[發(fā)明專利]一種朗肯-熱泵系統(tǒng)供需匹配的多時間尺度組分調(diào)控方法

在審

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• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN116066192A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設計）人: 王志奇;張思風;夏小霞;張華龍;左青松;李新;皮文博
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學
• 主分類號: F01K13/00
• 分類號: F01K13/00;F01K13/02;F01K7/00;F01K21/00;F01K25/08;F01K27/00;G06F30/20;G06Q50/06
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本發(fā)明公開了一種朗肯?熱泵系統(tǒng)供需匹配的多時間尺度組分調(diào)控方法。該方法首先根據(jù)建筑負荷需求對朗肯?熱泵系統(tǒng)進行設計，再建立系統(tǒng)變工況數(shù)學模型，并分析組分濃度對系統(tǒng)變工況性能的影響規(guī)律，確定冷熱電能與組分濃度的最優(yōu)匹配關系；在此基礎上，分析建筑負荷影響因素的相關性，利用建筑歷史負荷訓練神經(jīng)網(wǎng)絡并建立短期負荷預測模型，再根據(jù)氣象數(shù)據(jù)預測建筑的日前?日內(nèi)負荷需求。然后，結(jié)合建筑負荷需求建立系統(tǒng)日前優(yōu)化調(diào)度模型，確定系統(tǒng)日前冷熱電能的調(diào)度規(guī)律；依據(jù)日前調(diào)度規(guī)律，建立系統(tǒng)日內(nèi)分層滾動優(yōu)化模型，確定冷熱電能日內(nèi)最優(yōu)調(diào)度規(guī)律。最后，結(jié)合系統(tǒng)最優(yōu)組分Map圖，確定系統(tǒng)日前?日內(nèi)多時間尺度的組分濃度調(diào)控規(guī)律。

技術領域

本發(fā)明涉及系統(tǒng)變工況性能調(diào)節(jié)領域，尤其是涉及一種朗肯-熱泵系統(tǒng)供需匹配的多時間尺度組分調(diào)控方法。

背景技術

有機朗肯循環(huán)(Organic?Rankine?Cycle，簡稱ORC)是一種將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電能的技術，其結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，是當前余熱發(fā)電技術研究的熱點之一。該技術可在回收工業(yè)余熱、太陽能、地熱能等方面廣泛運用。熱泵是一種高效熱量傳遞裝置，熱泵循環(huán)能不斷吸取低溫/高溫熱源的熱量為建筑提供所需的熱能/冷能。朗肯-熱泵系統(tǒng)作為一種新型余熱利用裝置，能利用低品位熱能制取冷量/熱量，不需要消耗額外的電能，可有效緩解電網(wǎng)負荷以及能源短缺問題。

由于用戶的用能負荷以及環(huán)境溫度存在顯著的波動性，因此朗肯-熱泵系統(tǒng)經(jīng)常處于變工況運行狀態(tài)，存在變工況運行性能惡化這一問題。以家用空調(diào)為例，當夏季室外溫度偏離設計工況較大時，難以達到預想的制冷效果，甚至出現(xiàn)系統(tǒng)無法正常工作的情況。在變工況運行時，系統(tǒng)常采用調(diào)節(jié)冷凝壓力、調(diào)節(jié)工質(zhì)質(zhì)量流量等方式，但是這些調(diào)節(jié)方法往往難以從根本上改善系統(tǒng)的運行性能。

非共沸工質(zhì)在相變傳熱時具有溫度滑移的現(xiàn)象，能更好地匹配冷熱源、提升系統(tǒng)熱力性能，為系統(tǒng)組分調(diào)控提供了操作空間。通過調(diào)控朗肯-熱泵系統(tǒng)的組分濃度，一方面可以調(diào)節(jié)熱泵系統(tǒng)的容量，使其輸出的冷/熱能與用戶需求相匹配；另一方面，可以提升ORC系統(tǒng)與環(huán)境的匹配性，使其全年輸出的電能最大化，提高系統(tǒng)的整體性能。

然而，建筑物的冷熱電負荷需求的波動性較大，且建筑物冷熱電負荷的預測值往往與實時用能負荷存在一定偏差；同時，建筑冷/熱能負荷需求具有較大的時間常數(shù)，其響應速度較慢，而電能的響應速度很快，這極大增加了系統(tǒng)組分調(diào)控的難度。因此，將建筑短期負荷預測與多時間尺度滾動優(yōu)化結(jié)合起來，提出一種供需匹配的多時間尺度組分調(diào)控方法，以實現(xiàn)朗肯-熱泵系統(tǒng)多響應時級能源的優(yōu)化調(diào)度，提升系統(tǒng)綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述朗肯-熱泵系統(tǒng)變工況性能調(diào)節(jié)存在的問題，本發(fā)明提供了一種朗肯-熱泵系統(tǒng)供需匹配的多時間尺度組分調(diào)控方法。該方法從多個時間尺度調(diào)節(jié)系統(tǒng)工質(zhì)組分，實現(xiàn)系統(tǒng)供能與建筑用能之間的高效匹配，從而提高系統(tǒng)的變工況運行性能。

采用的技術方案具體實施步驟如下：

(1)記錄建筑物歷史冷熱電負荷需求數(shù)據(jù)，并據(jù)此對朗肯-熱泵系統(tǒng)進行設計，確定系統(tǒng)蒸汽發(fā)生器、膨脹機、冷凝器、工質(zhì)泵、壓縮機、蒸發(fā)器、熱力膨脹閥以及組分調(diào)節(jié)裝置等部件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及設備容量。

(2)根據(jù)系統(tǒng)設計結(jié)果，建立主要部件的變工況數(shù)學模型，并根據(jù)部件之間的熱質(zhì)傳遞關系，建立朗肯-熱泵系統(tǒng)的變工況數(shù)學模型。

(3)分析組分濃度與環(huán)境溫度對系統(tǒng)變工況性能的耦合影響規(guī)律，以朗肯-熱泵系統(tǒng)綜合性能最優(yōu)為目標，確定系統(tǒng)不同負荷輸出與環(huán)境溫度下的最優(yōu)組分，獲得最優(yōu)組分的Map圖。

(4)分析對建筑冷熱電負荷影響較大的因素，建立建筑短期負荷的神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型，并利用建筑歷史冷熱電負荷對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，確定最佳的神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型。

(5)根據(jù)氣象臺的實時天氣預報數(shù)據(jù)，利用短期負荷預測模型及預測誤差模型，對建筑日前與日內(nèi)冷熱電短期負荷需求進行預測。