[發明專利]消納冬季夜間棄風的熱泵儲能系統及其優化方法

在審

• 申請號: 202210875228.X
• 申請日: 2022-07-25
• 公開（公告）號: CN115036953A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 周勃;孔茁銘;費朝陽;王雅潔
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學;沈陽達興鋮能源科技有限公司
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/38;G06F30/27;G06N3/00;G06K9/62;G06F111/10;G06F111/04
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 邵明新

1.消納冬季夜間棄風的熱泵儲能系統，其特征在于：包括：風力發電機組、控制器、卸荷器、逆變器、整流器、鋰電池蓄電機組、電動機、壓縮機、第一換熱器、第二換熱器、溫度傳感器、抽水井、回灌井、第一水泵、第二水泵、第三水泵、蓄熱水箱、壓力傳感器、固體蓄熱裝置、多個開關、多個閥門以及多個逆止閥；

蓄熱水箱和固體蓄熱裝置所儲存的熱量用于承擔建筑物的熱負荷；

風電機組將風能轉化為電能，通過連接整流器、鋰電池蓄電機組、逆變器再驅動電動機，作為風電熱泵混合儲能系統的驅動電源驅動熱泵系統運行；水源熱泵與蓄熱水箱通過管道相連接，蓄熱水箱通過第一管道進水，蓄熱水箱的輸出端通過第二管道依次與第二水泵、換熱器相連通并形成供水管路；固體蓄熱裝置通過第三管道與第三水泵、第二換熱器相連通并形成回路。

2.消納冬季夜間棄風的熱泵儲能系統優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、得到建筑供暖季所需的熱負荷，并獲得該建筑典型日的熱負荷曲線，以及建筑所在地區風機出力典型日曲線；

步驟2、分別獲取系統中各設備的初投資成本、系統的運行成本、系統的維護成本、系統中各設備的使用壽命，再計算出系統的總成本；

步驟3、考慮風電出力約束、儲熱設備的約束及鋰電池蓄電機組的約束；

步驟4、建立粒子群算法對熱泵儲能系統的容量配置進行優化。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟2中，所述系統的總成本由公式確定：

其中，f_a，i為第i種設備的容量；f_i為第i種設備的單價；γ為折現率；Y為設備運行周期；λ為維護系數；k_i為每個月的天數；C_e為電價；P_t為t時段的購電功率；C_CO2為排放單位CO₂產生的成本；η為購買1kW·h電所產生的CO₂；P_max為理論最大出力；P_WG(t)為t時段風電的實際出力。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟3中，所述考慮風電出力約束、儲熱設備的約束及鋰電池蓄電機組的約束包括：

a.風電出力約束：

0≤P_feng(t)≤P_max

b.固體蓄熱裝置約束條件包括：

1)容量約束：

0≤V_t≤V_t^max

其中，V_t為固體蓄熱裝置在t時刻所儲存的熱量，V_t^max為固體蓄熱裝置最大儲熱量容量；

2)固體蓄熱裝置蓄、放熱功率約束：

其中，P_cmax為固體蓄熱裝置的最大儲熱功率；P_fmax為固體蓄熱裝置的最大放熱功率；

c.鋰電池蓄電機組約束條件包括：

鋰電池蓄電機組功率約束：

-P_max≤P_{batt_e}(t)≤P_max

其中，P_{batt_e}(t)是在t時刻鋰電池蓄電機組的功率，數值為正值時鋰電池蓄電機組進行放電，數值為負值時鋰電池蓄電機組進行充電；P_max為鋰電池蓄電機組的最大功率限制；

容量與功率間的關系約束：

E_batt(t)＝E_batt(t-1)-P_{batt_e}(t)*dt

其中E_batt(t)為t時刻鋰電池蓄電機組的容量；

鋰電池蓄電機組荷電狀態約束：

0≤E_batt(t)≤E_{batt_max}

其中E_{batt_max}為t時刻鋰電池蓄電機組的額定容量。

5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟4中，粒子群算法的迭代更新方式為：

d維速度更新公式：

d維位置更新公式：

其中，w為慣性權重；c₁、c₂是學習因子；r₁、r₂為[0,1]之間的隨機數；上標k均代表時刻k；V_i,d^(k)、X_i,d^(k)、P_i,d^(k)分別表示粒子i的位置向量、速度向量和個體最優位置向量中的第d維分量；P_g,d^(k)為種群最優位置向量中的第d維分量。