变量ΔPdown，ΔPdown＝(Pt1-Pmin)/5，重新设定计数器k＝1；
[0031] (8)在上述步骤(1)的热网仿真模型中，设置供热功率P为计划供热功率Ps，设置供热温度T为计划供热温度Ts，设置热负荷L为预测热负荷Ls，开始仿真计算直到t1时刻，设置热网供热功率P＝Ps-kΔPdown，设置供热温度T可变，对热网温度进行判断，若仿真计算过程中热网温度大于或等于上述步骤(2)的热网允许的最高温度Tmax，则设置供热温度T为热网允许的最高温度Tmax并保持不变，设置供热功率P可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于或等于上述步骤(2)的热网允许的最低温度Tmin，则设置供热温度T为热网允许的最低温度Tmin并保持不变，设置供热功率P可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk，若仿真计算过程中热网温度小于热网允许的最高温度Tmax并且大于热网允许的最低温度Tmin，则设置热网供热功率P＝Ps-kΔPdown，设置供热温度T可变，继续仿真计算直到结束，得到供热功率Pk；
[0032] (9)将上述步骤(8)得到的供热功率Pk减去步骤(2)中的计划供热功率Ps，得到供热功率下调节量，以供热功率下调节量为纵坐标，以仿真时间为横坐标得到供热功率下调节量曲线，如图3所示，图3中横坐标为仿真时间，纵坐标为供热功率，图3中的阴影部分代表了供热功率下调能力，计算一组描述供热功率下调能力的参数Ωdown,k，Ωdown,k包括供热功率下调容量、供热功率下调速率和供热功率下调持续时间，其中，将供热功率下调节量的最大绝对值作为供热功率下调容量，将供热功率下调节量的最大绝对值÷供热功率下调节量从0到达最大绝对值所需的时间作为供热功率下调速率，将供热功率下调节量的最大绝对值所持续的时间作为供热功率下调持续时间，使计数器k加1，重复上述步骤(8)和步骤(9)，直到供热功率下调容量、供热功率下调速率和供热功率下调持续时间保持不变；
[0033] (10)根据重复执行步骤(9)得到的所有描述供热功率下调能力的参数Ωdown,k，构成一个集合，即为热网供热功率下调能力模型；
[0034] (11)根据上述步骤(6)得到的热网供热功率上调能力模型和上述步骤(10)得到的热网供热功率下调能力模型，组合得到热网供热功率可调节能力模型。
