一种双模式热泵储能效率实时优化控制方法技术

本发明专利技术涉及一种双模式热泵储能效率实时优化控制方法，包括：优化模型建立步骤，所述优化模型的目标函数为瞬时性能系数最大化；模型求解步骤，测量储冷储热装置出口流体温度，采用遗传算法对所述优化模型进行求解，获得优化瞬时性能系数和优化控制参数；优化控制步骤，以所述优化控制参数对热泵储能系统进行控制。与现有技术相比，本发明专利技术通过优化模型，根据用户供冷供热需求设定储冷储热量比例，实时调节节流阀开度、储冷储热循环流体流速和压缩机频率，从而实现某一设定储冷储热比值条件下的双模式储能热泵总储能效率最大化。

Real time optimization control method for dual mode heat pump energy storage efficiency

The invention relates to a dual mode heat pump energy storage control method, real-time optimization efficiency include: optimizing the process of establishing the model, the objective function of the optimization model for the instantaneous maximum coefficient of performance; the steps to solve the model, measurement of cold storage heat storage device outlet fluid temperature, a genetic algorithm is used to solve the optimization model, optimization instantaneous coefficient of performance and optimization of control parameters; optimization control procedures, to the optimization of control parameters of heat pump energy storage control system. Compared with the prior art, the invention through the optimization model, according to the user demand for cooling and heating set cold storage heat storage ratio, opening and cold storage thermal storage cycle fluid velocity and frequency of the compressor so as to realize the real-time adjustment of the throttle valve, a set of dual mode storage cold storage heat ratio under the condition of heat pump total storage efficiency maximum.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种储能热泵优化控制方法，尤其是涉及一种考虑储冷储热比例的双模式热泵储能性能实时优化控制方法。
技术介绍
热泵是一种将低温热源的热量转移到高温热源的装置，通常是先从环境中提取热量，经过电力做功，将不能直接利用的低品位热能转化为可被利用的高品位热能。以往热泵通常仅用于满足供冷或供热需求。2012年Blarke等人提出的双模式储能热泵经过电力做功，将冷水箱的热能转移到热水箱中，并将制冷制热的能量储存起来以满足建筑和工业间歇性热水空调的需要，可以提高间歇性可再生能源在能源系统中的占用率，有助于解决能源匮乏、大气污染和全球变暖日愈严重的世界问题。美国普渡大学针对采用变储能循环水流量提高了双模式储能热泵储热量。双模式储能热泵储能过程中冷热水箱温度瞬时变化，实时优化控制是储能节能的关键之一。但是目前国内外新提出的双模式储能热泵尚缺乏储能效率实时优化控制方法以及根据用户需求控制储冷储热比例的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种兼顾实际供冷供热需求比例的双模式热泵储能效率实时优化控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双模式热泵储能效率实时优化控制方法，包括：优化模型建立步骤，所述优化模型的目标函数为瞬时性能系数最大化；模型求解步骤，测量储冷储热装置出口流体温度，采用遗传算法对所述优化模型进行求解，获得优化瞬时性能系数和优化控制参数；优化控制步骤，以所述优化控制参数对储能装置中储冷储热介质温度瞬时变化的双模式热泵储能系统进行控制，以实现总储能性能效率的优化。所述优化模型的目标函数为约束条件包括：5Hz<f<70Hz50pulses<n<500pulses10℃<th,o<70℃-10℃<tc,o<32℃COPt≥COPt,cr0<QR<1其中，COPt为瞬时性能系数，f为压缩机频率，n为节流阀开度，为循环热流体体积流量，为循环冷流体体积流量，th,o为储热装置出口流体温度，tc,o为储冷装置出口流体温度，QR为储冷储热量比值，COPt,cr为评价函数。所述目标函数基于实验数据拟合模型或数学物理模型建立。所述储冷储热量比值QR基于不同比例的供冷供热量的需求设定。所述评价函数COPt,cr为基于储热装置和储冷装置出口流体不同温度时所达到的最大瞬时性能系数的实验数据建立的随储冷储热装置出口温度变化的瞬态函数，即：COPt,cr＝COPt,max(th,o,tc,o)其中，COPt,max(th,o,tc,o)表示在温度th,o和tc,o下的最大瞬时性能系数。所述采用遗传算法对所述优化模型进行求解具体为：(1)设定遗传算法参数；(2)初始化种群：设定控制参数为压缩机频率、节流阀开度和储冷储热循环流体流量；(3)以待解的目标函数为适应度函数，计算并评价适应度值；(4)通过进化算子生成子代；(5)判断优化结果是否满足终止准则，若是，则输出优化瞬时性能系数和优化控制参数，若否，则产生新种群，重复步骤(3)至(5)进行优化。所述终止准则为适应度值大于等于评价函数所对应的值。还包括：循环控制步骤，判断储热装置平均流体温度是否达到设定值，若是，则控制结束，若否，则更新储冷储热装置出口流体温度后，重复模型求解步骤。所述设定值根据用户需求设定。所述设定值为实际需求供热/冷温度。所述储能介质包括水在内的一切储冷储热介质。与现有技术相比，本专利技术针对储冷储热装置中储能介质温度瞬时变化的双模式双耦合储能热泵系统提出了实时优化方法，基于优化模型，实时调节节流阀开度、储冷储热循环流体流速和压缩机频率，从而实现双模式储能热泵总储能效率最大化。本专利技术提供的方法具有以下优点和特点：(1)双模式储能热泵储能过程中储冷储热装置中流体温度瞬时变化，优化控制策略复杂，本专利技术采用遗传算法实现了储能过程系统整体性能优化；(2)基于实验数据建立优化模型(目标函数即适应度函数)，可以克服复杂的数学物理优化模型建立耗时的缺点；(3)基于储冷储热装置的不同出口流体温度所达到的最大瞬时COP的实验数据建立动态评价函数，有效解决了储能过程储冷储热装置中流体温度瞬时变化时复杂的优化控制问题；(4)模型的约束条件中的储冷储热量比值QR可以根据用户需求给定；(5)根据储冷储热装置出口流体温度，采用实时优化控制系统瞬时性能的方法，进而实现总储能性能效率优化。附图说明图1为本专利技术的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本实施例提供一种双模式热泵储能效率实时优化控制方法，该方法针对储冷储热装置中储能介质温度瞬时变化的双模式双耦合储能热泵系统进行实时优化，本实施中，储能介质为水。该方法包括：优化模型建立步骤，优化模型的目标函数为瞬时性能系数(瞬时COP)最大化：模型求解步骤，测量储冷储热装置出口水温，采用遗传算法对优化模型进行求解，获得优化瞬时性能系数和优化控制参数；优化控制步骤，以优化控制参数对热泵储能系统进行控制。1、优化模型本方法建立的优化模型是基于参数法实验数据建立的瞬时COP和储冷储热量比值QR，与控制变量和冷热水箱出口水温的函数，表达式如下：其中，b1，b2，…，b13表示优化模型的拟合系数。本实施例中采用的约束条件包括：50Hz＜f＜65Hz210pules＜n＜480pules20℃<th,o<70℃0℃<tc,o<32℃COPt＞COPt,cr0<QR<1其中，COPt为瞬时性能系数，f为压缩机频率，n为节流阀开度，为循环热水体积流量，为循环冷水体积流量，th,o为储热装置出口水温，tc,o为储冷装置出口水温，QR为储冷储热量比值，Qhtg为储热量，Qclg为储冷量，COPt,cr为评价函数。2、评价函数评价函数COPt,cr基于储热装置和储冷装置的不同出水温度所达到的最大瞬时性能系数的实验数据建立，即：COPt,cr＝COPt,max(th,o,tc,o)＝a1+a2th,o+a3th,o2+a4tc,o+a5tc,o2其中，COPt,max(th,o,tc,o)表示在温度th,o和tc,o下的最大瞬时性能系数，a1，a2，…，a5表示评价函数的拟合系数。3、优化控制方法过程如图1所示，本方法具体包括以下步骤：(1)基于实验研究确定优化模型，测量储冷储热装置出口水温。(2)设定约束条件、边界条件及遗传算法参数。(3)初始化种群：设定控制参数为压缩机频率、节流阀开度、储冷储热循环水流量。(4)以系统瞬时COP最大化为目标函数，以待解的目标函数为适应度函数，计算并评价适应度值。(5)通过进化算子生成子代。(6)若优化结果满足优化准则，即适应度值大于等于评价函数所对应的值，则确定瞬时优化COP及优化控制参数。(7)若优化结果不满足优化准则，即适应度小于评价函数，产生新种群、重新重复步骤(4)至(6)进行优化。(8)继续测量储冷储热装置出口即时水温，若储热装置内平均水温低于60℃，则更新储冷储热装置出口水温，重复步骤(1)至(7)。(9)储热装置平均水温达到60℃时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双模式热泵储能效率实时优化控制方法，其特征在于，包括：优化模型建立步骤，所述优化模型的目标函数为瞬时性能系数最大化；模型求解步骤，测量储冷储热装置出口流体温度，采用遗传算法对所述优化模型进行求解，获得优化瞬时性能系数和优化控制参数；优化控制步骤，以所述优化控制参数对储冷储热装置中储能介质温度瞬时变化的双模式热泵储能系统进行控制，进而实现总储能性能效率优化。

【技术特征摘要】
1.一种双模式热泵储能效率实时优化控制方法，其特征在于，包括：优化模型建立步骤，所述优化模型的目标函数为瞬时性能系数最大化；模型求解步骤，测量储冷储热装置出口流体温度，采用遗传算法对所述优化模型进行求解，获得优化瞬时性能系数和优化控制参数；优化控制步骤，以所述优化控制参数对储冷储热装置中储能介质温度瞬时变化的双模式热泵储能系统进行控制，进而实现总储能性能效率优化。2.根据权利要求1所述的双模式热泵储能效率实时优化控制方法，其特征在于，所述优化模型的目标函数为MaxCOPt(f,n,V·w,c,V·w,h,th,o,tc,o)]]>约束条件包括：5Hz<f<70Hz50pulses<n<500pulses0.05m3/h<V·w,h<2m3/h]]>0.05m3/h<V·w,c<2m3/h]]>10℃<th,o<70℃-10℃<tc,o<32℃COPt≥COPt,cr0<QR<1其中，COPt为瞬时性能系数，f为压缩机频率，n为节流阀开度，为循环热流体体积流量，为循环冷流体体积流量，th,o为储热装置出口流体温度，tc,o为储冷装置出口流体温度，QR为储冷储热量比值，COPt,cr为评价函数。3.根据权利要求2所述的双模式热泵储能效率实时优化控制方法，其特征在于，所述目标函数基于实验数据拟合模型或数学物理模型建立。4.根据权利要求2所述的双模式热泵储能效率实时优化控制方法，其特征在于，所述储冷储热量比值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，朱威全，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31