[發明專利]一種冷熱電聯供微網系統建模方法

有效

• 申請號: 201611190559.0
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106709178B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 常雨芳;黃文聰;劉銘璽;施陽;王豪;張力;謝昊;劉光裕
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武

本發明涉及一種冷熱電聯供微網系統建模方法，為矩陣傳函法，即針對冷熱電聯供微網系統的多輸入多輸出特性，采用矩陣傳函法建立描述該系統能量轉換與能量流動關系的數學模型。矩陣傳函法包含了描述冷熱電聯供微網系統構成要素的效率矩陣、描述系統內部能量分配的派遣矩陣、描述系統需求與能源供應之間能量流動特征的轉換矩陣。根據系統中每個構成要素的輸入輸出關系，可以建立其效率矩陣，效率矩陣代表了系統構成要素內部的能量轉換關系；然后可以采用派遣矩陣建立各構成要素之間的能量流動關系；最后整個系統的能量流動關系可以用轉換矩陣描述。本發明適用于各類能源系統的建模，簡潔高效、易于實現、易于擴展。

技術領域

本發明屬于冷熱電聯供微網系統技術領域，尤其涉及一種冷熱電聯供微網系統建模方法。

背景技術

根據美國能源管理部門的統計，許多國家的建筑能源消耗約占總能源消耗的40％，溫室氣體排放約占30％。尤其在中國，隨著經濟的快速增長，建筑能源消耗以每年超過10％的速度在增長。快速增長的能源消耗引起了一系列與建筑相關的問題和環境污染問題。發展冷熱電聯供微網系統是提高能源利用率、減少溫室氣體排放以及解決這一系列與建筑能源消耗有關問題的有效手段之一。

目前國內外關于冷熱電聯供微網系統的研究主要集中在冷熱電聯供微網系統結構設計、操作策略和系統評價準則研究等方面。

傳統的冷熱電聯供微網系統由發電機組、熱回收單元、吸收式制冷機、加熱單元、輔助鍋爐組成。發電機組產生的電用來滿足用戶的用電需求；熱回收單元回收發電機組產生的廢熱并為用戶的冷和熱需求提供熱能；吸收式制冷機將熱回收單元回收的熱轉化為冷能提供給用戶；加熱單元將熱回收單元回收的熱轉化為熱能提供給用戶。當系統所提供的熱能不夠時，輔助鍋爐作為備用設備提供熱能。

冷熱電聯供微網系統結構設計主要是在傳統的冷熱電聯供微網系統的基礎上，增加其他一些設備用于提高系統的能源利用效率和能量調節的靈活性。例如，系統增加電制冷機以調節系統利用電能和熱能的靈活性；系統增加光伏發電單元和光熱單元以充分利用綠色能源，減少傳統化石能源的利用，提高能源利用效率；系統增加有機朗肯循環裝置將系統多余的熱能轉化為電能，提高能源的利用率。

當系統的結構確定后，操作策略設計是冷熱電聯供微網系統設計第二個要考慮的要素。最主要的兩種操作策略為：電跟隨操作策略和熱跟隨操作策略。電跟隨操作策略首先滿足用電需求，若系統產生的熱不能滿足熱需求，消耗燃料的輔助鍋爐開始工作；熱跟隨操作策略首先滿足熱負荷需求，若系統產生的電不能滿足電需求，則從電網買電。這兩種操作策略都一定程度上有能源的浪費，因為系統中可能會有多余的熱或多余的電產生。因此，系統結構和操作策略都有必要做進一步的改進，以進一步提高系統的能源利用率。

對冷熱電聯供微網系統的評價準則進行研究也是該領域研究的重要方向之一。能源和環境分析是冷熱電聯供微網系統綜合評價中最重要的兩個因素。在已查閱的文獻中，一次能源節約和碳排放節約是常被用來評估系統優劣的指標。此外，全生命周期評價準則也是一些研究者們常常考慮到的評價準則。

對于傳統的冷熱電聯供微網系統，當系統產生的電和熱正好與用戶的電、熱需求相等，冷熱電聯供微網系統將具有最大的能源效率。然而，由于用戶需求的不確定性，這種理想的狀況很少出現。能源供應與能源需求總是不平衡。當能源供應超過能源需求，情況變得復雜。若系統產生的電能超過了用戶的電能需求，多余的電能可以被存儲起來，或被售回電網，或被轉化為熱能供用戶使用。若系統產生的熱能超過了用戶的熱需求，多余的熱能可以被存儲起來，或者被轉化為電能以滿足用戶的用電需求。因此，本發明在系統結構中增加了有機朗肯循環裝置，將系統中多余的熱能轉化為電能讓用戶使用。

隨著傳統冷熱電聯供微網系統的結構變得越來越復雜，對這一類復雜能源系統的建模成為了研究者們研究的重點和難點課題之一。傳統的建模方法，通常以枚舉的形式羅列出能源系統供需關系可能會出現的若干種狀況，每一種狀況建立一類數學模型，數學模型分類多且缺乏標準的統一的結構形式，讓此類能源系統的分析變得復雜。

發明內容