联合冷却加热发电厂的热-经济学建模和优化制造技术

一种管理联合冷却加热发电（CCHP）厂的运行成本的方法，该方法包括：将发电厂的基本部件的复杂模型转换成简化模型（S101）；执行优化，所述优化将简化模型用作优化的约束以输出至少一个决策变量（S102）；以及基于所输出的决策变量中的一个或多个来调整对发电厂的控制（S103）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】联合冷却加热发电厂的热-经济学建模和优化相关申请的交叉引用 本公开要求于2011年8月18日提交的美国临时专利申请第61/524，891号的优先权，该临时专利申请的公开内容以参考的方式并入本文中。
本公开总体上涉及发电厂的热-经济学建模和优化，更具体地，涉及联合冷却加热和发电厂的热-经济学建模和优化。
技术介绍
在住宅和商业部门中联合冷却加热发电厂(CCHP )正在变得日益普遍，用于满足期望的能量需求。因为这些系统在一个场所整合了冷却、加热和发电能力，所以它们潜在地导致资金成本较低。描述这些系统的特征的多个能量源的存在，还提供用于减少能耗和温室气体排出的具有重大意义的可能性。包括监制层的分层范例可用于控制这种系统。该监控层决定重要发电厂运行参数(诸如部件开/关状态、水和气体温度、质量流率等)的设定点。然而，可能难以确定对于提供高效发电厂运行而言将会是最优的这些设定点。CCHP部件的详细模型是可获得的。然而，用于整个发电厂优化的这种详细模型的集成会导致长的计算时间以及与实施相关的其它实际问题。因此，需要开发出降阶模型，这些降阶模型准确地保留了详细模型中所包含的重要的相关性并且还允许将它们用于高效可靠的优化。
技术实现思路
根据本专利技术的一个示例性实施例，一种管理联合冷却加热和发电(CCHP)厂运行成本的方法包括:将该发电厂基本部件的复杂模型转换成简化模型；执行优化，所述优化将简化模型用作优化的约束以输出多个决策变量；以及基于所输出的决策变量中的一个或多个来调整对发电厂的控制。根据本专利技术的一个示例性实施例，联合冷却加热发电(CCHP)厂包括冷却单元、力口热单元、供电单元以及计算机，计算机包括存储器和处理器，存储器包括程序，处理器构造成执行该程序。该程序包括以下指令:将各单元的基本部件的复杂模型转换成简化模型；执行优化，所述优化将简化模型用作优化的约束以输出决策变量；以及基于所输出的决策变量中的一个或多个来调整对发电厂的单元中的至少一个单元的控制。【附图说明】基于下面的描述并结合附图，可以更详细地理解本专利技术的示例性实施例，在附图中: 图1示出了根据本专利技术一个示例性实施例的管理CCHP的成本的方法。图2示出了 CCHP的图解。图3示出了一个示例性的CCHP。图4示出了冷却器的复杂模型的一个实例。图5示出了热能储存罐的复杂模型的一个实例。图6示出了燃气轮机的复杂模型的一个实例。图7示出了图6的复杂模型的闭环。图8示出了根据本专利技术一个示例性实施例的在加料模式中的热能储存罐的简化模型。图9示出了根据本专利技术一个示例性实施例的热回收蒸汽发生器的简化模型。图10示出了蒸汽回路的一个实例。图11示出了能够执行根据本专利技术实施例的方法和系统的计算机系统的一个实例。【具体实施方式】下面参照图1至图11更详细地描述本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可通过不同的形态实施，并且不应被理解成局限于本文中陈述的实施例。应该理解的是，本文中描述的系统和方法可在各种形式的硬件、软件、固件、专用处理器、或者其组合中实施。具体地，至少一部分的本专利技术可通过包括程序指令的应用程序的形式而实施，这些程序指令有形地被包括在一个或多个程序存储装置(例如，硬盘、软磁盘、RAM、ROM、CD-ROM等)中并且可由包括合适结构的任何装置或机器(诸如具有处理器、存储器和输入/输出接口的通用数字计算机)执行。还应该理解的是，因为部分的附图中所示组成系统部件和过程步骤可在软件中执行，所以各系统模块之间的连接(或者方法步骤的逻辑流程图)可基于对本专利技术进行编程的方式而变化。考虑到本文中的教示，相关领域的技术人员将能够想出本专利技术的这些实施例和类似实施例。图1示出了根据本专利技术一个示例性实施例的优化联合加热冷却发电(CCHP)厂的性能的方法。该方法包括:将发电厂的基本部件的复杂模型转换成简化模型(SlOl);执行优化，所述优化将简化模型用作优化的约束以输出多个决策变量(S102);以及利用所输出的决策变量来调整发电厂控制(S103)。图2示出了包括冷却单元210、加热单元220和供电单元230的CCHP厂的一个实例。图3中示出了 CCHP厂的一个示例性实施例。CCHP厂包括七个电冷却器211，这些电冷却器产生冷水(例如，降低所接收的水的温度)，所述冷水用于冷却或者用于储存在热能储存(TES)罐212中。在一个示例性实施例中，冷却器211是电冷却器。冷却器211和TES罐212构成用以满足冷却需求的冷却单元210的源部件。CCHP厂还包括提供电功率的燃气轮机231和蒸汽轮机232。来自燃气轮机231的排气的热力学能是用于将热回收蒸汽发生器(HRSG) 221中的水加热以便产生用于驱动蒸汽轮机232的蒸汽和用于供热的热水。因此，燃气轮机231和蒸汽轮机232构成用以满足电力需求的供电单元230的源部件。HRSG 221或者HRSG 221连同燃气轮机231 —起可被视为用以满足加热需求的加热单元220的源部件。图3中示出的CCHP厂只是作为便于理解与根据本专利技术示例性实施例的上述发电厂类似或相同的优化方法的一个实例。然而，CCHP并不局限于任何特定构造，因为冷却器、热能储存系统和涡轮的数量和类型可发生变化，并且这些部件中的部分部件可以不存在于替代的构造中。例如，该优化方法可以适用于仅包括加热单元、仅包括冷却单元、仅包括供电单元、或者其各种组合的发电厂。图4示出了冷却器211中的一个冷却器的复杂模型的一个实例。冷却器211可包括一个或多个基本部件，诸如蒸发器、冷凝器、压缩机、冷却塔和水泵。在本专利技术的一个示例性实施例中，利用对数平均温差(LMTD)法对蒸发器和/或冷凝器进行建模，利用非等熵压缩过程以及适当的等熵效率查找图对压缩机进行建模，利用传质单元数(NTU)构架对冷却塔进行建模。可以通过冷却器211的实验数据对这些模型进行验证。例如，如果实验数据的性能系数(C0P)、冷却器效率度量很好地符合由所选模型做出的预测，则已选择了正确的模型。图5示出了TES罐212的复杂模型。罐212沿着其高度被划分为100个控制体积，并且质量和能量守恒定律适用于每个控制体积。可假设罐212与环境的绝缘良好而且在任何给定时间罐212正在加料或排出。在加料模式中，来自冷却器系统的一部分供给水被加入罐212中，用于来自底部的热储存。在排出模式中，来自罐212的冷水被用于满足冷却需求。如果基于实验数据所形成的温度曲线很好地符合复杂模型的温度曲线，则可验证该复杂模型。图6示出了燃气轮机231的复杂模型。参照图6，燃气轮机(GT)的模型包括压缩机231-1、燃烧器231-2和涡轮231-3。在此实例中，图示的GT模型是Solar Titan? 130燃气轮机。然而，本专利技术并不局限于任何特定的GT。图7示出了图6的闭环模型，该闭环模型包括温度控制器701以及带有速度和加速度控制的功率控制器702。这些控制器控制涡轮出口温度(TET)、涡轮输出功率、轴转速和轴加速度。可基于各基本部件(例如，压缩机231-1、燃烧器231-2、涡轮231-3和发电机轴)的质量和能量燃烧的热力学定律而生成GT模型，并且利用来自现场试验的数据加以验证。一旦CCHP的各部件的复杂模型已被确认，则用可以更容易被优化的简化版本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管理联合冷却加热发电（CCHP）厂的运行成本的方法，所述方法包括：将所述发电厂的基本部件的复杂模型转换成简化模型；执行优化，所述优化将所述简化模型用作所述优化的约束，以输出决策变量；以及基于所输出的决策变量中的一个或多个来调整对所述发电厂的控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.18 US 61/5248911.一种管理联合冷却加热发电(CCHP)厂的运行成本的方法，所述方法包括: 将所述发电厂的基本部件的复杂模型转换成简化模型； 执行优化，所述优化将所述简化模型用作所述优化的约束，以输出决策变量；以及 基于所输出的决策变量中的一个或多个来调整对所述发电厂的控制。2.如权利要求1所述的方法，其中，在表示所述发电厂的冷却器的所述简化模型中的一个模型中，将所述发电厂的冷却器的返回和供给水温度保持恒定。3.如权利要求2所述的方法，其中，向所述冷却器的简化模型的转换包括: 利用冷却量以及一个或多个系数来生成代表所述冷却器的功率需求的多项式；以及 对所述多项式执行线性回归，以确定所述系数的值。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述发电厂的热能储存罐的简化模型中的一个模型是所述罐的两层模型。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述罐的简化模型包括代表所述罐的加料模式的第一约束、以及代表所述罐的排出模式的第二约束。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述第一组约束包括基于第一层的温度的所述罐的加料温度，并且所述第二组约束包括基于第二层的温度的所述罐的排出温度。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述加料和排出温度基于分别由流入和流出所述罐的质量流率所确定的时延。8.如权利要求7所述的方法，其中，向所述罐的简化模型的转换包括: 执行受制于所述第一组约束的基于所述加料温度的全局优化；以及 执行受制于所述第二组约束的基于所述排出温度的全局优化。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述简化模型中的一个模型表示所述发电厂的燃气轮机并且是基于由所述燃气轮机产生的期望电功率的多项式。10.如权利要求9所述的方法，其中，所述多项式表示所述燃气轮机的燃料消耗率、排气流率或者涡轮出口温度中的一个。11.如权利要求1所述的方法，其中，所述简化模型中的一个模型表示被建模成集中式逆流换热器的热回收蒸汽发生器(HRSG)。12.如权利要求11所述的方法，其中，所述HRSG的简化模型包括以下约束:(i)不存在从所述HRSG的进口到出口的压力降，(ii)所述HRSG内的压力下降达常数因子，以及(iii)在所述HRSG的操作范围内，饱和温度和水蒸发的比焓线性地取决于饱和压力。13.如权利要求1所述的方法，其中，所述简化模型中的一个模型表示包括蒸汽轮机的所述发电厂的蒸汽回路，所述简化模型包括以下约束:(i)除气器和冷凝器在恒定压力下操作，(ii)离开和进入所述蒸汽回路的水的压力和温度是恒定的，(iii)驱动所述蒸汽轮机的蒸汽表现为类似于理想气体，以及(iv)所述回路中的蒸汽的质量流率与向所述蒸汽轮机提供排气的燃气轮机中的燃料质量流率成比例。14.如权利要求1所述的方法，其中，执行所述优化包括: 使目标函数最小化，所述目标函数包括代表电网电力成本的项和代表燃料成本的项的总和；以及 在所述最小化中使用所述简化模型作为约束。15.如权利要求14所述的方法，其中，在至少两个相继的时段内对用于所述项的数据进行采样。16.如权利要求1所述的方法，其中，所述决策变量包括冷却水的水质量流率、冷却水总供给量、冷却水供给温度、返回流的温度、燃气轮机的运行功率水平和所购买的电量中的至少一种变量。17.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括能够由处理器执行的指令，以实施用于管理联合冷却加热发电(CCHP)厂的运行成本的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：V钱丹，I阿克罗蒂里亚纳基斯，A查克拉博尔蒂，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE