集中供热网络生产调度的日前滚动排产方法及相关设备与流程

本发明属于集中供热网络调度，具体涉及了集中供热网络生产调度的日前滚动排产方法及相关设备。

背景技术：

1、在集中供热网络的智慧化转型过程中，依据室外气象变化制定热源侧的日前供热排产计划并联动主泵组进行频率控制，是保障供热需求与实现生产节能降碳的常规手段。目前，行业内普遍采用的排产计划制定方式主要依赖于调度人员的综合经验，或者基于固定的静态气候补偿曲线实施宏观层面的调度指令下发。同时，在面对供热管网中复杂的水力工况和热量输送需求时，为了防范热源端排产计划在出现大变幅切换时激发的管网水锤效应，主流的控制策略通常是在热网的下游硬件侧，借助就地边缘网关强制执行机械控速，或者对下发的控制指令进行二次剪裁操作，以此来实现管网流体和底层执行机构的物理安全防护。

2、然而，上述现有技术在实际运行中存在显著的局限性。首先，基于静态曲线或人工经验的调度模式，无法量化气象剧烈波动所引发的用户侧非稳态散热机理，导致末端热负荷预测精度不足。其次，热媒在长距离输配管网中的流动存在动态变化的小时级传输时滞，由于缺乏在线的精准时滞反解手段，热源端点火提温的时间节点与末端实际用热需求往往产生严重的时空错位，容易引发供热区域周期性的大面积过供或欠供。此外，在下游硬件侧强制进行机械控速或指令剪裁这种“下游打补丁”的管控逻辑，不仅大幅增加了分布式网关的通信与计算功耗，而且在应对排产指令剧变时，频繁的机械顿挫调节会加速电动阀门与大功率泵组等物理资产的疲劳损耗，严重制约了供热系统全局层面的长期平稳高效运行。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供集中供热网络生产调度的日前滚动排产方法及相关设备，用于解决现有集中供热系统基于静态经验调度导致负荷预测精度差、长输管网动态时滞引发供需时空错位，以及在下游硬件侧强制进行指令剪裁防范水锤现象而加剧阀门泵组等机械设备磨损的技术问题。

2、本发明的目的是由以下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种集中供热网络生产调度的日前滚动排产方法，包括：

4、获取目标时间段内的预测气象数据，将所述预测气象数据输入预设的建筑热力学模型，计算目标供热网络中各个换热站节点的非稳态按需负荷预测序列；

5、获取所述目标供热网络的主干分支实时流速，根据所述主干分支实时流速进行特征线积分，计算热媒到达所述各个换热站节点的动态传输时滞；

6、根据所述动态传输时滞，将所述各个换热站节点的所述非稳态按需负荷预测序列在时间轴上进行逆向时间平移并叠加，生成初始热源排产序列；

7、构建多目标寻优函数以及储热约束条件，所述多目标寻优函数包含用于对相邻时间步长排产差值进行限幅的阶梯衰减惩罚算子，所述储热约束条件包含基于管网流体物理属性构建的虚拟储热状态转移方程；

8、将所述初始热源排产序列输入所述多目标寻优函数和所述储热约束条件进行闭环解算，生成平滑热源排产控制序列；

9、将所述平滑热源排产控制序列下发至源端执行机构进行供热操作。

10、作为本发明的进一步改进，所述预测气象数据包括室外环境温度预测时序与太阳辐射热通量，所述建筑热力学模型为室内空气与外墙体一阶热阻-热容能量守恒模型；

11、基于所述建筑热力学模型计算所述非稳态按需负荷预测序列中的日前第小时，第个分支建筑所需的热负荷预测值的公式为：

12、

13、式中，为设定室内温度常数；为第j栋建筑内表面到墙体核心层之间的等效传热热阻；为预设的外墙体传热热阻；为第j栋建筑外墙体结构的多孔介质等效物理热容；为排产计算步长；为建筑外窗的太阳辐射综合透射热吸收率系数；为第j栋建筑朝阳面玻璃窗的等效有效受热面积。

14、作为本发明的进一步改进，根据所述主干分支实时流速进行特征线积分，计算热媒到达所述各个换热站节点的动态传输时滞，具体通过以下隐式积分方程求得第j个换热站对应的动态传输时滞：

15、

16、式中，表示在时刻、管道轴向位置处的流体瞬态轴向流速，该流体瞬态轴向流速基于所述主干分支实时流速确定；表示从热源首站到第j个换热站的轴向物理距离。

17、作为本发明的进一步改进，所述根据所述动态传输时滞，将所述各个换热站节点的所述非稳态按需负荷预测序列在时间轴上进行逆向时间平移并叠加，生成初始热源排产序列，包括：

18、结合流体物性参数与管道属性，计算热源首站在时刻向管网注入的供热功率：

19、

20、利用变时滞转移矩阵将各个换热站对应的所述供热功率进行时间对齐并叠加，生成所述初始热源排产序列在时刻的总功率：

21、

22、式中，为所述非稳态按需负荷预测序列中的日前第小时，第个分支建筑所需的热负荷预测值，为网热媒水的实际工作温度密度，为克罗内克狄拉克函数算子，为网长输管道的保温层综合非稳态传热系数，为水的定压比热容，为网输配主干干线的公称内径，为在时刻、管道轴向位置处的流体瞬态轴向流速。

23、作为本发明的进一步改进，所述阶梯衰减惩罚算子为四阶高阶阶梯增量衰减算子，所述多目标寻优函数的具体公式构建如下：

24、

25、其中为排产序列中第小时的热源首站制热功率排产值；为所述初始热源排产序列在第小时的总功率；为热源锅炉非线性燃烧能耗映射函数；为热源设备允许的最大非稳态小时爬坡功率变幅阈值；为预设的加权平衡系数；为所述四阶高阶阶梯增量衰减算子。

26、作为本发明的进一步改进，所述储热约束条件为：

27、

28、其中，为热源单体允许的最大安全滑坡速率硬红线阈值；为第小时管网内部流体的虚拟储热能量值；为第小时管网末端传导回源端的真实即时吸热功率之和；为管网最大安全蓄热容量天花板阈值。

29、作为本发明的进一步改进，所述将所述初始热源排产序列输入所述多目标寻优函数和所述储热约束条件进行闭环解算，生成平滑热源排产控制序列，包括：

30、利用序列二次规划sqp算法，在约束条件限定的解空间内，对所述多目标寻优函数在目标时间时域内进行闭环迭代计算，输出使目标函数达到最小值的功率序列作为所述平滑热源排产控制序列。

31、第二方面，本发明提供了一种集中供热网络生产调度的日前滚动排产系统，包括：

32、负荷预测模块，用于获取目标时间段内的预测气象数据，将所述预测气象数据输入预设的建筑热力学模型，计算目标供热网络中各个换热站节点的非稳态按需负荷预测序列；

33、时滞对齐模块，用于接收所述非稳态按需负荷预测序列；获取所述目标供热网络的主干分支实时流速，根据所述主干分支实时流速进行特征线积分，计算热媒到达所述各个换热站节点的动态传输时滞；根据所述动态传输时滞，将所述非稳态按需负荷预测序列在时间轴上进行逆向时间平移并叠加，生成初始热源排产序列；

34、优化平滑模块，用于接收所述初始热源排产序列；构建多目标寻优函数以及储热约束条件，所述多目标寻优函数包含用于对相邻时间步长排产差值进行限幅的阶梯衰减惩罚算子，所述储热约束条件包含基于管网流体物理属性构建的虚拟储热状态转移方程；将所述初始热源排产序列输入所述多目标寻优函数和所述储热约束条件进行闭环解算，生成平滑热源排产控制序列；

35、执行控制模块，用于接收所述平滑热源排产控制序列，并将所述平滑热源排产控制序列下发至源端执行机构进行供热操作。

36、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：处理器和计算机可读存储介质；

37、处理器，适于执行计算机程序；

38、计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述的集中供热网络生产调度的日前滚动排产方法。

39、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于被处理器加载并执行如上述的集中供热网络生产调度的日前滚动排产方法。

40、本发明的有益效果在于：本发明提供了一种集中供热网络生产调度的日前滚动排产方法，通过将预测气象数据输入预设的建筑热力学模型计算非稳态按需负荷预测序列，量化了室外环境影响下的荷侧非稳态散热机理，克服了静态气候补偿曲线的盲调局限，明确了精准用热需求；通过采集主干分支实时流速进行特征线积分计算动态传输时滞，以及在时间轴上逆向时间平移叠加生成初始排产序列，精确排除了流体在长距离管网中输运造成的延迟影响，使热源供给节点与终端消耗节点实现高度的时间轴对齐；通过在多目标寻优函数中注入阶梯衰减惩罚算子，当相邻时间步长负荷差值过大时即通过数学模型强制实施能量变幅限流，避免了尖峰阶跃指令的生成；利用基于管网流体物理属性构建的虚拟储热状态转移方程作为约束条件进行闭环解算，能够主动将管网流体体积转为弹性蓄热体，提前下发渐进式热功率指令实现管网预先充能。各技术特征协同互补，将指令平滑过程完全上提至计算源端处理，生成平滑且无尖峰跳变的柔性排产控制序列直接下发，不仅彻底免除了下游边缘网关实施机械控速所产生的二次计算开销与网络延迟，更使底层执行机构能够在自身物理安全红线内实现无扰动纯机械执行，从根源消除了突发流量变化激发管网水锤的灾害隐患，同时极大地延缓了管网系统中电动阀门与大功率泵组的疲劳折损周期。