一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法及系统与流程

本发明涉及跨季储热，更具体的，涉及一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法及系统。

背景技术：

1、供暖既是生活民生保障，也是能源消耗和污染排放的主体之一，而清洁供暖是解决能源与环境问题的必然选择。太阳能作为取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，是最具发展潜力的可再生清洁能源之一。太阳能供暖是目前最节能、最环保、运行寿命最长的供暖替代方式，但太阳能供暖具有季节性使用明显、系统使用率低和季节需热与太阳能辐射量不匹配等问题，太阳能的间歇性、不稳定性以及季节性的变化等缺点无法达到持续供热的条件。

2、太阳能跨季节储热技术是提高太阳能供热系统运行稳定性及太阳能贡献率的有效途径。影响其太阳能保证率和运行能耗的主要因素有：系统各部件间能量传递关系、系统的动态运行特性、集热子系统的性能提升和运行策略的优化设计。目前基于现有的太阳能跨季储热集中供热的优化控制多为简单的运行控制策略，没有对能源进行合理有效的利用，系统的集热储热利用率较低，如何在源-荷动态变化下，根据系统动态响应特性将非供暖季太阳能集热储热系统及供热网系统进行科学合理地综合应用，实现供热侧、集热储热侧及全系统有效协同调配是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法及系统。

2、本发明第一方面提供了一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法，包括：

3、获取目标区域太阳能集热及储热的历史运行数据，根据所述历史运行数据划分多种运行工况，建立太阳能跨季储热模型，基于所述多种运行工况进行运行响应验证；

4、根据运行响应验证结果分析运行参数中对于集热储热侧运行性能的影响因素，得到不同运行工况下的可优化参数，将太阳能跨季储热模型与供热系统模型、热负荷模型进行动态耦合，获取不同运行工况下跨季节储热水体温度变化特性，进行储热量预测；

5、根据历史供热数据结合地区气候数据训练预测需求侧热负荷，获取供热季中需求侧的热负荷变化特征，将所述热负荷变化特征与水体温度变化特性匹配；

6、判断当前运行工况下的太阳能跨季储热量是否满足供热需求，当不满足时，通过调整可优化参数获取最佳工况运行策略。

7、本方案中，建立太阳能跨季储热模型，基于所述多种运行工况进行动态验证，具体为：

8、获取目标区域中太阳能集热及储热设备的运行阶段，所述运行阶段包括储热阶段和供热阶段，检索预设时段的历史运行数据进行预处理，根据所述运行阶段将预处理后历史运行数据进行分类；

9、在储热阶段和供热阶段对应的历史运行数据子集中分别进行聚类，设置扫描半径和最小包含点数，在不同历史运行数据子集中抽取数据样本，若所述数据样本未被分类划分，则检查邻域的样本点数量，当不小于最小包含点数时，建立新的类簇，将所有数据样本加入候选集；

10、检查候选集中所有未被划分的数据样本的邻域，若不小于最小包含点数时，则加入候选集，当候选集中未被划分的数据样本未归入类簇时，则归入所述新的类簇；

11、继续检查候选集中未被划分的数据样本，直到候选集为空，迭代抽查数据样本并划分，将历史运行数据子集中所有数据样本均归于不同类簇，获取储热阶段和供热阶段对应的历史运行数据子集的聚类结果；

12、根据聚类结果中不同类簇获取储热阶段和供热阶段的不同运行工况，并基于太阳能集热及储热系统的运行控制策略为运行工况设置工况标签；

13、利用目标区域太阳能集热及储热设备的物理模型及数据逻辑模型通过数字孪生方法构建太阳能跨季储热模型，根据不同运行工况的历史运行数据接入所述太阳能跨季储热模型进行运行响应验证。

14、本方案中，根据动态验证结果分析运行参数对集热储热侧运行性能的影响机理，得到不同运行工况下的可优化参数，具体为：

15、根据目标区域的聚光储热方式检索热性能测试实例，提取所述热性能测试实例中的性能测试量，将所述性能测试量进行去冗余化处理，生成性能评价指标集；

16、将不同运行工况的实时运行数据导入所述太阳能跨季储热模型生成孪生数据，根据实时运行数据的显著响应单元提取响应数据，利用所述响应数据在孪生数据中利用相似度筛选并计算数据偏差；

17、当数据偏差符合预设标准时，则孪生数据对不同运行工况对应的运行数据进行数据增强，利用吸热器热性能和储热水体性能表征集热储热侧运行性能；

18、计算性能评价指标集中各性能评价指标与吸热器热性能及储热水体性能的皮尔逊相关系数，另外通过变量投影方法表征性能评价指标的重要性，根据相关性及重要性进行排序选取预设数量的性能评价指标；

19、根据选取的性能评价指标在不同运行工况对应数据增强后的运行数据中构建性能参数矩阵，并生成性能特征分布，将单一运行工况与邻域运行工况进行对比，获取性能特征分布中距离偏差大于预设阈值的特征散点作为可优化参数。

20、本方案中，将太阳能跨季储热模型与供热系统模型、热负荷模型耦合，获取不同运行工况下跨季节储热水体温度变化特性，进行储热量预测，具体为：

21、获取目标区域所在地的典型年及典型天的气象数据，根据所述气象数据生成气象指导序列，利用所述气象指导序列，根据集热供热侧的可优化参数生成运行特征序列；

22、将所述运行特征序列根据运行阶段进行划分，利用温度测点获取储热水体的温度分层，根据运行特征序列中的运行特征变化捕捉所述温度分层变化，生成储热阶段在气象数据指导下不同运行工况的跨季节储热水体温度变化特性；

23、将集热储热侧的太阳能跨季储热模型利用管网单元与供热系统模型及热负荷模型进行模型串联，根据运行控制策略的工况标签实现不同模型之间的动态耦合；

24、利用动态耦合后的模型在供热阶段在气象数据及与热负荷特征指导下不同运行工况的储热水体温度变化特征，根据储热阶段及供热阶段的储热水体温度变化特征获取训练数据；

25、通过所述训练数据构建储热量预测模型，利用训练后的储热量预测模型进行不同时间戳的逐时储热量预测结果，建立储热量与储热水体温度变化特征的映射关系。

26、本方案中，根据历史供热数据结合地区气候数据训练预测需求侧热负荷，获取供热季中需求侧的热负荷变化特征，具体为：

27、获取目标区域中供热系统模型的历史供热数据及环境温度数据进行预处理，生成若干供热参数在t个历史时刻的时间序列，读取供热数据样本，基于seq2seq模型结构及时序注意力机制构建热负荷预测模型；

28、在所述热负荷预测模型中使用卷积神经网络与双向长短时记忆网络结合作为编码器，通过卷积神经网络获取数据样本的静态特征，在t时刻获取不同供热参数的特征映射，构建时序供热特征矩阵；

29、通过双向长短时记忆网络bi-lstm获取不同方向的两个lstm层的隐层状态输出，拼接获取双向长短时记忆网络的输出，挖掘不同供热参数之间的时序依赖关系生成供热参数时序关联特征序列；

30、将所述供热参数时序关联特征序列导入解码器，在解码器中引入时序注意力机制计算当前时刻所有时间步长的注意力权重，利用所述注意力权重进行加权求和生成聚合向量；

31、在解码器的lstm网络结构中经过迭代计算后，利用单层前馈网络整合隐层状态与聚合向量，利用维度变换输出热负荷预测值，并基于热负荷当前值及热负荷预测值生成热负荷变化特征，与储热水体温度变化特性匹配构建映射关系。

32、本方案中，判断当前运行工况下的太阳能跨季储热量是否满足供热需求，当不满足时，通过调整可优化参数获取最佳工况运行策略，具体为：

33、根据目标区域当前气象数据读取环境温度，利用所述环境温度通过热用户的舒适度评估获取热用户室温需求范围，并利用环境温度利用热负荷预测模型生成热负荷预测值；

34、利用热负荷变化特征与储热水体温度变化特性的映射关系读取所述热负荷预测值对应储热水体温度分层的温度区间，根据所述温度区间在储热量与储热水体温度变化特征的映射关系中读取需求储热量区间；

35、获取当前运行工况下太阳能跨季储热模型对应的储热水体温度分层，判断所述储热水体温度分层是否落入温度区间内，当落入时，则证明太阳能跨季储热模型的储热量符合所述需求储热量区间约束，满足供热需求；

36、当未落入时，获取当前运行工况的储热水体温度分层与温度区间中各温度值的均方偏差，在不同运行工况的跨季节储热水体温度变化特性中筛选最相似运行工况；

37、根据最相似运行工况的稳态参数指导可优化参数调整获取太阳能跨季储热模型最佳工况运行策略，并利用所述均方偏差确定偏差储差值由辅助能源进行补热。

38、本发明第二方面还提供了一种太阳能跨季储热集中供热的优化系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括太阳能跨季储热集中供热的优化方法程序，所述太阳能跨季储热集中供热的优化方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

39、获取目标区域太阳能集热及储热的历史运行数据，根据所述历史运行数据划分多种运行工况，建立太阳能跨季储热模型，基于所述多种运行工况进行运行响应验证；

40、根据运行响应验证结果分析运行参数中对于集热储热侧运行性能的影响因素，得到不同运行工况下的可优化参数，将太阳能跨季储热模型与供热系统模型、热负荷模型进行动态耦合，获取不同运行工况下跨季节储热水体温度变化特性，进行储热量预测；

41、根据历史供热数据结合地区气候数据训练预测需求侧热负荷，获取供热季中需求侧的热负荷变化特征，将所述热负荷变化特征与水体温度变化特性匹配；

42、判断当前运行工况下的太阳能跨季储热量是否满足供热需求，当不满足时，通过调整可优化参数获取最佳工况运行策略。

43、本发明公开了一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法及系统，涉及太阳能跨季储热领域，包括：获取目标区域太阳能集热及储热的历史运行数据划分多种运行工况，建立太阳能跨季储热模型进行运行响应验证；分析集热储热侧运行性能的影响因素，得到可优化参数，获取不同运行工况下跨季节储热水体温度变化特性；预测需求侧热负荷，将热负荷变化特征与水体温度变化特性匹配；判断太阳能跨季储热模型是否满足供热需求，当不满足时，通过调整可优化参数获取最佳工况运行策略。本发明根据集热侧运行性能的影响机理筛选可优化参数，生成最优运行策略，在满足用户舒适度需求的同时保证太阳能跨季储热系统热能的充分利用，提高供热系统整体性能。

技术特征：

1.一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法，其特征在于，建立太阳能跨季储热模型，基于所述多种运行工况进行动态验证，具体为：

3.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法，其特征在于，根据动态验证结果分析运行参数对集热储热侧运行性能的影响机理，得到不同运行工况下的可优化参数，具体为：

4.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法，其特征在于，将太阳能跨季储热模型与供热系统模型、热负荷模型耦合，获取不同运行工况下跨季节储热水体温度变化特性，进行储热量预测，具体为：

5.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法，其特征在于，根据历史供热数据结合地区气候数据训练预测需求侧热负荷，获取供热季中需求侧的热负荷变化特征，具体为：

6.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法，其特征在于，判断当前运行工况下的太阳能跨季储热量是否满足供热需求，当不满足时，通过调整可优化参数获取最佳工况运行策略，具体为：

7.一种太阳能跨季储热集中供热的优化系统，其特征在于，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括太阳能跨季储热集中供热的优化方法程序，所述太阳能跨季储热集中供热的优化方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种太阳能跨季储热集中供热的优化系统，其特征在于，将太阳能跨季储热模型与供热系统模型、热负荷模型耦合，获取不同运行工况下跨季节储热水体温度变化特性，进行储热量预测，具体为：

9.根据权利要求7所述的一种太阳能跨季储热集中供热的优化系统，其特征在于，根据历史供热数据结合地区气候数据训练预测需求侧热负荷，获取供热季中需求侧的热负荷变化特征，具体为：

10.根据权利要求7所述的一种太阳能跨季储热集中供热的优化系统，其特征在于，判断当前运行工况下的太阳能跨季储热量是否满足供热需求，当不满足时，通过调整可优化参数获取最佳工况运行策略，具体为：

技术总结
本发明公开了一种太阳能跨季储热集中供热的优化方法及系统，涉及太阳能跨季储热领域，包括：获取目标区域太阳能集热及储热的历史运行数据划分多种运行工况，建立太阳能跨季储热模型进行运行响应验证；分析集热储热侧运行性能的影响因素，得到可优化参数，获取不同运行工况下跨季节储热水体温度变化特性；预测需求侧热负荷，将热负荷变化特征与水体温度变化特性匹配；判断太阳能跨季储热模型是否满足供热需求，当不满足时，通过调整可优化参数获取最佳工况运行策略。本发明根据集热侧运行性能的影响机理筛选可优化参数，生成最优运行策略，在满足用户舒适度需求的同时保证太阳能跨季储热系统热能的充分利用，提高供热系统整体性能。

技术研发人员：沈冰,初思佳,任帅,高佳,关颖,刘妍,穆建超,初蕾
受保护的技术使用者：北京观天执行科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23