基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法，包括：步骤1)基于热力学定律建立民用建筑物热惯性模型，包含蓄热特性和蓄冷特性模型；步骤2)建立冷热电联供系统运行优化模型，以系统日运行费用最低为目标函数，综合考虑设备运行约束、网络约束、室温舒适性约束和供回水温度约束，建立优化模型；步骤3)求解运行优化模型，确定冷热电联供系统中各设备的实时出力、热网各节点的实时供回水温度等，实现系统的统一调度和优化运行，本发明专利技术考虑了建筑物的蓄冷蓄热特性，充分发挥其在削峰填谷、负荷转移方面的作用，利用其在低电价时蓄热/蓄冷，高电价时放热/放冷，从而有效提升系统运行的经济性和灵活性。

【技术实现步骤摘要】
基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法所属领域本专利技术属于综合能源系统运行优化
，具体涉及一种基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法。
技术介绍
能源危机和环境污染是制约人类发展的两大难题，降低能耗、减少环境污染、实现可持续发展的观念深入人心，冷热电联供(CombinedCoolingHeatingandPower,CCHP)系统是一种建立在能量梯级利用基础上的综合产、用能分布式系统。系统安装于终端用户附近，可利用天然气、生物质等一次能源驱动多种联产设备发电，再通过余热利用装置对余热进行回收利用，从而实现同时向用户提供电力、制冷、采暖、生活热水等。CCHP系统由于实现了能量的综合梯级利用以及面向用户需求就地生产和利用，具有更高的能源利用效率、更好的环保性能以及更灵活的运行方式，在世界范围内受到广泛的重视。对于耦合冷热电气等多种能量流系统，供热子系统的蓄热特性在促进整个系统的可再生能源消纳，提升系统运行的灵活性和经济性方面潜力巨大。除了蓄热罐、蓄热槽等主动储热装置外，以区域热网的热惯性和建筑物的蓄热特性为代表的被动式储热装置由于容量大、成本低而受到广泛关注。虽然针对大规模热电联产系统中的建筑物蓄热特性已有一定研究，但是在可再生能源渗透率越来越高的背景下，如何利用建筑物蓄热特性来促进可再生能源消纳，使得CCHP系统灵活经济运行，尚属空白，缺乏深入研究。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中的问题，提供了一种基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法，基于热力学定律建立建筑物的蓄冷蓄热特性模型，充分发挥其在削峰填谷、负荷转移方面的作用，利用其在低电价时蓄冷/蓄热，高电价时放冷/放热，从而有效提升系统运行的经济性和灵活性。同时以系统经济性最优为目标，结合设备约束、电功率平衡约束和建筑物室温约束等多方面运行约束条件，建立CCHP系统运行优化模型，确定系统中各设备的实时出力、热网各节点的实时供回水温度等，实现系统的统一调度和优化运行。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法，包括以下步骤：S1，根据建筑物参数，建立民用建筑物热惯性模型，所述模型分别包括蓄热特性模型和蓄冷特性模型；S2，建立冷热电联供系统运行优化模型，以系统日运行费用最低为目标函数，综合考虑设备运行约束、网络约束、室温舒适性约束和供回水温度约束，建立优化模型；S3，求解运行优化模型，确定冷热电联供系统中各设备的实时出力、热网各节点的实时供回水温度，实现系统的统一调度和优化运行。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S1中蓄热特性模型的核心在于建立室内温度随供水温度和室外环境温度的实时变化关系，蓄热特性模型中的室内温度与围护结构传热耗热功率、冷风渗透耗热功率、冷风侵入耗热功率和通风耗热功率相关，所述蓄热特性模型为：其中，Tair为室内空气的温度；n为调度的时间间隔数，取值为整数；Δt为调度时间间隔；Tiin为第i个调度时间间隔内热网的供水温度；Tiair,ex为第i个调度时间间隔内室外环境的温度；Tair,0为零时刻室内空气的温度；α为散热器和热媒中的不变量系数；α1为围护结构传热耗热功率和冷风渗透耗热功率中的不变量系数；α2为冷风侵入耗热功率和通风耗热功率的不变量系数；α3为室内空气的不变量系数；e为自然对数的底数；所述蓄冷特性模型的核心在于建立室内温度随空调制冷功率和室外环境温度的实时变化关系，蓄冷特性模型中的室内温度与空调提供的制冷功率、空调新风负荷、围护结构传热引起的冷负荷、透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷、室内热源散热引起的冷负荷相关，所述蓄冷特性模型为：其中，Qc为空调提供的制冷功率；β1为围护结构传热引起冷负荷的不变量系数；β2为透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的不变量系数；β3为室内热源散热引起冷负荷的不变量系数；β4～β6为空调新风负荷的不变量系数。作为本专利技术的一种改进，所述散热器的散热功率Qin在热水-空气散热器对流供暖系统中为：Qin＝KradFradβ(Tav-Tair)其中：Krad为散热器的传热系数；Frad为散热器的散热面积；β为散热器组装片数、连接形式和安装形式综合修正系数；Tav为散热器内热媒的平均温度；对于双管热水供暖系统，各组换热器并联连接，散热器内热媒平均温度为其中：Tin为散热器的进水温度，℃；Tout为散热器的出水温度，℃。所述散热器的散热功率在双管热水供暖系统中为：Qin＝cwmw(Tin-Tout)其中：cw为热水的比热容；mw为热水的质量流量；所述散热器的散热功率可由热网供水温度和建筑物室内温度唯一确定。作为本专利技术的一种改进，所述围护结构传热耗热功率为其中：xh为房高附加率；Kenv为建筑物围护结构的传热系数；Fenv为建筑物正对的散热面积；γ为温差修正系数；xo为朝向修正率；xw为风力附加率；所述冷风渗透耗热功率为：其中：为室外空气的定压比热容；ρair,ex为室外空气的密度；Linfil为渗透的冷风量；所述冷风侵入耗热功率为：其中：N为外门的冷风侵入附加率；为建筑物外门引起的围护结构传热耗热量；η为外门基本耗热功率占建筑总体基本耗热功率的比值；所述通风耗热功率为：其中：Lven为建筑物所需的通风量；所述蓄热特性模型中的建筑物室内温度满足如下热传导方程：式中：Qin为散热器的散热功率；cair为室内空气的比热容；ρair为室内空气的密度；Vair为室内空气的体积；t为时间变量。定义不变量系数α、α1～α3：上述热传导方程可进一步表示为：作为本专利技术的另一种改进，所述围护结构传热引起的冷负荷为：其中：分别为外墙和屋面、外玻璃窗的传热系数；F1ex、F2ex分别为外墙和屋面、外玻璃窗的传热面积；所述透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷为：其中：Ca为有效面积系数；Cz为窗玻璃的综合遮挡系数；为日射得热因数的最大值；为窗玻璃冷负荷系数；所述室内热源散热引起的冷负荷为：其中：F3为空调区面积；qe为电气设备的功率密度；为照明散热冷负荷系数；Plamp为照明灯具所需电功率；为人体显热散热冷负荷系数；qs、ql分别为不同室温和劳动性质成年男子显热、潜热散热量；np为室内全部人数；Φ为群集系数；空调的新风负荷为：其中：mnew为新风量；iex、iin分别为室外、室内空气焓值，可由下式计算：其中：dex、din分别为室内、室外空气的含湿量；所述蓄冷特性模型中的建筑物室内温度满足如下热传导方程：其中：Qc为空调提供的制冷功率；定义不变量系数：β1～β6：上述热传导方程可进一步表示为：作为本专利技术的又一种改进，步骤S2建立冷热电联供系统运行优化模型进一步包括：S21，建立以系统日运行费用最低为目标函数，所述系统日运行费用Ctotal至少包括购买天然气费用Cgas、从电网购电费用Celec和运行维护费用Com，即minCtotal＝Cgas+Celec+Com；S22，建立运行优化模型的约束条件，所述约束条件至少包括设备约束和建筑物室温约束。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S21目标函数中其中：P和Q分别为设备的输出电功率和输出热功率；ηloss为设备的损耗系数；pgas和分别为天然气价格和分时电价；PtGrid为从电网购电功率；Sgas、Selec和S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，根据建筑物参数，建立民用建筑物热惯性模型，所述模型分别包括蓄热特性模型和蓄冷特性模型；S2，建立冷热电联供系统运行优化模型，以系统日运行费用最低为目标函数，综合考虑设备运行约束、网络约束、室温舒适性约束和供回水温度约束，建立优化模型；S3，求解运行优化模型，确定冷热电联供系统中各设备的实时出力、热网各节点的实时供回水温度，实现系统的统一调度和优化运行。

【技术特征摘要】
1.基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，根据建筑物参数，建立民用建筑物热惯性模型，所述模型分别包括蓄热特性模型和蓄冷特性模型；S2，建立冷热电联供系统运行优化模型，以系统日运行费用最低为目标函数，综合考虑设备运行约束、网络约束、室温舒适性约束和供回水温度约束，建立优化模型；S3，求解运行优化模型，确定冷热电联供系统中各设备的实时出力、热网各节点的实时供回水温度，实现系统的统一调度和优化运行。2.如权利要求1所述的基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法，其特征在于所述步骤S1中蓄热特性模型的核心在于建立室内温度随热网供水温度和室外环境温度的实时变化关系，蓄热特性模型中的室内温度与围护结构传热耗热功率、冷风渗透耗热功率、冷风侵入耗热功率和通风耗热功率相关，所述蓄热特性模型为：其中，Tair为室内空气的温度；n为调度的时间间隔数，取值为整数；Δt为调度时间间隔；Tiin为第i个调度时间间隔内热网的供水温度；Tiair,ex为第i个调度时间间隔内室外环境的温度；Tair,0为零时刻室内空气的温度；α为散热器和热媒的不变量系数；α1为围护结构传热耗热功率和冷风渗透耗热功率中的不变量系数；α2为冷风侵入耗热功率和通风耗热功率中的不变量系数；α3为室内空气的不变量系数；e为自然对数的底数；所述蓄冷特性模型的核心在于建立室内温度随空调制冷功率和室外环境温度的实时变化关系，蓄冷特性模型中的室内温度与空调提供的制冷功率、空调新风负荷、围护结构传热引起的冷负荷、透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷、室内热源散热引起的冷负荷相关，所述蓄冷特性模型为：其中，Qc为空调提供的制冷功率；β1为围护结构传热引起冷负荷的不变量系数；β2为透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的不变量系数；β3为室内热源散热引起冷负荷的不变量系数；β4～β6为空调新风负荷的不变量系数。3.如权利要求2所述的基于民用建筑物热惯性的冷热电联供系统运行优化方法，其特征在于所述热水-空气散热器的散热功率Qin为：Qin＝KradFradβ(Tav-Tair)其中：Krad为散热器的传热系数；Frad为散热器的散热面积；β为散热器组装片数、连接形式和安装形式综合修正系数；Tav为散热器内热媒的平均温度；对于双管热水供暖系统，各组换热器并联连接，散热器内热媒平均温度为其中：Tin为散热器的进水温度；Tout为散热器的出水温度；所述散热器的散热功率在双管热水供暖系统中为Qin＝cwmw(Tin-Tout)其中：cw为热水的比热容；mw为热水的质量流量；所述散热器的散热功率可由热网供水温度和建筑物室内温度唯一确定：所述围护结构传热耗热功率为其中：xh为房高附加率；Kenv为建筑物围护结构的传热系数；Fenv为建筑物正对的散热面积；γ为温差修正系数；xo为朝向修正率；xw为风力附加率；所述冷风渗透耗热功率为：其中：为室外空气的定压比热容；ρair,ex为室外空气的密度；Linfil为渗透的冷风量；所述冷风侵入耗热功率为：其中：N为外门的冷风侵入附加率；为建筑物外门引起的围护结构传热耗热量；η为外门基本耗热功率占建筑总体基本耗热功率的比值；...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾伟，姚帅，周苏洋，陆帅，吴晨雨，潘光胜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32