能源系统的管网布局方法及装置与流程

[0001]
本发明公开的实施例涉及能源领域，具体涉及能源系统的管网布局方法、装置、电子设备和介质。


背景技术：

[0002]
蒸汽管网是将能源站的蒸汽输送至蒸汽用户的关键传输通道，蒸汽管网的结构对能源站的能效和经济性能产生着重要的影响。
[0003]
蒸汽管网的结构大多是由设计师设计出来的可能存在着蒸汽管网的结构设计不合理的情况。由此，蒸汽管网在管网输送过程中会存在大量的能量损失，导致蒸汽管网运行效率较低，严重影响能源站的能效，因此确定一种设计合理的蒸汽管网结构，对降低蒸汽管网能量损失，提高能源利用效率具有重要意义。


技术实现要素：

[0004]
本发明公开的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本发明公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
[0005]
本发明公开的一些实施例提出了能源系统的管网布局确定方法、装置、电子设备和介质，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。
[0006]
第一方面，本发明公开的一些实施例提供了一种能源系统的管网布局确定方法，该方法包括：获取目标区域的路网相关数据和负荷相关数据；基于所述路网相关数据和所述负荷相关数据，构建能源管网布局模型，其中，所述能源管网布局模型包括目标函数和约束条件；基于所述能源管网布局模型，确定所述目标区域的管网布局；将管网布局推送至具有显示功能的目标设备，以及控制目标设备显示管网布局。
[0007]
第二方面，本发明公开的一些实施例提供了一种能源系统的管网布局确定装置包括：获取单元，被配置成获取目标区域的路网相关数据和负荷相关数据；构建单元，被配置成基于所述路网相关数据和所述负荷相关数据，构建能源管网布局模型，其中，所述能源管网布局模型包括目标函数和约束条件；确定单元，被配置成基于所述能源管网布局模型，确定所述目标区域的管网布局；显示单元，被配置成将管网布局推送至具有显示功能的目标设备，以及控制目标设备显示管网布局。
[0008]
第三方面，本发明公开的一些实施例提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如第一方面中所描述的方法。
[0009]
第四方面，本发明公开的一些实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，程序被处理器执行时实现如第一方面中所描述的方法。
[0010]
本发明公开的上述各个实施例中的一个实施例具有如下有益效果：通过获取目标区域的路网相关信息和负荷数据，来构建管网布局模型。然后在对构建的管网布局模型进
行求解，可以利用管网布局结果来确定结构。本发明公开的方法基于目标区域的实际数据构建模型，得到的管网布局结果更符合实际需求，可以降低蒸汽管网的能量损失，提高能量利用率，有利于能源站的能效和经济性能的提高。另外，利用管网布局模型采用预设优化算法，可以提高生成的管网布局结果的精准度。
附图说明
[0011]
结合附图并参考以下具体实施方式，本发明公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
[0012]
图1是根据本发明公开的一些实施例的能源系统的管网布局确定方法的一个应用场景的示意图；
[0013]
图2是根据本发明公开的能源系统的管网布局确定方法的一些实施例的流程图；
[0014]
图3根据本发明公开的能源系统的管网布局确定装置的一些实施例的结构示意图；
[0015]
图4适于用来实现本发明公开的一些实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0016]
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的实施例。虽然附图中显示了本发明公开的某些实施例，然而应当理解的是，本发明公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本发明公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明公开的保护范围。
[0017]
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0018]
需要注意，本发明公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
[0019]
需要注意，本发明公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
[0020]
本发明公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
[0021]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
[0022]
图1是根据本发明公开一些实施例的能源系统的管网布局确定方法的一个应用场景的示意图。
[0023]
在图1的应用场景中，首先，计算设备101可以获取目标区域的路网相关数据102和负荷相关数据103。然后，计算设备101可以基于路网相关数据102和负荷相关数据103，构建能源管网布局模型104。之后，计算设备101可以基于能源管网布局模型104，确定目标区域的管网布局105。最后，计算设备101可以将管网布局105推送至具有显示功能的目标设备106，以及控制目标设备106显示管网布局105。
[0024]
a需要说明的是，上述计算设备101可以是硬件，也可以是软件。当计算设备为硬件时，可以实现成多个服务器或终端设备组成的分布式集群，也可以实现成单个服务器或单个终端设备。当计算设备体现为软件时，可以安装在上述所列举的硬件设备中。其可以实现成例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
[0025]
应该理解，图1中的计算设备的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的计算设备。
[0026]
继续参考图2，示出了根据本发明公开的能源系统的管网布局确定方法的一些实施例的流程200。该方法可以由图1中的计算设备101来执行。该能源系统的管网布局确定方法，包括以下步骤：
[0027]
步骤201，获取目标区域的路网相关数据和负荷相关数据。
[0028]
在实施例中，能源系统的管网布局确定方法的执行主体(如图1所示的计算设备101)可以通过有线连接方式或无线连接方式获取目标区域的路网相关数据和负荷相关数据。例如，上述执行主体可以接收用户输入的路网相关数据和负荷相关数据作为上述路网相关数据和上述负荷相关数据。又例如，上述执行主体可以从本地数据库中获取路网相关数据和负荷相关数据作为上述路网相关数据和上述负荷相关数据。这里，路网相关数据包括：泛能站坐标信息、路网节点坐标信息和地块中心点坐标信息。负荷相关数据包括：用户蒸汽数据、流量数据和压强数据。
[0029]
需要指出的是，上述无线连接方式可以包括但不限于3g/4g连接、wifi连接、蓝牙连接、wimax连接、zigbee连接、uwb(ultra wideband)连接、以及其他现在已知或将来开发的无线连接方式。
[0030]
步骤202，基于所述路网相关数据和所述负荷相关数据，构建能源管网布局模型。
[0031]
在实施例中，上述执行主体可以基于上述路网相关数据和上述负荷相关数据，构建能源管网布局模型。这里，能源管网布局模型可以是具有深度神经网络的模型。上述能源管网布局模型包括目标函数和约束条件。
[0032]
在实施例中，约束条件包括以下至少一项：管段连接和管径水平约束，流量压强损失耦合约束，地块管线约束，地块流量约束，节点流量平衡，压强，流量。
[0033]
在实施例中，管段连接和管径关系约束，具体公式如下所示：
[0034][0035]
其中，x
ij
表示管道ij是否连接，为整数变量，1表示连接，0表示没有连接。
[0036]
在实施例中，能源站容量约束，具体公式如下所示：
[0037][0038]
其中，ies_cap_0表示能源站的最大蒸汽容量；i0表示与0号节点能源站相连接的节点集合；g
0j
表示首段为能源站节点的0j管道的蒸汽流量。
[0039]
在实施例中，管道数量约束，具体公式如下所示：
[0040][0041]
其中，maxl表示能源站出口的最大管道数量。
[0042]
在实施例中，节点管道流入数量约束，具体公式如下所示：
[0043][0044]
其中，n表示所有节点的集合，包括能源站节点和地块节点；ij表示与节点j连接的节点集合。
[0045]
在实施例中，管段流量约束，具体公式如下所示：
[0046][0047]
在实施例中，管段压强损失与流量、管径耦合约束，具体公式如下所示：
[0048][0049]
其中，p
i
表示节点i的压强；p
j
表示节点j的压强。
[0050]
在实施例中，地块节点流入管道数量约束，具体公式如下所示：
[0051][0052]
其中，b
k
表示属于地块k的节点集合；block表示地块集合。
[0053]
在实施例中，地块压强约束，具体公式如下所示：
[0054][0055]
其中，p
j
表示地块j的压强下限。
[0056]
在实施例中，地块流量平衡约束，具体公式如下所示：
[0057][0058]
其中，g
k，load
表示地块k的负荷量。
[0059]
在实施例中，节点压强约束，具体公式如下所示：
[0060][0061]
在实施例中，路网节点流量平衡约束，具体公式如下所示：
[0062][0063]
其中，n
net
表示路网节点集合，不包括能源站节点和地块节点。
[0064]
在实施例中，目标函数如下所示：
[0065]
minc＝c
v
+c
o
；
[0066]
其中，c表示规划总成本；c
v
表示年均管网投资成本；c
o
表示管损成本。
[0067]
在实施例中，年均管网投资成本是根据以下公式确定的：
[0068][0069]
其中，d
ij
表征路网节点i和路网节点j间的连接管道ij的管径水平，为整数变量，且0≤d
ij
≤maxdia，maxdia为最大的管径水平；p表示管道单价；l表示管道寿命；r表示残值率；arcs表示路网中可连接的管道ij的集合；d
ij
表示管道ij之间的长度；
[0070]
管损成本是根据以下公式确定的：
[0071][0072]
其中，g
ij
表示管道ij的蒸汽流量；λ表示沿程阻力系数；ρ表示流体密度。
[0073]
步骤203，基于所述能源管网布局模型，确定所述目标区域的管网布局。
[0074]
在实施例中，上述执行主体可以对上述能源管网布局模型进行优化，得到优化后的能源管网布局模型。然后，上述执行主体可以将上述优化后的能源管网布局模型的输出结果确定为上述目标区域的管网布局。可选的，上述执行主体可以通过将预设优化算法加入至上述能源管网布局模型的方式来进行优化。
[0075]
作为示例，上述预设优化算法可以是模拟退火算法。假设现状态为x(n)，系统受到一定扰动时，状态变为x(n+1)，系统能量由e(n)变为e(n+1)。由此，定义系统由x(n)变为x(n+1)的接受概率为p：
[0076][0077]
模拟退火概率接受较差解，同时引入温度控制参数t，随着温度衰减调整接受概率t＝c*t,其中c为衰减系数。优化算法的执行步骤如下：第一步，初始化，设置初试温度t，终止温度t
end
，利用上述能源管网布局模型随机生成一个管网布局p(i+1)，计算p(i+1)的目标成本c(p(i+1))；第二步，响应于确定c(p(i+1))＜c(p(i))，将p(i+1)确定为新的管网布局；第三步，响应于确定c(p(i+1))≥c(p(i))，确定模拟退火的概率接受p(i+1)；第四步，降温t＝c*t；第五步，重复上述步骤，响应于确定t＜t
end
，停止。
[0078]
步骤204，将所述管网布局推送至具有显示功能的目标设备，以及控制目标设备显示所述管网布局。
[0079]
在实施例中，上述执行主体可以将上述管网布局推送至具有显示功能的目标设备，以及控制目标设备显示上述管网布局。
[0080]
本发明公开的上述各个实施例中的一个实施例具有如下有益效果：通过获取目标区域的路网相关信息和负荷数据，来构建管网布局模型。然后在对构建的管网布局模型进行求解，可以利用管网布局结果来确定结构。本发明公开的方法基于目标区域的实际数据
构建模型，得到的管网布局结果更符合实际需求，可以降低蒸汽管网的能量损失，提高能量利用率，有利于能源站的能效和经济性能的提高。另外，利用管网布局模型采用预设优化算法，可以提高生成的管网布局结果的精准度。
[0081]
进一步参考图3，作为对上述各图上述方法的实现，本公开提供了一种能源系统的管网布局确定装置的一些实施例，这些装置实施例与图2上述的那些方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。
[0082]
如图3所示，一些实施例的能源系统的管网布局确定装置300包括：获取单元301、构建单元302、确定单元303和显示单元304。其中，获取单元301，被配置成获取目标区域的路网相关数据和负荷相关数据；构建单元302，被配置成基于所述路网相关数据和所述负荷相关数据，构建能源管网布局模型，其中，所述能源管网布局模型包括目标函数和约束条件；确定单元303，被配置成基于所述能源管网布局模型，确定所述目标区域的管网布局；显示单元304，被配置成将所述管网布局推送至具有显示功能的目标设备，以及控制目标设备所述显示管网布局。
[0083]
在实施例的一些可选的实现方式中，所述路网相关数据包括：泛能站坐标信息、路网节点坐标信息和地块中心点坐标信息。
[0084]
在实施例的一些可选的实现方式中，所述负荷相关数据包括：用户蒸汽参数、流量数据和压强数据。
[0085]
在实施例的一些可选的实现方式中，所述约束条件包括以下至少一项：管段连接和管径水平约束，流量压强损失耦合约束，地块管线约束，地块流量约束，节点流量平衡，压强，流量。
[0086]
在实施例的一些可选的实现方式中，所述约束条件包括：
[0087]
管段连接和管径关系约束，具体公式如下所示：
[0088][0089]
其中，x
ij
表示管道ij是否连接，为整数变量，1表示连接，0表示没有连接；
[0090]
能源站容量约束，具体公式如下所示：
[0091][0092]
其中，ies_cap_0表示能源站的最大蒸汽容量；i0表示与0号节点能源站相连接的节点集合；g
0j
表示首段为能源站节点的oj管道的蒸汽流量；
[0093]
管道数量约束，具体公式如下所示：
[0094][0095]
其中，maxl表示能源站出口的最大管道数量；
[0096]
节点管道流入数量约束，具体公式如下所示：
[0097]
[0098]
其中，n表示所有节点的集合，包括能源站节点和地块节点；i
j
表示与节点j连接的节点集合；
[0099]
管段流量约束，具体公式如下所示：
[0100][0101]
管段压强损失与流量、管径耦合约束，具体公式如下所示：
[0102][0103]
其中，p
i
表示节点i的压强；p
j
表示节点j的压强；
[0104]
地块节点流入管道数量约束，具体公式如下所示：
[0105][0106]
其中，b
k
表示属于地块k的节点集合；block表示地块集合；
[0107]
地块压强约束，具体公式如下所示：
[0108][0109]
其中，p
j
表示地块j的压强下限；
[0110]
地块流量平衡约束，具体公式如下所示：
[0111][0112]
其中，g
k，load
表示地块k的负荷量；
[0113]
节点压强约束，具体公式如下所示：
[0114][0115]
路网节点流量平衡约束，具体公式如下所示：
[0116][0117]
其中，n
net
表示路网节点集合，不包括能源站节点和地块节点。
[0118]
在实施例的一些可选的实现方式中，能源系统的管网布局确定装置300的确定单元303被进一步配置成：对所述能源管网布局模型进行优化，得到优化后的能源管网布局模型；将所述优化后的能源管网布局模型的输出结果确定为所述目标区域的管网布局。
[0119]
在实施例的一些可选的实现方式中，所述对所述能源管网布局模型进行优化，得到优化后的能源管网布局模型，包括：将预设优化算法加入至所述能源管网布局模型。
[0120]
可以理解的是，该装置300中记载的诸单元与参考图2描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作、特征以及产生的有益效果同样适用于装置300及其中包含的单元，在此不再赘述。
[0121]
下面参考图4，其示出了适于用来实现本发明公开的一些实施例的电子设备(例如图1中的计算设备101)400的结构示意图。图4示出的服务器仅仅是一个示例，不应对本发明公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0122]
如图4所示，电子设备400可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)401，其可以根据存储在只读存储器(rom)402中的程序或者从存储装置408加载到随机访问存储器(ram)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram 403中，还存储有电子设备400操作所需的各种程序和数据。处理装置401、rom 402以及ram 403通过总线404彼此相连。输入/输出(i/o)接口405也连接至总线404。
[0123]
通常，以下装置可以连接至i/o接口405：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置406；包括例如液晶显示器(lcd)、扬声器、振动器等的输出装置407；包括例如磁带、硬盘等的存储装置408；以及通信装置409。通信装置409可以允许电子设备400与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图4示出了具有各种装置的电子设备400，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图4中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。
[0124]
特别地，根据本发明公开的一些实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明公开的一些实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的一些实施例中，该计算机程序可以通过通信装置409从网络上被下载和安装，或者从存储装置408被安装，或者从rom 402被安装。在该计算机程序被处理装置401执行时，执行本发明公开的一些实施例的方法中限定的上述功能。
[0125]
需要说明的是，本发明公开的一些实施例上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明公开的一些实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明公开的一些实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、rf(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
[0126]
在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如http(hypertext transfer protocol，超文本传输协议)之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网
(“lan”)，广域网(“wan”)，网际网(例如，互联网)以及端对端网络(例如，ad hoc端对端网络)，以及任何当前已知或未来研发的网络。
[0127]
上述计算机可读介质可以是上述装置中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：获取目标区域的路网相关数据和负荷相关数据；基于所述路网相关数据和所述负荷相关数据，构建能源管网布局模型，其中，所述能源管网布局模型包括目标函数和约束条件；基于所述能源管网布局模型，确定所述目标区域的管网布局；将所述管网布局推送至具有显示功能的目标设备，以及控制目标设备显示所述管网布局。
[0128]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明公开的一些实施例的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0129]
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0130]
描述于本发明公开的一些实施例中的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括获取单元、构建单元、确定单元和显示单元。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，获取单元还可以被描述为“获取目标区域的路网相关数据和负荷相关数据的单元”。
[0131]
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
[0132]
以上描述仅为本发明公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明公开的实
施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。