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专利号: 2021112201088
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种冷热电联供系统的综合运行优化方法,其特征在于,所述方法包括:根据冷热电联供系统建立系统设备数学模型;

对系统设备数学模型设定约束条件;

将制定好的运行策略输入系统设备数学模型,确定优化目标、决策变量、优化约束;

根据优化目标、决策变量、优化约束计算输出最优年总成本、年一次能源消耗量和年二氧化碳排放量;

所述系统设备数学模型包括:内燃发电机数学模型、余热锅炉数学模型、燃气锅炉数学模型、储能系统建模、太阳能光伏发电建模和制冷设备建模;

所述内燃发电机数学模型的方程为:

PICE,e=Vgas·Hgas·ηm·ηp

QICE,q=[Vgas·Hgas·(1‑ηm·ηp)]·(fj+fe)式中PICE,e为内燃发电机发电量,QICE,q为内燃发电机发热量,Vgas为消耗天然气量,Hgas为3

天然气热值,取9.78kwh/m ;ηm为内燃机热效率,ηp为发电效率,fj、fe、分别为缸套水余热、烟气余热占总余热的比例,其中,内燃发电机的相关效率和内燃发电机的部分负荷率相关;

所述余热锅炉数学模型的方程为:

Qrec=ηrec·QICE,q

式中,Qrec为余热锅炉发热量,ηrec为余热锅炉热回收效率;

所述燃气锅炉数学模型的方程为:

QGB=ηGB·Fgas

式中,QGB为燃气锅炉发热量,ηGB为燃气锅炉工作效率,FGAS为燃气锅炉消耗天然气量;

所述储能系统建模包括蓄电池储电和储热罐储热;

所述蓄电池建模的方程为:

式中,Eba(t)和Eba(t‑1)分别为t时刻和t‑1时刻蓄电池中储存的电能,ηba,in和ηba,out分别为蓄电池的充放电效率,Eba,in和Eba,out分别为蓄电池存入和放出的电能;S为蓄电池工作状态,蓄电池充电时,S=1;蓄电池放电时,S=0;

所述储热罐建模的方程为:

式中,Htst(t)和Htst(t‑1)分别为t时刻和t‑1时刻储热罐中储存的热能,ηtst,in和ηtst,out分别为储热罐的充放热效率,取为0.9,Htst,in和Htst,out分别为储热罐存入和放出的热能;C为储热罐的工作状态,储热罐储热时,C=1,储热罐放热时,C=0;

所述太阳能光伏发电建模的方程为:

EPV=A·ηPV·G·(1‑0.005×(t‑25))式中,A为太阳能光伏板的安装面积,G为单位太阳辐照度,t为环境温度,ηpv为光伏板的光电转换系数;

所述制冷设备建模包括制冷设备有吸收式制冷机和电制冷机;

所述吸收式制冷机建模的方程为:

式中,Qh为吸收式制冷机消耗热量,Cac为吸收式制冷机生产冷能,COPac为吸收式制冷机制冷系数;

所述电制冷机建模的方程为:

式中,Eec为电制冷机消耗电能,Cec为电制冷机生产冷能,COPec为电制冷机制冷系数。

2.根据权利要求1所述的冷热电联供系统的综合运行优化方法,其特征在于,所述运行策略包括m0和m1两种模式;通过给予系统中的储能设备在系统运行中的策略决策权,将储能设备作为缓解热电不匹配的枢纽,根据储能容量情况决定运行模式的选择:m0模式下运行时,系统优先满足电需求,以电产能决定热能供给;供电方面,储能设备中的蓄电池工作优先级最高;

m1模式下运行时,系统优先满足热需求,以热产能决定电能供给;供热方面,储热罐工作优先级最高。

3.根据权利要求2所述的冷热电联供系统的综合运行优化方法,其特征在于,m0模式下运行,当蓄电池供电无法满足电需求时,其余依次供电顺序为储能设备中的光伏发电、内燃发电机发电供给电能;当内燃发电机未达到启动功率或超出额定功率时,电网作为备用补足缺额电能;供热方面,通过余热回收系统回收热能供给热需求,当热能不足时,由储能设备中的储热罐和燃气锅炉补足;当热能过多时,多余热能存储到储热罐中,供冷方面,在热能充足时,采用吸收式制冷机供冷;热能不足时,采用电制冷机供给;

m1模式下运行,当储热罐供热无法满足热需求时,由余热回收系统回收内燃发电机产热供能;当内燃发电机未达到启动功率或超出额定功率时,燃气锅炉作为备用补足剩余缺额热能;供电方面,通过光伏发电和内燃发电机产电供给电需求,当电能不足时,由电网补足缺额电能,当电能过多时,多余热能存储到储热罐中;供冷方面,由吸收式制冷机消耗热能供应冷需求。

4.根据权利要求1所述的冷热电联供系统的综合运行优化方法,其特征在于,所述建立系统设备数学模型的方法包括:采集目标建筑的全年冷热电负荷使用情况,并利用聚类算法选取夏季、冬季和过渡季的负荷典型日;

采集目标建筑冷热电联供系统的能量转换、能量传递设备的相关参数信息;

根据负荷典型日与目标建筑相关参数信息建立系统内设备数学模型。

5.根据权利要求1所述的冷热电联供系统的综合运行优化方法,其特征在于,内燃发电机运行约束为:PICE,min≤PICE≤PICE,max

式中,PICE,min和PICE,max分别为内燃发电机的最小和最大输出功率,当内燃发电机的部分负荷率小于0.3时,发电机效率过低,为节约能源,此时内燃发电机不工作,内燃发电机的最小输出功率应为其最小启动功率;内燃发电机的最大输出功率应为其额定功率。

6.根据权利要求1所述的冷热电联供系统的综合运行优化方法,其特征在于,所述余热锅炉运行约束为:Qrec,min≤Qrec≤Qrec,max;

所述燃气锅炉约束为:

式中,QGB,min为燃气锅炉出力下限,QGB,max为燃气锅炉出力上限。

7.根据权利要求1所述的冷热电联供系统的综合运行优化方法,其特征在于,蓄电池的约束为:

Eba,min(t)≤Eba(t)≤Eba,max(t)储热罐的约束为:Htst,min(t)≤Htst(t)≤Htst,max(t)式中,Eba,min(t)和Eba,max(t)为蓄电池储电容量的最小和最大值,Htst,min(t)和Htst,max(t)为储热罐储热容量最小和最大值。

8.根据权利要求1所述的冷热电联供系统的综合运行优化方法,其特征在于,太阳能光伏发电的出力与太阳能光伏的安装面积有关,因此太阳能光伏发电约束为:APV≤Amax

式中,Amax为太阳能光伏板能够安装的最大面积。

9.根据权利要求1所述的冷热电联供系统的综合运行优化方法,其特征在于,吸收式制冷机的相关约束为:Cac,min≤Cac≤Cac,max

电制冷机的相关约束为:

Cec,min≤Cec≤Cec,max

式中,Cac,min和Cac,max为吸收式制冷机输出最小和最大值,Cec,min和Cec,max为电制冷机输出最小和最大值。