一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置，该方法包括确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的供热参数；对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统运行模式的目标函数；构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的优化约束条件；利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统最优的负荷分配。本发明专利技术以经济性最优为目标函数，充分利用热泵能效比高及蓄热电锅炉电价低的优势，大幅度降低电采暖的运行费用，具有较好的经济性、可靠性和稳定性，可广泛用于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖领域。

A load distribution method and device for combined heating of heat pump and regenerative electric boiler

【技术实现步骤摘要】
一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置
本专利技术属于以电供热
，尤其是一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置。
技术介绍
供暖系统的负荷优化分配是现阶段供暖节能的重要手段，对整个系统的经济性会产生很大影响。在机组间进行负荷优化分配就是在保证正常运行的前提下，合理分配各机组所承担的负荷，使系统供暖所消耗的燃料或者所消耗的生产费用主要是燃料费用最小。负荷优化分配不需要对现有设备进行改造就可以完成，利用分配方法对各机组的负荷分配加以优化，这是降低热电燃耗的有效而又简便的方法。对于供热系统的负荷优化分配的任务是：在现有的设备及运行水平条件下，在供热负荷需求一定的情况下，利用供热系统机组间负荷合理调度分配，使整个供热系统消耗的能源最少，在经济性最佳的状态下运行。目前，热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统已经得到了广泛的应用，其系统连接方式包括如图1所示的串联方式和如图2所示的并联方式。当联合供暖运行的各部件机组数固定时，各机组的运行参数、耗能都不一样，因此，如何进行机组的最优负荷分配是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、使用方便且能大幅度降低电采暖运行费用的热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，包括以下步骤：步骤1、确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的供热参数；步骤2、根据步骤1确定的供热参数对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；步骤3、根据步骤2建立的能耗计算模型构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统运行模式的目标函数；步骤4、根据步骤3构建的目标函数构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的优化约束条件；步骤5、根据步骤4构建的优化约束条件利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统最优的负荷分配。所述步骤1的供热参数包括基于建筑热负荷、散热器热性参数和室外温度确定供热参数。所述能耗计算模型包含热泵机组部分负荷下的能耗计算模型；所述热泵机组部分负荷下的能耗计算模型为：COPpl＝COPflf(x)式中：COPpl—热泵机组部分负荷下的能耗；COPh—热泵的性能系数；f(x)—热泵机组负荷系数修正函数；x—热泵机组负荷系数；所述能耗计算模型包含锅炉总负荷的能耗计算模型；所述锅炉总负荷的能耗计算模型为：Q＝F·q+K·F·q·(H1/H2)式中：Q—锅炉总负荷；K—蓄热引起热损失所必须考虑的安全系数，取值为1.10～1.15；F—采暖供热面积；q—采暖建筑负荷指标；H1—用蓄热水箱采暖的时间；H2—电锅炉向蓄热水箱蓄热的时间。所述步骤3以一天24小时的运行费用最小为目标函数，其数学模型F为：式中：minOClh—系统在峰谷电价下所对应的运行费用；Wik—第i台热泵机组在k时段的电力消耗；Wjk—第j台电锅炉在k时段的电力消耗；Pk—第k时的电价；其中，联合供暖系统的运行费用按下式计算：式中：OClh—联合供暖系统的运行费用；Wh—热泵机组的电功；Wb—蓄热电锅炉的电功；Pe—电力价格；T—供暖时长；Qh—热泵的热负荷；Qe—电锅炉的热负荷；COPh—热泵的性能系数；ηe—蓄热电锅炉的热效率，其取值为95％。所述优化约束条件包含联合供暖系统热量平衡约束；所述联合供暖系统热量平衡约束为：式中：Qs—联合供暖系统理论供热量；Qb—用户实际得到的供热量；ηs—联合供暖系统的供热效率；Qh—热泵系统的供热量；Qe—蓄热电锅炉的供热量。所述优化约束条件包含蓄热电锅炉运行条件约束；所述蓄热电锅炉运行条件约束包括下述中的一种或它们的组合：各时刻锅炉给用户的能量和锅炉给蓄热器的能量，以及蓄热器用户的能量均不为负；锅炉给用户的能量和锅炉给蓄热器的均小于等于锅炉在一小时内能提供的最大热量；各时刻蓄热器给用户的热量小于此时刻蓄热器能提供的最大值；任意时刻结束时，蓄热器中存储的热量应不大于蓄热器所能储存的最大热量。所述优化约束条件包含热泵机组运行条件约束；所述热泵机组运行条件约束为：Δtmin≤(ti-to)≤ΔtmaxQh,min≤Qh≤Qh,max式中：—热泵机组的热负荷率；toc,max—冷凝器最高出水温度；toc,max—蒸发器最低出水温度；Δtmin，Δtmax—蒸发器最小、最大设计供回水温差；Qh,min，Qh,max—热泵机组的最小、最大制热量。所述步骤5的二次规划方法包括二次规划和非凸二次规划，所述二次规划方法的目标函数是变量的二次函数，约束条件是变量的线性不等式；假定变量的个数为d，约束条件的个数为m，则标准的二次规划为：s.t.Ax≤b其中x为d维向量，Q∈Rd×d为实对称矩阵，A∈Rm×d为实矩阵，b∈Rm和c∈Rd为实向量，Ax≤b的每一行对应一个约束。一种实现热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法的装置，包括以下模块：确定供热参数模块：用于确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的供热参数；构建能耗计算模型模块：根据供热参数对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；构建目标函数模块：根据能耗计算模型构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统运行模式的目标函数；构建优化约束条件模块：根据目标函数构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的优化约束条件；负荷分配模块：根据优化约束条件利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统最优的负荷分配。所述优化约束条件包括如下一种或它们之间的组合：联合供暖系统热量平衡约束、蓄热电锅炉运行条件和热泵机组运行条件约束。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术设计合理，其根据建筑热负荷、散热器热性参数和室外温度确定供热参数，对系统中存在的耗能设备建立相应的能耗计算模型，依据供热参数和能耗模型进行热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷的最优负荷分配，其充分利用热泵能效比高及蓄热电锅炉电价低的优势，大幅度降低电采暖的运行费用。2、本专利技术以经济性最优为目标函数，以联合供暖系统热量平衡约束、蓄热电锅炉运行条件约束、热泵机组运行条件约束为约束条件，具有较好的经济性、可靠性和稳定性，能够满足联合供暖系统负荷分配需要，并且负荷分配结果适用于热泵和蓄热式电锅炉不同组合采暖方式方案优选性比较。附图说明图1是热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统连接示意图(串联运行模式)；图2是热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统连接示意图(并联运行模式)；图3是本专利技术的热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统负荷分配方法流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例做进一步详述。一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，如图3所示，包括以下步骤：步骤1、确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的供热参数。具体方法为：首先，完成建筑热负荷的预测，对于建设中的建筑，负荷预测模型可以通过两种方式获得：对相同地区功能体型均相似建筑的热负荷进行测试分析获取或者通过建筑负荷模拟获取；对已经建设的建筑，直接计算估算其供暖所需热负荷。其次，获取散热器热性参数和室外温度。最后，基于建筑热负荷、散热器热性参数和室外温度确定供热参数。步骤2、对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统中存在的耗能设备建立相应的能耗计算模型。包括：(1)热泵机组实际运行工况本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的供热参数；步骤2、根据步骤1确定的供热参数对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；步骤3、根据步骤2建立的能耗计算模型构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统运行模式的目标函数；步骤4、根据步骤3构建的目标函数构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的优化约束条件；步骤5、根据步骤4构建的优化约束条件利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统最优的负荷分配。

【技术特征摘要】
1.一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的供热参数；步骤2、根据步骤1确定的供热参数对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；步骤3、根据步骤2建立的能耗计算模型构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统运行模式的目标函数；步骤4、根据步骤3构建的目标函数构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统的优化约束条件；步骤5、根据步骤4构建的优化约束条件利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖系统最优的负荷分配。2.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述步骤1的供热参数包括基于建筑热负荷、散热器热性参数和室外温度确定供热参数。3.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述能耗计算模型包含热泵机组部分负荷下的能耗计算模型；所述热泵机组部分负荷下的能耗计算模型为：COPpl＝COPflf(x)式中：COPpl—热泵机组部分负荷下的能耗；COPh—热泵的性能系数；f(x)—热泵机组负荷系数修正函数；x—热泵机组负荷系数；所述能耗计算模型包含锅炉总负荷的能耗计算模型；所述锅炉总负荷的能耗计算模型为：Q＝F·q+K·F·q·(H1/H2)式中：Q—锅炉总负荷；K—蓄热引起热损失所必须考虑的安全系数，取值为1.10～1.15；F—采暖供热面积；q—采暖建筑负荷指标；H1—用蓄热水箱采暖的时间；H2—电锅炉向蓄热水箱蓄热的时间。4.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述步骤3以一天24小时的运行费用最小为目标函数，其数学模型F为：式中：micOClh—系统在峰谷电价下所对应的运行费用；Wik—第i台热泵机组在k时段的电力消耗；Wjk—第j台电锅炉在k时段的电力消耗；Pk—第k时的电价；其中，联合供暖系统的运行费用按下式计算：式中：OClh—联合供暖系统的运行费用；Wh—热泵机组的电功；Wb—蓄热电锅炉的电功；Pe—电力价格；T—供暖时长；Qh—热泵的热负荷；Qe—电锅炉的热负荷；COPh—热泵的性能系数；ηe—蓄热电锅炉的热效率，其取值为95％。5.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述优化约束条件包含联合供暖系统热量平衡约束；所述联合供暖系统热量平衡约束为：式中：Qs—联合供暖系统理论供热量；Qb—用户实际得到的供热量；η...

【专利技术属性】
技术研发人员：文清丰，金璐，李隆基，郗晓光，钟鸣，成岭，李克成，郭炳庆，张弛，王浩，于波，王迎秋，覃剑，闫华光，唐艳梅，张新鹤，刘铠诚，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司电力科学研究院，国网天津市电力公司，中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12