1.本发明涉及区域供暖系统及热网潮流获取领域，特别是涉及一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法。
背景技术：2.面对日益严峻的能源危机和环境问题，第四代(4g)区域供暖系统凭借着其低温低耗，节能环保的优势受到广泛的研究。但随着越来越多的用户参与到4g区域供暖系统进行交易，热网系统的建模和潮流计算成为了一个重点研究问题。4g区域供热系统具有供水管和回水管两根管道，热量通过水为媒介供水管输送，到达用户端时通过热交换机进行充分的热交换，从而为用户端提供热量，再通过回水管将水输送回热源。
3.传统获取热网潮流需要首先得到所有用户的信息，之后在统一的计算中心进行计算。但随着更多的用户在4g热网内进行交易，巨大的信息通讯量和数据使得计算难度和成本大幅度增加，而且不利于对用户隐私的保护。d.chen等人提出了一种有向节点势能的方法用于降低热网潮流计算的复杂性，从而达到加快计算速度和效率。但该方法无法对参与区域供暖系统中产消者和热网运营商的隐私得到保护(chen d,li y,abbas z,li d,wang r.network flow calculation based on the directional nodal potential method for meshed heating networks[j].energy,2022,243:122729.)。
技术实现要素：[0004]
本发明提出的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，首先根据4g区域供热系统的热能双向流动等特点实现对热网潮流模型的准确建模。由于4g区域热网是工质分式调控，传统的集中式热网潮流获取方法收到局限。因此本发明采用分布式方法获取热网潮流的具体信息，该方法只需各产消者已知所在区域局部的热网信息，并通过与相邻的产消者通信得以实现，从而保护各产消者和热网运营商的信息隐私。因此，本发明的方法不仅通过分布式计算提高计算速度和计算效率，还保护用户和热网运营商的信息隐私，具有实际的工程意义。
[0005]
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
[0006]
一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，包括以下步骤：
[0007]
1)构造4g区域供暖系统的产消者状态模型；
[0008]
2)构造4g区域供暖系统的管道流量模型，所述管道流量模型包括流过每个产消者的热交换机的流量和供水管道中的流量；
[0009]
3)构造4g区域供暖系统的管道水温变化模型，所述管道水温变化模型包括热量传输过程中温度的损耗和热交换机实际需要抽取或注入的热量；
[0010]
4)构造4g区域供暖系统的节点温度混合模型，节点温度混合模型包括供水管的混合水温和回水管的混合水温；
[0011]
5)通过分布式方法获取4g区域供暖系统的热网潮流。
[0012]
进一步的，所述步骤1)中4g区域供暖系统的产消者状态模型包括：
[0013]
根据产消者之间该时刻的交易情况，每个产消者预计注入热网或从热网吸收的能量为：
[0014][0015]
式中：h
ij,t
为在t时刻产消者i流向产消者j的热量，h
ji,t
为在t时刻产消者j流向产消者i的热量，为与产消者i相邻的产消者组成的集合；若即代表产消者i在在t时刻为热源，反之若即代表着产消者i在t时刻为热载。
[0016]
进一步的，所述步骤2)构造4g区域供暖系统的管道流量模型包括：
[0017]
在4g区域供暖系统模型中，通过每个产消者i的热交换机的流量如下：
[0018][0019]
式中：为在产消者i在t时刻作为热源时其热交换机从回水管吸收的水量，为在t时刻产消者i作为热载时其热交换机从供水管吸收的水量，c
p
为水的比热容，为在t时刻每个产消者预计注入热网或从热网吸收的能量；ts
nom
为供水管的额定初始温度，tr
nom
为回水管的额定初始温度；
[0020]
供水管道中的流量通过下式计算：
[0021][0022]
其中是在t时刻供水管道(i,j)之间的流量组成的向量，且i＜j，回水管的流量与供水管流量的关系为量与供水管流量的关系为是通过每个产消者热交换机的流量组成的向量，关联矩阵a的定义为：
[0023][0024]
式中：为产消者之间的关联矩阵、为产消者i的供水管节点、为产消者j的回水管节点。
[0025]
进一步的，所述步骤3)中构造4g区域供暖系统的热量传输过程中温度的损耗包括：
[0026]
当热量通过供水管从产消者i的供水管节点输送到产消者供水管节点在热交换机抽取完热量后再从产消者i的回水管节点i送回产消者j的回水管节点j，在传输过程中温度的损耗为：
[0027]
[0028][0029]
式中：te
t
为环境温度，λb为管道的粗糙系数，l
ij
为管道的长度，c
p
为水的比热容，为在t时刻产消者i供水管的出水温度，t
outj,t
为在t时刻产消者j回水管的出水温度，为在t时刻产消者i从供水管出水由于损耗到达产消者j供水管节点的水温，同理t
ji,t
为在t时刻从产消者j的回水管出水由于损耗到达产消者j回水管节点的水温；为t时刻产消者i通过供水管流向产消者j的流量，同理m
ji,t
为t时刻产消者j通过回水管流向产消者i的流量。
[0030]
进一步的，所述步骤3)中构造4g区域供暖系统的热交换机实际需要抽取或注入的热量包括：
[0031]
当产消者i为热载时，其热交换机从供水管吸收量的水，并从中抽取的热量，因此注入回水管的水温为：
[0032][0033]
式中：为在t时刻产消者i作为热载时热交换机从供水管吸收的水量，为在t时刻产消者i预计注入热网或从热网吸收的能量，在t时刻代表产消者i供水管的出水温度，ts
nom
为供水管的额定初始温度，tr
nom
为回水管的额定初始温度；
[0034]
当产消者i为热源时，其供水管在t时刻出水温度应为ts
nom
；热交换机从回水管吸收量的水，加热后将其注入到供水管，在t时刻热交换机实际需要注入的热量为：
[0035][0036]
式中：代表产消者i为热源时其热交换机从回水管吸收的热量，t
outi,t
代表产消者i回水管的出水温度。
[0037]
进一步的，所述步骤4)构造4g区域供暖系统的节点温度混合模型包括：
[0038]
供水管的混合水温满足：
[0039][0040]
式中：c
p
为水的比热容，为在t时刻产消者i供水管的出水温度，代表与产消者i供水管节点相邻的产消者所组成的集合，i代表产消者i的回水管节点，代表在t时刻流向产消者i的供水管节点的流量，代表在t时刻流出产消者i的供水管节点的流量，为在t时刻到达产消者i供水管节点的水温；
[0041]
回水管的混合水温满足：
[0042]
[0043]
式中：代表与产消者i回水管节点相邻的产消者所组成的集合，代表产消者i的供水管节点、m
ji,t
代表在t时刻流向产消者i的回水管节点的流量，t
ji,t
代表在t时刻到达产消者i回水管节点的水温，t
outi,t
为在t时刻产消者i回水管的出水温度，m
ji,t
代表在t时刻流向产消者i的回水管节点的流量，m
ij,t
代表在t时刻流出产消者i的供水管节点的流量；
[0044]
其中，符号函数sign(m
ij,t
)定义为
[0045][0046]
当sign(m
ij,t
)＝1，m
ij,t
＞0代表在t时刻水流从产消者i流向产消者j。
[0047]
进一步的，获取当前4g供暖区域供暖系统的热网潮流，管道流量的获取和节点混合温度的获取均由自身节点和相邻节点的未知量进行表征，利用此特征，使用分布式方法对道流量和节点混合温度进行序贯求解，从而获取此时的热网潮流；
[0048]
收敛解中包括4g热网潮流的管道流量信息和节点混合温度信息，根据收敛解，得到各时段内各节点各时刻管道的流量信息、供水管和回水管的出水温度。
[0049]
进一步的，步骤5)中，使用分布式方法对道流量和节点混合温度进行序贯求解，从而获取4g区域供暖系统的热网潮流；
[0050]
所述分布式方法获取热网潮流为：分布式求解如下的一个线性方程组
[0051]
ax＝b
[0052]
且每个智能主体i根据管道流量和节点混合温度方程组获取对应行的ai和bi；首先根据下式初始化xi(1)
[0053]ai
x(1)＝bi[0054]
则相邻的产消者进行通信交换必要的信息，并通过下述迭代公式快速收敛到线性方程组的最优解：
[0055][0056]
式中：为与智能主体i相邻的智能主体的数目，x为待求解的未知数，a为待求解的未知数x的系数方程，b为线性方程组的常数项；pi定义为其中i为单位矩阵，ai为智能主体i自己对应行的；bi为线性方程组的常数项；t为迭代次数，xi(t)为智能主体i第t次迭代的待求解变量的值，xj(t)为与智能主体i相邻的智能主体在第t次迭代的待求解未知数的值，当足够小时，线性方程组基本收敛到最优解。
[0057]
进一步的，步骤5)中，使用所述的分布式方法对供水管道中的流量进行求解，产消者i获取矩阵a和的第i行的数据，即ai和产消者i保留一个本地副本其中k代表的是迭代次数，对每个产消者本地副本进行初始化，满足下式：
[0058][0059]
初始化后通过下面的迭代公式分布式的获取热网的流量状态：
[0060][0061]
式中：pi定义为i为单位矩阵，为第k次迭代产消者i的保留的本地副本的值，为第k次迭代，当足够小，管道流量收敛到最优解。
[0062]
进一步的，步骤5)中，使用分布式方法对供回水管节点混合温度进行求解：
[0063]
每个产消者的供回水管温度混合的方程，4g热网节点混合水温通过求解下式获取：
[0064]
bt
out n,t
＝c
[0065]
式中：为在t时刻各节点供水管和回水管出水温度组成的向量，其中代表产消者n在t时刻供水管节点的出水温度，t
outn,t
代表产消者n在t时刻回水管节点的出水温度，矩阵b为待求解t
out n,t
的系数矩阵，c为方程中常数组成的向量；
[0066]
产消者i获取在t时刻其相邻产消者流入产消者i供水管节点的流量到达产消者i供水管节点的水温产消者i供水管的出水温度相邻产消者流入产消者i回水管节点的流量m
ji,t
、到达产消者i回水管节点的水温t
ji,t
和产消者i回水管的出水温度t
outi,t
；每个产消者保留一个本地副本k表示迭代次数；对初始化如下：
[0067][0068]
其中bi为该产消者i已知的对应第i行的系数，ci和常数向量的第i行；
[0069]
初始化后通过下面的迭代公式分布式的获取热网的流量状态：
[0070][0071]
式中：为4g区域供暖系统中产消者的数目，i为单位矩阵，当小于0.01时，则供水管回水管和出水温度收敛到最优解。
[0072]
相对于现有技术，本发明的一种第四代区域供暖系统热网潮流的获取方法具有如下有益效果：
[0073]
(1)通过分布式算法加快计算效率和计算速度，并且保护产消者和热网运营商的隐私。
[0074]
(2)具有较好的可拓展性，本发明的方法可以适应产消者不断地加入区域供暖系统。
附图说明
[0075]
图1为本实施获取热网潮流的流程图；
[0076]
图2为本发明的第四代区域供暖系统示意图；
[0077]
图3为本发明某产消者内部的结构图；
[0078]
图4为本实例具体实施中四个产消者拓扑结构示意图。
具体实施方式
[0079]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下结合附图并举实施例对本发明作进一步详细描述。
[0080]
实施例1
[0081]
如图1所示，本实例以4节点的多产消者场景作为仿真对象来具体说明本发明提供的4g区域供暖系统的热网潮流分布式获取方法，其网络拓扑结构如图4所示，具体步骤如下：
[0082]
步骤s110、获取热网系统的网络数据和交易信息，包括：热网总节点数目、每根管道长度l
ij
、产消者i的热源或负载管道的粗糙系数λb。
[0083]
热网的总节点数目为4个产消者；管道长度l
12
＝3200m，l
23
＝3600m和l
34
＝3600m；管道的粗糙系数λb＝0.0003。本实施例获取的产消者如表1所示。
[0084]
表1热网4节点系统24时刻热源、热载数据信息
[0085]
时段/h产消者1产消者2产消者3产消者40-1160.89-160.87278.74-278.761-2160.88-160.87278.76-278.762-3160.84-160.84278.75-278.763-4160.88-160.87278.75-278.764-5161.13-157.44275.08-278.765-6161.17-150.91269.43-279.686-7287.14-345.27335.13-277.017-8315.65-370.26307.47-252.868-9335.79-395.27287.30-227.839-10545.46-575.27267.24-237.4310-11518.79-689.95297.21-126.0611-12563.76-630.27322.24-255.7312-13572.08-680.27397.24-289.0513-14551.95-655.27407.23-303.9314-15576.97-630.27282.24-228.9415-16715.00-830.27267.23-151.9616-17631.95-720.27297.24-208.9217-18580.39-650.27312.24-242.3618-19533.81-620.27392.24-305.7819-20552.11-665.27427.24-314.0820-21309.30-410.27440.28-339.31
21-22299.42-375.27385.16-309.3122-23180.05-180.05289.31-289.3123-24161.13-156.19273.82-278.76
[0086]
步骤s120、热网管道流量建模与求解：
[0087]
根据产消者之间该时刻的交易情况，每个产消者t时刻预计注入热网或从热网吸收的能量为：
[0088][0089]
式中：h
ij,t
为产消者i流向产消者j的热量，类似的h
ji,t
为产消者j流向产消者i的热量，为与产消者i相邻的产消者组成的集合。值得注意的是，若代表着t时刻产消者i为热源，反之若代表着t时刻产消者i为热载。
[0090]
在所述4g区域供暖系统模型中，t时刻通过每个产消者i的热交换机的流量如下：
[0091][0092]
式中：为在t时刻产消者i作为热源时热交换机从回水管吸收的水量，为在t时刻产消者i作为热载时热交换机从供水管吸收的水量，c
p
为水的比热容。ts
nom
为供水管的额定初始温度，一般取值为ts
nom
＝50℃-60℃。tr
nom
为回水管的额定初始温度，一般取值大约在tr
nom
＝25℃。
[0093]
可通过所述的热交换机流量模型来进一步得到管道中的流量。以供水管举例，供水管中的流量可以通过下式计算：
[0094][0095]
其中是t时刻供水管道(i,j)之间的流量组成的向量，且i＜j，回水管的流量与供水管流量的关系为供水管流量的关系为是t时刻通过每个产消者热交换机的流量组成的向量。矩阵a的定义为：
[0096][0097]
产消者i可以轻松获取步骤2中矩阵a和的第i行的数据，即ai和产消者i保留一个本地副本其中k代表的是迭代次数。对每个产消者本地副本进行初始化，满足下式：
[0098][0099]
初始化后通过下面的迭代公式分布式的获取热网的流量状态：
[0100][0101]
式中：pi定义为i为单位矩阵，为第k次迭代产消者i的保
留的本地副本的值。为第k次迭代。当足够小，一般取小于0.01时，管道流量收敛到最优解。
[0102]
表2实例1管道流量数据信息
[0103]
时段/hm
12m23m34
0-11.090.001.901-21.090.001.902-31.090.001.903-41.090.001.904-51.100.031.905-61.100.071.906-71.95-0.401.887-82.15-0.371.728-92.28-0.401.559-103.71-0.201.6210-113.53-1.160.8611-123.84-0.451.7412-133.89-0.741.9713-143.75-0.702.0714-153.92-0.361.5615-164.86-0.781.0316-174.30-0.601.4217-183.95-0.481.6518-193.63-0.592.0819-203.76-0.772.1420-212.10-0.692.3121-222.04-0.522.1022-231.220.001.9723-241.100.031.90
[0104]
步骤s130、热网工质温度变化模型建模：
[0105]
当热量通过供水管从产消者输送到产消者在热交换机抽取完热量后再从i通过回水管送回j。在这个传输过程中温度的损耗为：
[0106][0107][0108]
式中：为t时刻产消者i供水管的出水温度，t
outj,t
为t时刻产消者j回水管的出
水温度。为t时刻产消者i在供水管经过管道传输过程的损耗后到达产消者j的水温，同理t
ji,t
为t时刻产消者j在回水管经过管道传输过程的损耗后到达产消者j的水温。为产消者i通过供水管流向产消者j的流量，同理m
ji,t
为产消者j通过回水管流向产消者i的流量。te
t
为环境温度，λb为管道的粗糙系数，l
ij
为管道的长度。
[0109]
当产消者i为热载时，热交换机将会从供水管吸收量的水，并从中抽取的热量。因此t时刻注入回水管的水温为
[0110][0111]
当产消者i为热源时，其供水管出水温度应为ts
nom
。热交换机从回水管吸收量的水，加热后将其注入到供水管，因此t时刻热交换机实际需要注入的热量为：
[0112][0113]
式中：代表产消者i为热源时其热交换机从回水管吸收的热量，t
outi
代表产消者i回水管的出水温度。传输过程中损耗的存在，所以t
outi
比tr
nom
要小，因此热交换机实际需要注入的热量是比预估的大的。
[0114]
步骤s140、热网节点混合温度模型建模和求解。
[0115]
供水管的混合水温可以满足：
[0116][0117]
式中：c
p
为水的比热容，为t时刻产消者i供水管的出水温度，代表与产消者i供水管节点相邻的产消者所组成的集合，i代表产消者i的回水管节点，代表t时刻流向产消者i的供水管节点的流量，代表t时刻流出产消者i的供水管节点的流量，为t时刻到达产消者i供水管节点的水温。
[0118]
类似可得回水管的混合水温满足：
[0119][0120]
式中：代表与产消者i回水管节点相邻的产消者所组成的集合，代表产消者的供水管节点、m
ji,t
代表t时刻流向产消者i的回水管节点的流量，t
ji,t
代表t时刻到达产消者i回水管节点的水温，t
outi,t
为t时刻产消者i回水管的出水温度，m
ji,t
代表t时刻流向产消者i的回水管节点的流量，m
ij,t
代表t时刻流向产消者i的供水管节点的流量，m
ij,t
代表t时刻流出产消者i的供水管节点的流量。
[0121]
其中符号函数sign(m
ij,t
)定义为
[0122][0123]
当sign(m
ij,t
)＝1，m
ij,t
＞0为t时刻水流从产消者i流向产消者j。
[0124]
根据步骤s140中每个产消者的供回水管温度混合方程，4g热网节点混合水温可以通过求解下式获取：
[0125]
bt
out n,t
＝c
[0126]
式中：为各节点供水管和回水管出水温度组成的向量，其中代表t时刻产消者n供水管节点的出水温度，t
outn,t
代表t时刻产消者n回水管节点的出水温度。矩阵b为待求解未知数t
out n,t
的系数矩阵，c为常数组成的向量。
[0127]
产消者i可以获取t时刻其相邻产消者流入产消者i供水管节点的流量到达产消者i供水管节点的水温产消者i供水管的出水温度相邻产消者流入产消者i回水管节点的流量m
ji,t
、到达产消者i回水管节点的水温t
ji,t
和产消者i回水管的出水温度t
outi,t
。每个产消者保留一个本地副本k表示迭代次数。对初始化如下：
[0128][0129]
其中bi为该产消者i已知的对应第i行的系数，ci和常数向量的第i行。
[0130]
初始化后通过下面的迭代公式分布式的获取热网的流量状态：
[0131][0132]
式中：为4g区域供暖系统中产消者的数目。i为单位矩阵。当小于0.01时，可以认为供水管回水管和出水温度收敛到了最优解。
[0133]
步骤s150、获取当前4g供暖区域供暖系统的热网潮流，管道流量的获取和节点混合温度的获取均可由自身节点和相邻节点的未知量进行表征，利用此特征，使用分布式方法对道流量和节点混合温度进行序贯求解，从而获取此时的热网潮流；
[0134]
收敛解中包含精确的4g热网潮流的管道流量信息和节点混合温度信息，根据该收敛解，可得各时段内各节点供水管和回水管的出水温度。如实例中，收敛解中包含四个产消者一天内24个时刻的供水管和回水管的出水温度。如表3所示：
[0135]
表3实例1中不同时刻供水管和回水管出水温度
[0136][0137]
该值可以为实际热网运行过程提供准确的参考。
[0138]
实施例2
[0139]
在实例2中，其管道等参数仍与实例1相同，但热网四节点中使用不同于实例1的热源、热载数据，热网的热源、热载数据如表4所示。
[0140]
表4实例2中热网4节点系统24时刻热源、热载数据信息
[0141]
时段/h产消者1产消者2产消者3产消者40-1160.74-123.18287.95-325.511-2160.79-134.87299.60-325.512-3160.83-128.87293.55-325.51
3-4160.81-139.78304.48-325.514-5198.89-146.68257.10-309.315-6285.55-208.20248.25-325.596-7345.26-345.26326.36-326.367-8370.26-370.26307.27-307.278-9399.88-395.49287.14-291.539-10506.80-575.26267.24-198.7810-11420.49-518.66297.24-199.0711-12493.70-604.37322.24-211.5712-13533.03-680.44397.19-249.7813-14404.87-558.04407.24-254.0714-15436.19-526.86282.24-191.5715-16508.14-591.31267.24-184.0716-17590.29-688.46297.24-199.0717-18592.84-650.26312.24-254.8118-19549.77-620.26392.21-321.7219-20567.95-665.26427.21-329.9020-21362.06-410.26387.52-339.3121-22352.11-375.26332.47-309.3122-23247.19-214.90257.03-289.3123-24224.89-161.77236.20-299.31
[0142]
根据热源、热载数据对管道流量分布式获取的数据如表5所示。
[0143]
表5实例2管道流量数据信息
[0144]
时段/hm
12m23m34
0-11.090.262.211-21.090.182.212-31.090.222.213-41.090.142.214-51.350.362.105-61.940.532.216-72.350.002.227-82.520.002.098-92.720.031.989-103.45-0.471.3510-112.86-0.671.3511-123.36-0.751.4412-133.63-1.001.7013-142.75-1.041.7314-152.97-0.621.30
15-163.46-0.571.2516-174.02-0.671.3517-184.03-0.391.7318-193.74-0.482.1919-203.86-0.662.2420-212.46-0.332.3121-222.40-0.162.1022-231.680.221.9723-241.530.432.04
[0145]
根据目前管道参数与管道中的流量信息，实例2中4g区域供暖系统的各产消者的供回水管节点出水温度如表6所示。
[0146]
表6实例2中不同时刻供水管和回水管出水温度
[0147][0148]
该值可以为实际热网运行过程提供准确的参考。
[0149]
实施例3
[0150]
在实例3中，其管道等参数仍与实例1相同，热网四节点中使用不同于实例1与实例2中的热源、热载数据，实例3的热源、热载数据如表7所示。
[0151]
表7实例3中热网4节点系统24时刻热源、热载数据信息
[0152]
时段/h产消者1产消者2产消者3产消者40-1160.78-123.11236.72-274.381-2160.83-134.80248.36-274.382-3160.86-128.81242.33-274.383-4160.85-139.70253.23-274.384-5198.87-146.81222.33-274.385-6285.61-208.25197.11-274.476-7345.26-345.26267.21-267.217-8386.57-370.1475.31-91.748-9420.97-395.0351.35-77.309-10467.88-467.8827.24-27.2410-11356.36-364.3363.24-55.2711-12447.17-470.1493.24-70.2712-13505.72-573.69183.24-115.2713-14353.04-427.01195.24-121.2714-15392.25-392.2545.24-45.2415-16468.05-468.0527.24-27.2416-17558.43-566.4063.24-55.2717-18604.78-621.7581.24-64.2718-19571.27-620.27177.25-128.2619-20607.67-665.26219.23-161.6320-21410.27-410.26261.24-261.2421-22375.85-375.07279.36-280.1322-23282.26-207.24206.95-281.9723-24224.91-161.90211.37-274.38
[0153]
根据热源、热载数据对管道流量分布式获取的数据如表8所示。
[0154]
表8实例3管道流量数据信息
[0155]
时段/hm
12m23m34
0-11.090.261.871-21.090.181.872-31.090.221.873-41.090.141.874-51.350.351.875-61.940.531.87
6-72.350.001.827-82.630.110.628-92.860.180.539-103.180.000.1910-112.42-0.050.3811-123.04-0.160.4812-133.44-0.460.7813-142.40-0.500.8214-152.670.000.3115-163.180.000.1916-173.80-0.050.3817-184.11-0.120.4418-193.89-0.330.8719-204.13-0.391.1020-212.790.001.7821-222.560.011.9122-231.920.511.9223-241.530.431.87
[0156]
根据目前管道参数与管道中的流量，实例3中4g区域供暖系统的各产消者的供回水管节点出水温度如下所示。
[0157]
表9实例3中不同时刻供水管和回水管出水温度
[0158][0159]
该值可以为实际热网运行过程提供准确的参考。
[0160]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：1.一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构造4g区域供暖系统的产消者状态模型；2)构造4g区域供暖系统的管道流量模型，所述管道流量模型包括流过每个产消者的热交换机的流量和供水管道中的流量；3)构造4g区域供暖系统的管道水温变化模型，所述管道水温变化模型包括热量传输过程中温度的损耗和热交换机实际需要抽取或注入的热量；4)构造4g区域供暖系统的节点温度混合模型，节点温度混合模型包括供水管的混合水温和回水管的混合水温；5)通过分布式方法获取4g区域供暖系统的热网潮流。2.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤1)中4g区域供暖系统的产消者状态模型包括：根据产消者之间该时刻的交易情况，每个产消者预计注入热网或从热网吸收的能量为：式中：h
ij,t
为在t时刻产消者i流向产消者j的热量，h
ji,t
为在t时刻产消者j流向产消者i的热量，为与产消者i相邻的产消者组成的集合；若即代表产消者i在在t时刻为热源，反之若即代表着产消者i在t时刻为热载。3.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤2)构造4g区域供暖系统的管道流量模型包括：在4g区域供暖系统模型中，通过每个产消者i的热交换机的流量如下：式中：为在产消者i在t时刻作为热源时其热交换机从回水管吸收的水量，为在t时刻产消者i作为热载时其热交换机从供水管吸收的水量，c
p
为水的比热容，为在t时刻每个产消者预计注入热网或从热网吸收的能量，ts
nom
为供水管的额定初始温度，tr
nom
为回水管的额定初始温度；供水管道中的流量通过下式计算：其中是在t时刻供水管道(i,j)之间的流量组成的向量，且i＜j，回水管的流量与供水管流量的关系为水管流量的关系为是通过每个产消者热交换机的流量组成的向量，关联矩阵a的定义为：
式中：为产消者之间的关联矩阵、为产消者i的供水管节点、为产消者j的回水管节点。4.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤3)中构造4g区域供暖系统的热量传输过程中温度的损耗包括：当热量通过供水管从产消者i的供水管节点输送到产消者供水管节点在热交换机抽取完热量后再从产消者i的回水管节点i送回产消者j的回水管节点j，在传输过程中温度的损耗为：的损耗为：式中：te
t
为环境温度，λ
b
为管道的粗糙系数，l
ij
为管道的长度，c
p
为水的比热容，为在t时刻产消者i供水管的出水温度，t
outj,t
为在t时刻产消者j回水管的出水温度，为在t时刻产消者i从供水管出水由于损耗到达产消者j供水管节点的水温，同理t
ji,t
为在t时刻从产消者j的回水管出水由于损耗到达产消者j回水管节点的水温；为t时刻产消者i通过供水管流向产消者j的流量，同理m
ji,t
为t时刻产消者j通过回水管流向产消者i的流量。5.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤3)中构造4g区域供暖系统的热交换机实际需要抽取或注入的热量包括：当产消者i为热载时，其热交换机从供水管吸收量的水，并从中抽取的热量，因此注入回水管的水温为：式中：为在t时刻产消者i作为热载时热交换机从供水管吸收的水量，为在t时刻产消者i预计注入热网或从热网吸收的能量，在t时刻代表产消者i供水管的出水温度，ts
nom
为供水管的额定初始温度，tr
nom
为回水管的额定初始温度；当产消者i为热源时，其供水管在t时刻出水温度应为ts
nom
；热交换机从回水管吸收量的水，加热后将其注入到供水管，在t时刻热交换机实际需要注入的热量为：式中：代表产消者i为热源时其热交换机从回水管吸收的热量，t
outi,t
代表产消者i回水管的出水温度。6.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，所述步骤4)构造4g区域供暖系统的节点温度混合模型包括：供水管的混合水温满足：
式中：c
p
为水的比热容，为在t时刻产消者i供水管的出水温度，代表与产消者i供水管节点相邻的产消者所组成的集合，i代表产消者i的回水管节点，代表在t时刻流向产消者i的供水管节点的流量，代表在t时刻流出产消者i的供水管节点的流量，为在t时刻到达产消者i供水管节点的水温；回水管的混合水温满足：式中：代表与产消者i回水管节点相邻的产消者所组成的集合，代表产消者i的供水管节点、m
ji,t
代表在t时刻流向产消者i的回水管节点的流量，t
ji,t
代表在t时刻到达产消者i回水管节点的水温，t
outi,t
为在t时刻产消者i回水管的出水温度，m
ji,t
代表在t时刻流向产消者i的回水管节点的流量，m
ij,t
代表在t时刻流出产消者i的供水管节点的流量；其中，符号函数sign(m
ij,t
)定义为当sign(m
ij,t
)＝1，m
ij,t
＞0代表在t时刻水流从产消者i流向产消者j。7.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，获取当前4g供暖区域供暖系统的热网潮流，管道流量的获取和节点混合温度的获取均由自身节点和相邻节点的未知量进行表征，利用此特征，使用分布式方法对道流量和节点混合温度进行序贯求解，从而获取此时的热网潮流；收敛解中包括4g热网潮流的管道流量信息和节点混合温度信息，根据收敛解，得到各时段内各节点各时刻管道的流量信息、供水管和回水管的出水温度。8.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，步骤5)中，使用分布式方法对道流量和节点混合温度进行序贯求解，从而获取4g区域供暖系统的热网潮流；所述分布式方法获取热网潮流为：分布式求解如下的一个线性方程组ax＝b且每个智能主体i根据管道流量和节点混合温度方程组获取对应行的a
i
和b
i
；首先根据下式初始化x
i
(1)a
i
x(1)＝b
i
则相邻的产消者进行通信交换必要的信息，并通过下述迭代公式快速收敛到线性方程组的最优解：
式中：为与智能主体i相邻的智能主体的数目，x为待求解的未知数，a为待求解的未知数x的系数方程，b为线性方程组的常数项；p
i
定义为其中i为单位矩阵，a
i
为智能主体i自己对应行的；b
i
为线性方程组的常数项；t为迭代次数，x
i
(t)为智能主体i第t次迭代的待求解变量的值，x
j
(t)为与智能主体i相邻的智能主体在第t次迭代的待求解未知数的值，当足够小时，线性方程组基本收敛到最优解。9.根据权利要求8所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，步骤5)中，使用所述的分布式方法对供水管道中的流量进行求解，产消者i获取矩阵a和的第i行的数据，即a
i
和产消者i保留一个本地副本其中k代表的是迭代次数，对每个产消者本地副本进行初始化，满足下式：初始化后通过下面的迭代公式分布式的获取热网的流量状态：式中：p
i
定义为i为单位矩阵，为第k次迭代产消者i的保留的本地副本的值，为第k次迭代，当足够小，管道流量收敛到最优解。10.根据权利要求1所述的一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，其特征在于，步骤5)中，使用分布式方法对供回水管节点混合温度进行求解：每个产消者的供回水管温度混合的方程，4g热网节点混合水温通过求解下式获取：bt
outn,t
＝c式中：为在t时刻各节点供水管和回水管出水温度组成的向量，其中代表产消者n在t时刻供水管节点的出水温度，t
outn,t
代表产消者n在t时刻回水管节点的出水温度，矩阵b为待求解t
outn,t
的系数矩阵，c为方程中常数组成的向量；产消者i获取在t时刻其相邻产消者流入产消者i供水管节点的流量到达产消者i供水管节点的水温产消者i供水管的出水温度相邻产消者流入产消者i回水管节点的流量m
ji,t
、到达产消者i回水管节点的水温t
ji,t
和产消者i回水管的出水温度t
outi,t
；每个产消者保留一个本地副本k表示迭代次数；对初始化如下：其中b
i
为该产消者i已知的对应第i行的系数，c
i
和常数向量的第i行；初始化后通过下面的迭代公式分布式的获取热网的流量状态：
式中：为4g区域供暖系统中产消者的数目，i为单位矩阵，当小于0.01时，则供水管回水管和出水温度收敛到最优解。
技术总结本发明公开了一种第四代区域供暖系统的热网潮流的分布式获取方法，包括以下步骤：1)构造4G区域供暖系统的产消者状态模型；2)构造4G区域供暖系统的管道流量模型；3)构造4G区域供暖系统的管道水温变化模型；4)构造4G区域供暖系统的节点温度混合模型；5)分布式获取4G区域供暖系统的热网潮流。本发明的方法通过分布式算法加快计算效率和计算速度，并且保护产消者和热网运营商的隐私，具有较好的可拓展性，可以适应产消者不断地加入区域供暖系统。可以适应产消者不断地加入区域供暖系统。可以适应产消者不断地加入区域供暖系统。
技术研发人员：孙超 刘云 朱继忠
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/11/1
