计及能效的含热泵与电热混合储能的建筑微能源网双层优化配置方法技术

本发明专利技术提供一种计及能效的含热泵与电热混合储能的建筑微能源网双层优化配置方法，属于建筑微能源网规划设计技术领域；包括：建立室内空调换热模型、计算考虑室内空调换热特性的建筑典型日逐时空调负荷需求、构建双层优化配置模型、求解模型并输出微能源网优化配置方案。本发明专利技术基于一阶ETP模型计算房间温度通过三档风量调节的建筑逐时空调负荷需求，更贴近实际场景，为微能源网的优化配置提供更准确的空调负荷需求数据；构建模型时考虑非标准工况对热泵运行效率的影响，尤其是热泵处于直接供冷和蓄冷两种不同模式时冷冻出水温度差异导致的能效差异，获得建筑微能源网优化配置方案，提升了建筑微能源网的全寿命周期经济性、运行经济性与能效性。运行经济性与能效性。运行经济性与能效性。

【技术实现步骤摘要】
计及能效的含热泵与电热混合储能的建筑微能源网双层优化配置方法


[0001]本专利技术属于建筑微能源网规划设计
，尤其涉及一种计及能效的含热泵与电热混合储能的建筑微能源网双层优化配置方法。

技术介绍

[0002]应用风电、光伏、地热能等可再生能源是建筑业碳减排的必要途径。建筑微能源网将新型储能、新能源发电、集中供冷/热有机结合，实现多能互补，具有运行经济高效的优势，发展前景广阔。微能源网的规划设计至关重要，在满足用户负荷需求的前提下，存在多种系统配置方案，不仅关乎初投资成本，也影响将来运行的经济性和能效性。
[0003]专利文献（CN112800519A）提出基于二阶ETP模型空气源热泵类负荷蒙特卡洛建模方法，公开了一种采用二阶等效热参数（equivalent thermal parameter，ETP）模型与蒙特卡洛模拟的空调负荷建模方法，但是该方法将房间空调的温度调节策略简化为通断控制，区别于实际应用中风机盘管采用三档风量+电磁阀通断调节的形式，简化模式会导致房间温度的频繁波动，与实际情况差异较大。
[0004]《含热泵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及能效的含热泵与电热混合储能的建筑微能源网双层优化配置方法，其特征在于，包括如下过程：步骤1：基于一阶ETP模型建立风机盘管采用3档风量调控室温的室内空调换热模型；步骤2：基于步骤1建立的室内空调换热模型，计算考虑室内空调换热特性的建筑典型日逐时空调负荷需求，包括冷负荷、热负荷；步骤3：基于步骤2获取的建筑典型日逐时空调负荷需求，构建建筑微能源网的双层优化配置模型；双层优化配置模型包括上层模型和下层模型，上层模型为配置优化模型，以建筑微能源网的全寿命周期成本净现值最小化为目标函数，以能源设备的配置类型和数量为决策变量，约束条件包括能源设备的安装空间约束或安装数量约束、初投资约束；下层模型为运行优化模型，以典型日运行成本和典型日综合能效为目标函数，以典型日能源设备的运行状态和出力为决策变量，约束条件包括功率平衡约束、能源设备性能约束、子系统出力约束；步骤4：对步骤3构建的双层优化配置模型进行求解，输出微能源网优化配置方案。2.根据权利要求1所述的计及能效的含热泵与电热混合储能的建筑微能源网双层优化配置方法，其特征在于，所述步骤1中，室内空调换热模型公式如下式（1）所示：（1）式中，、分别为时刻室内空气温度、室外空气温度；为外围护结构的综合热阻；为室内空气热容；为时间步长；为时刻的室内人员散热；为时刻太阳辐射得热量，包括窗户的太阳辐射得热量与外墙或屋顶的太阳辐射得热量；为时刻的空调的出力，制冷为正，制热为负；设定各房间的温度调节方式相同，均为房间空调器监测室内温度偏差自动调整风量为3档及关闭状态，调整空调的供冷/热量以适应温度变化，其中，制冷模式下末端空调的供冷量随室内温度的变化如下式（4
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1）所示，制热模式下末端空调的供热量随室内温度变化的规律如下式（4
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2）所示：（4
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1）（4
‑
2）
式中，、、分别为风量为高、中、低档位时末端空调器的供冷量；为末端空调的温度控制鲁棒区；为时刻房间的室内温度设定值。3.根据权利要求1所述的计及能效的含热泵与电热混合储能的建筑微能源网双层优化配置方法，其特征在于，所述步骤2中，计算考虑室内空调换热特性的建筑典型日逐时空调负荷需求的具体过程如下：选取1年中的个典型日，将其中的典型日在一年中出现的频次记为，，将典型日的人员占有率数据、室外逐时气象数据以及外墙、屋顶、外窗上的太阳辐射强度数据导入到步骤1中的室内空调换热模型中；根据建筑各房间围护结构的尺寸与设计热工参数，计算获得各房间外围护结构的综合热阻；设定房间温度均为，各房间空调的初始温度满足（，）的均匀分布，以1分钟为时间步长，以1天为计算周期，根据室内空调换热模型计算获得各房间 1440分钟的空调供冷量或供热量数据，然后将各房间时刻的空调负荷需求累加获得目标建筑时刻总的空调负荷需求，最后将建筑1440分钟的空调负荷需求数据逐时平均处理，获得以小时为时间尺度的典型日建筑逐时空调负荷需求数据；将典型日的逐时冷负荷数据集合记为，，将典型日的逐时热负荷数据集合记为，，其中，表示时刻，、分别表示典型日第时刻的空调冷负荷与空调热负荷；参照相似建筑电负荷历史数据，计算目标建筑典型日的逐时电负荷，，其中表示典型日第时刻的电负荷。4.根据权利要求1所述的计及能效的含热泵与电热混合储能的建筑微能源网双层优化配置方法，其特征在于，所述步骤3中，上层模型的目标函数如下式（5）所示：（5）式中，表示全寿命周期成本净现值目标函数；、、分别表示初投资成本、规划期结束设备剩余价值的净现值、逐年运行成本的净现值，分别如下式（6）～（8）所示：（6）（7）
（8）式中，和别为能源设备种类编号和数量，能源设备包括光伏、热泵、相变蓄冷、相变蓄热、蓄电池；为第种能源设备的配置状态；、、分别为第种能源设备的单位容量价格、单位功率价格、配置数量；、分别为第种能源设备的单台额定容量、单台额定功率；为终值
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现值转换系数；为能源设备的残值率；为典型日在一年中出现的频次；、、、分别表示典型日的购售电成本、维护成本、碳排放税、弃光惩罚成本；为典型日的运行成本；为年金
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净现值转换系数；和分别为时刻的购电单价和售电单价；、、、、、、、分别为典型日在时刻的售电功率、购电功率、光伏实际出力、光伏预测出力、热泵电功率、相变蓄冷罐释冷功率、相变蓄热罐释热功率、蓄电池放电功率；、、、、分别为光伏、热泵、相变蓄冷、相变蓄热、蓄电池的维护单价；为单位碳排放税；为购电的等效碳排放系数；为弃光惩罚单价；为时间步长。5.根据权利要求1所述的计及能效的含热泵与电热混合储能的建筑微能源网双层优化配置方法，其特征在于，所述上层模型的约束条件具体包括热泵的空间约束、光伏的空间约束、蓄电池数量约束、相变蓄冷罐的数量约束、相变蓄热罐的数量约束、建筑微能源网的初投资约束；热泵的空间约束如式（9）所示：
（9）式中，为热泵群组的最大功率；和分别为热泵的类型编号和种数；为类热泵的配置状态；、、分别为类热泵单元的额定功率、配置数量、占地面积；表示热泵群组的最大占地面积；光伏的空间约束如式（10）所示：（10）式中，和分别为光伏群组的最大功率和最大占地面积；和分别为光伏单元的额定发电功率和占地面积；为光伏板配置数量；蓄电池的数量约束如式（11）所示：（11）式中：、、分别为蓄电池组的最大容量、最大充电功率、最大放电功率；、、分别为单节类型蓄电池的额定容量、额定充电功率、额定放电功率；和分别为类型蓄电池的数量和最大配置数量；为类蓄电池的配置状态；、分别表示蓄电池的类型编号和种数...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，周宝贵，钟华斌，黄应广，冯胜权，陈炫伊，许庆江，黄世林，田立，
申请(专利权)人：中建安装集团有限公司，
类型：发明
国别省市：