一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法技术

本发明专利技术公开一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法：将冷热电联供微网能量流解耦为供冷网能量流、供热网能量流、供电网潮流和能源站内部能量流；采用前推回代法获取供冷网络的冷量和温度分布，从而得到供冷网能量流；采用前推回代法获取供热网络的热量和温度分布，从而得到供热网能量流；计算负荷侧和能源站的各个循环泵消耗的电功率，更新负荷节点的电力负荷，并进行供电网络的潮流计算；进行能源站内部能量流的计算，获得燃气发电机的总有功出力，以及电制冷机和电热锅炉消耗的电功率。本发明专利技术根据供冷网和供热网的放射性结构特点采用前推回代法进行供冷网和供热网的能量流计算，既降低了计算复杂度，又显著提高了计算速度。

【技术实现步骤摘要】
一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法
本专利技术涉及冷热电联供微网系统领域，具体涉及一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法。
技术介绍
冷热电联供微网技术是推动多能源微网发展和应用的技术，冷热电联供微网作为除了供给本地电力负荷外，还承担起本地的供冷和供热任务，能够进一步提高微网运行的经济、环境效益。冷热电联供微网通过燃气轮机等发电设备，将天然气燃烧产生的热能转化为机械能，并进一步转化为电能向用户供电，同时，利用做过功的热量或者余热(比如高温烟气，缸套热水等)通过制冷和制热设备向用户供冷和供热。冷热电联供微网实现了能量的梯级利用，提高了一次能源的转换效率，在新兴工业园区的能量供应方面得到了广泛应用。冷热电联供微网运行中，随着用能负荷的不断变化，其运行状态跟着变化，因而必须实时监视和判断微网中各元件的运行状态是否满足安全要求，这可通过冷热电联供微网的能量流计算来得到其实时的运行状态。因此，在给定的系统运行条件下，如何执行冷热电联供微网的能量流计算，以得到整个冷热电联供微网的运行状态，是一个亟需解决的关键技术问题。参看图1，冷热电联供微网能量流计算是已知供冷网的冷负荷、供热网的热水负荷和供电网的电负荷，在给定冷热电联供微网中各元件连接关系及元件参数的前提下，求解整个冷热电联供微网的能量分布，如供电网的支路功率和节点电压、供冷网和供热网的管道流量和节点温度，及能源站内部发电功率、制冷功率和制热功率的分配等，以获得整个冷热电联供微网的运行状态。目前，已有的冷热电联供微网能量流计算方法，常采用将供冷网、供热网和供电网的方程联立起来求解的统一计算方法。由于模型是非线性代数方程组，常采用牛拉法进行迭代求解。统一计算方法将具有不同物理特性的网络方程一起求解，不但计算复杂度高，而且收敛性较差，计算时间也较长。因此，如何根据冷热电联供微网的结构特点实现对冷热电联供微网能量流的解耦计算，既简化计算，又提高计算速度，亟需提出合理的计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，根据冷热电联供微网仅在能源站和负荷存在着耦合环节而中间的供冷网、供热网、供电网相互独立的特点，将冷热电联供微网能量流计算解耦成供冷网能量流计算、供热网能量流计算、供电网潮流计算和能源站内部能量流计算4个部分，并根据供冷网和供热网的放射性结构特点采用前推回代法进行供冷网和供热网的能量流计算，既降低了计算复杂度，又显著提高了计算速度。为达到上述专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术公开一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，应用于能源站的燃气发电机、电制冷机、吸收式制冷机、余热锅炉、换热机组和电热锅炉的三联供机组，其对于每个电网的负荷节点对应有一个供冷节点和一个供热节点，包括步骤如下：步骤S1,将冷热电联供微网能量流解耦为供冷网能量流、供热网能量流、供电网潮流和能源站内部能量流；步骤S2，采用前推回代法获取供冷网络的冷量和温度分布，从而得到供冷网能量流；步骤S3，采用前推回代法获取供热网络的热量和温度分布，从而得到供热网能量流；步骤S4，计算负荷侧和能源站的各个循环泵消耗的电功率，更新负荷节点的电力负荷，并进行供电网络的潮流计算；步骤S5，进行能源站内部能量流的计算，获得燃气发电机的总有功出力，以及电制冷机和电热锅炉消耗的电功率。本专利技术的一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法相比现有技术，具有如下效果：1)将冷热电联供微网能量流计算解耦成供冷网能量流计算、供热网能量流计算、电网潮流计算和能源站能量流计算4个部分，既降低了计算复杂度，又显著提高了计算速度；2)采用前推回代法进行供冷网计算和供热网计算，进一步简化计算并提高计算速度；3)供电网潮流计算部分可利用已有的计算程序，不需要额外编写程序代码。附图说明图1为本专利技术的冷热电联供微网能量流的结构框图。图2为本专利技术的冷热电联供微网能量流的解耦计算方法的步骤图。图3为本专利技术的冷热电联供微网能量流的解耦计算方法的具体流程框图。图4为本专利技术实施例的某园区冷热电联供微网。图5为图4冷热电联供微网的供电网各节点电压幅值。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。本专利技术拟提出一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，该方法根据冷热电联供微网仅在能源站和负荷存在着耦合环节而中间的供冷网、供热网、供电网相互独立的特点，将冷热电联供微网能量流计算解耦成供冷网能量流计算、供热网能量流计算、供电网潮流计算和能源站内部能量流计算4个部分，并根据供冷网和供热网的放射性结构特点采用前推回代法进行供冷网和供热网的能量流计算，既降低了计算复杂度，又显著提高了计算速度。另外，供电网潮流计算部分可利用已有的成熟的计算程序，不需要额外编写程序代码。参看图2和图3，本专利技术的冷热电联供微网能量流解耦计算的流程图：本专利技术提出一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，其具体过程如下：首先，采用前推回代法进行供冷网络的冷量和温度分布计算，如下：a1)设定负荷侧的风机盘管进水温度初值为令k＝0；a2)根据风机盘管的模型式(1)，得到负荷节点冷水流量的计算公式(2)，从而计算各个负荷节点的冷水流量φc.j＝cwmcq.j(Tcr.j-Tcw.j)(1)式中，φc.j为风机盘管的冷负荷功率，mcq.j为流过风机盘管的冷水流量，Tcw.j为换热器的进水温度，Tcr.j为换热器的回水温度，cw为水的比热容。a3)根据各个节点的冷水流量，以及区域供冷管网的管道连接关系求出供水侧各段管道的流量a4)由供水侧各段管道的流量，根据供冷管网的温升模型式(3)，从冷源侧开始，根据已知的冷源侧供水温度Tcw.source，计算求得各个供冷节点的温度，即风机盘管进水温度更新值式中，Tip为管道进水温度，Top为管道出水温度，λ为管道单位长度传热系数，L为管道长度，Ta为环境温度，mj为管道流量。a5)利用更新后的风机盘管进水温度令k＝k+1，重复步骤a2)、a3)和a4)，直到满足第一收敛条件ε为预先给定的小正数，即可求出各负荷节点供水侧的温度和冷水流量；a6)由收敛后的负荷节点的冷水流量，根据管道温降温升模型式(3)和温度混合模型式(4)，求出回水侧的各节点温度和冷源回水侧节点的温度Tcr.source，并由式(5)确定冷源侧的总供冷需求：Σ(minTin)＝(Σmout)Tout(4)φc.total＝cwmc.s(Tcr.source-Tcw.source)(5)式中，min和mout分别为流入和离开节点的流体流量，Tin和Tout分别为混合前流入节点的各流体温度和混合后的流体温度；φc.total为冷源侧的总供冷需求，Tcw.source为冷源侧制冷机的设定供水温度。其次，采用前推回代法进行供热水网络的热量和温度分布计算，如下：b1)设定负荷侧的换热器进水温度初值令k＝0；b2)由换热器的模型(6)，得到负荷节点热水流量的计算公式(7)，从而计算各个负荷节点的热水流量φh.j＝cwmhq.j(Thw.j-Thr.j)(6)式中，φh.j为换热器的热负荷，mhq.j为流过换热器的热水流量，Thw.j本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，应用于能源站的燃气发电机、电制冷机、吸收式制冷机、余热锅炉、换热机组和电热锅炉的三联供机组，其对于每个电网的负荷节点对应有一个供冷节点和一个供热节点，其特征在于，包括步骤如下：步骤S1,将冷热电联供微网能量流解耦为供冷网能量流、供热网能量流、供电网潮流和能源站内部能量流；步骤S2，采用前推回代法获取供冷网络的冷量和温度分布，从而得到供冷网能量流；步骤S3，采用前推回代法获取供热网络的热量和温度分布，从而得到供热网能量流；步骤S4，计算负荷侧和能源站的各个循环泵消耗的电功率，更新负荷节点的电力负荷，并进行供电网络的潮流计算；步骤S5，进行能源站内部能量流的计算，获得燃气发电机的总有功出力，以及电制冷机和电热锅炉消耗的电功率。

【技术特征摘要】
1.一种冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，应用于能源站的燃气发电机、电制冷机、吸收式制冷机、余热锅炉、换热机组和电热锅炉的三联供机组，其对于每个电网的负荷节点对应有一个供冷节点和一个供热节点，其特征在于，包括步骤如下：步骤S1,将冷热电联供微网能量流解耦为供冷网能量流、供热网能量流、供电网潮流和能源站内部能量流；步骤S2，采用前推回代法获取供冷网络的冷量和温度分布，从而得到供冷网能量流；步骤S3，采用前推回代法获取供热网络的热量和温度分布，从而得到供热网能量流；步骤S4，计算负荷侧和能源站的各个循环泵消耗的电功率，更新负荷节点的电力负荷，并进行供电网络的潮流计算；步骤S5，进行能源站内部能量流的计算，获得燃气发电机的总有功出力，以及电制冷机和电热锅炉消耗的电功率。2.根据权利要求1所述的冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S21，根据风机盘管的冷负荷功率与冷水流量、进回水温度之间的关系，得到各个负荷节点的冷水流量步骤S22，根据各个负荷节点的冷水流量以及区域冷管网的管道连接关系求出供水侧各段管道的流量；步骤S23，由供水侧各段管道的流量，根据供冷管网的温升模型式，从冷源侧开始，根据已知的冷源侧供水温度Tcw.source，计算求得各个供冷节点的温度，即风机盘管进水温度更新值步骤S24，利用更新后的风机盘管进水温度令k＝k+1，重复步骤S21、步骤S22、步骤S23直到满足第一收敛条件ε为预先给定的小正数，即可求出各负荷节点供水侧的温度和冷水流量。3.根据权利要求2所述的冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，其特征在于，所述步骤S3具备包括：步骤S31，根据换热器的热负荷功率与热水流量、进回水温度之间的关系，得到各个负荷节点的热水流量步骤S32，根据各个负荷节点的热水流量以及区域供热管网的管道连接关系求出供水侧各段管道的流量步骤S33，由供水侧各段管道的流量，根据供热管网的温降模型，从热源侧开始，根据已知的热源侧供水温度Thw.source，计算求得各个供热节点的温度，即换热器进水温度更新值步骤S34，利用更新后的换热器进水温度令k＝k+1，重复步骤S31、S32、S33，直到满足第二收敛条件即可求出各负荷节点供水侧的温度和热水流量。4.根据权利要求3所述的冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，其特征在于，所述步骤S4进行供电网络的潮流计算,具体包括如下：步骤S41,根据收敛后的负荷节点的冷水流量和热水流量，计算负荷侧和能源站的循环水泵消耗的电功率；步骤S42，假定循环泵负荷按照额定功率因数运行，则计算并更新带循环水泵的负荷节点的电力负荷：步骤S43，当给定配电网供给微网的有功功率，则以配电网与微网的边界节点为PV节点，燃气发电机端为平衡节点，通过潮流计算即可得到能源站中燃气发电机供给除电制冷机和电热锅炉外的其他所有电力负荷的总有功需求Pes。5.根据权利要求4所述的冷热电联供微网能量流的解耦计算方法，其特征在于，步骤5所述的能源站内部能量流的计算，具体包括：步骤S51，采用三次模式的燃气发电机效率模块，以能源站燃气发电机的总有功出力设计燃气发电机效率模块，从而求出燃气发电机输出的余热功率；式中，ηG为燃气发电机的效率，a、b、c和d分别为燃气发电机的发电效率系数，为燃气发电机的发电功率和额定发电功率的比值，进而求出燃气发电机输出的余热功率φw为：φw＝PG·(1-ηG)/ηG：步骤S52，将余热功率φw以一定比例率αwater和αsmoke分配得到热水型吸收式制冷机输入的余热功率φwater和烟气型吸收式制冷机输入的余热功率φsmoke；步骤S53，并依据余热功率φwater和余热功率φsmoke，分别求得冷源侧的离心式电...

【专利技术属性】
技术研发人员：林舜江，杨智斌，王雅平，卢苑，刘明波，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44