电锅炉与太阳能联合供热系统的设备容量配置方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电锅炉与太阳能联合供热系统的设备容量配置方法及装置，所述方法包括：获取用户年累计采暖需求量；构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数及其约束条件；确定所述目标函数的最优解，即所述电锅炉与太阳能联合供热系统中各类供热设备的最优配置容量；本发明专利技术提供的方法，基于属于优化算法之一的遗传算法作为一种可用于复杂系统优化计算的全局搜索的优化方法，对设备容量配置进行逐代优化，最终得到费用年值最低的容量组合，从而提高能源的利用率，同时还能够实现较高的经济效益、环保效益，且对于工程实践有着重要意义与参考价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采暖系统领域，具体涉及一种电锅炉与太阳能联合供热系统的设备容量配置方法及装置。
技术介绍
随着空气质量逐年下降，将燃煤采暖改造为电能采暖迫在眉梢，目前，电锅炉与太阳能联合供热系统的研究越来越多，其工作原理为在锅炉房屋顶布置太阳能系统，冬季对用户进行供暖，夏季为用户提供热水；电蓄热锅炉供暖系统在低谷电时段，利用太阳能循环系统储存的热量进行供暖，蓄热式电锅炉贮存热量，高峰电和其他时段蓄热式电锅炉停止储存热量，利用低谷电贮存的热量,通过板式换热器换热，向用户供热；生活热水循环系统用水量较不稳定，大量用户的使用时间较集中，在低谷电时段，太阳能预热循环系统通过换热器对自来水上水进行预热，为用户供应热水，节约能源，降低运行费用，高峰电和其他时段停运，利用低谷电时段贮存的热量，通过浮动盘管容积式换热器换热，供应生活热水；例如，如图1所示的电蓄热锅炉与太阳能集热联合供热系统，包括：电蓄热锅炉供暖循环系统、太阳能预热循环系统和生活热水循环系统，其中，电蓄热锅炉供暖系统包括：蓄热式电锅炉、内循环泵、供暖循环泵、板式换热器、自动热水器、补水箱、自动补水装置、自动热水器组成，太阳能预热循环系统包括：太阳能集热器、太阳能循环水泵、浮动容积式换热器，生活热水循环系统包括：生活热水循环泵、浮动容积式换热器、生活热水分水器、生活热水供水箱、生活热水集水器、生活热水回水箱。但是，由于组合采暖系统是受多种因素影响的复杂系统，目前对其进行系统优化还停留在方案的比较上，目前还没有科学、完整的方案对其容量进行配置。
技术实现思路
本专利技术提供一种电锅炉与太阳能联合供热系统的设备容量配置方法，其目的是基于属于优化算法之一的遗传算法作为一种可用于复杂系统优化计算的全局搜索的优化方法，对设备容量配置进行逐代优化，最终得到费用年值最低的容量组合，从而提高能源的利用率，同时还能够实现较高的经济效益、环保效益，且对于工程实践有着重要意义与参考价值。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种电锅炉与太阳能联合供热系统的设备容量配置方法，其改进之处在于，包括：获取用户年累计采暖需求量；构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数及其约束条件；确定所述目标函数的最优解，即所述电锅炉与太阳能联合供热系统中各类供热设备的最优配置容量。优选的，所述获取用户年累计采暖需求量，包括：根据历史气象数据获取年平均采暖度日值，并确定所述年平均采暖度日值的拟合方程；对所述年平均采暖度日值的拟合方程进行积分，获取用户年累计采暖需求量。进一步的，采用最小二乘法对所述年平均采暖度日值进行多项式数据拟合，获取所述年平均采暖度日值的拟合方程。优选的，所述构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数及其约束条件，包括：按下式构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数：minf＝R+C上式中，f为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的费用年值，R为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的初投资费用，C为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的年运行费用；其中，按下式确定所述电锅炉与太阳能联合供热系统的初投资费用R：上式中，l为年利率，N为所述电锅炉与太阳能联合供热系统中供暖设备的种类数，Pi为第i类供暖设备的设备容量，Ri为第i类供暖设备的单位容量价格，m为供暖设备使用年限；其中，所述电锅炉与太阳能联合供热系统中供暖设备的种类包括：电锅炉、太阳能光伏板和循环水泵。进一步的，按下式构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数的约束条件：上式中，PEB为电锅炉的运行功率，ΔPEB为电锅炉功率波动值，为电锅炉的运行功率下限值，为电锅炉的运行功率上限值，为电锅炉功率波动值上限值，ΔQEB(yv)为电锅炉在yv时刻产生的热量，ΔQSCS(yv)为太阳能在yv时刻产生的热量，ΔQU(yv)为yv时刻用户采暖需求量，其中，T为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的年供暖时刻数，Q为用户年累计采暖需求量。优选的，采用遗传算法确定所述目标函数的最优解。进一步的，所述采用遗传算法确定所述目标函数的最优解，包括：a.初始化所述目标函数的解；b.将所述目标函数的倒数作为适应度函数，确定各组解的适应度值；c.利用遗传选择算子获取M组适应度值高的解，即M组电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量；d.按交叉概率δd对所述M组电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量进行交叉操作，生成新的电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量组合；e.按变异概率δe对所述新的电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量组合进行变异操作；f.返回所述步骤b，若种群中最优个体的适应度值连续若干次迭代没有增加或连续若干次迭代后种群中最优个体的适应度值的平均值没有增加，则停止返回所述步骤b，输出最优个体，即所述目标函数的最优解。一种电锅炉与太阳能联合供热系统的设备容量配置装置，其改进之处在于，所述装置包括：获取模块，用于获取用户年累计采暖需求量；构建模块，用于构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数及其约束条件；确定模块，用于确定所述目标函数的最优解，即所述电锅炉与太阳能联合供热系统中各类供热设备的最优配置容量。优选的，所述获取模块，包括：第一确定单元，用于根据历史气象数据获取年平均采暖度日值，并确定所述年平均采暖度日值的拟合方程；第一获取单元，用于对所述年平均采暖度日值的拟合方程进行积分，获取用户年累计采暖需求量。进一步的，采用最小二乘法对所述年平均采暖度日值进行多项式数据拟合，获取所述年平均采暖度日值的拟合方程。优选的，所述构建模块，包括：第一构建单元，用于按下式构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数：minf＝R+C上式中，f为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的费用年值，R为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的初投资费用，C为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的年运行费用；其中，按下式确定所述电锅炉与太阳能联合供热系统的初投资费用R：上式中，l为年利率，N为所述电锅炉与太阳能联合供热系统中供暖设备的种类数，Pi为第i类供暖设备的设备容量，Ri为第i类供暖设备的单位容量价格，m为供暖设备使用年限；其中，所述电锅炉与太阳能联合供热系统中供暖设备的种类包括：电锅炉、太阳能光伏板和循环水泵。进一步的，所述构建模块还包括：第二构建单元，用于按下式构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数的约束条件：上式中，PEB为电锅炉的运行功率，ΔPEB为电锅炉功率波动值，为电锅炉的运行功率下限值，为电锅炉的运行功率上限值，为电锅炉功率波动值上限值，ΔQEB(yv)为电锅炉在yv时刻产生的热量，ΔQSCS(yv)为太阳能在yv时刻产生的热量，ΔQU(yv)为yv时刻用户采暖需求量，其中，T为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的年供暖时刻数，Q为用户年累计采暖需求量。优选的，所述确定模块中采用遗传算法确定所述目标函数的最优解。进一步的，所述采用遗传算法确定所述目标函数的最优解，包括：a.初始化所述目标函数的解；b.将所述目标函数的倒数作为适应度函数，确定各组解的适应度值；c.利用遗传选择算子获取M组适应度值高的解，即M组电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量；d.按交叉概率δd对所述M组电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量进行交叉操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电锅炉与太阳能联合供热系统的设备容量配置方法，其特征在于，所述方法包括：获取用户年累计采暖需求量；构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数及其约束条件；确定所述目标函数的最优解，即所述电锅炉与太阳能联合供热系统中各类供热设备的最优配置容量。

【技术特征摘要】
1.一种电锅炉与太阳能联合供热系统的设备容量配置方法，其特征在于，所述方法包括：获取用户年累计采暖需求量；构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数及其约束条件；确定所述目标函数的最优解，即所述电锅炉与太阳能联合供热系统中各类供热设备的最优配置容量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取用户年累计采暖需求量，包括：根据历史气象数据获取年平均采暖度日值，并确定所述年平均采暖度日值的拟合方程；对所述年平均采暖度日值的拟合方程进行积分，获取用户年累计采暖需求量。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用最小二乘法对所述年平均采暖度日值进行多项式数据拟合，获取所述年平均采暖度日值的拟合方程。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数及其约束条件，包括：按下式构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数：minf＝R+C上式中，f为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的费用年值，R为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的初投资费用，C为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的年运行费用；其中，按下式确定所述电锅炉与太阳能联合供热系统的初投资费用R：R=minΣi=1Nl(1+l)mPiRi/[(1+l)m-1]]]>上式中，l为年利率，N为所述电锅炉与太阳能联合供热系统中供暖设备的种类数，Pi为第i类供暖设备的设备容量，Ri为第i类供暖设备的单位容量价格，m为供暖设备使用年限；其中，所述电锅炉与太阳能联合供热系统中供暖设备的种类包括：电锅炉、太阳能光伏板和循环水泵。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按下式构建所述电锅炉与太阳能联合供热系统的目标函数的约束条件：PEBmin≤PEB≤PEBmaxΔPEB≤ΔPEBmaxΔQEB(yv)+ΔQSCS(yv)≥ΔQU(yv)]]>上式中，PEB为电锅炉的运行功率，ΔPEB为电锅炉功率波动值，为电锅炉的运行功率下限值，为电锅炉的运行功率上限值，为电锅炉功率波动值上限值，ΔQEB(yv)为电锅炉在yv时刻产生的热量，ΔQSCS(yv)为太阳能在yv时刻产生的热量，ΔQU(yv)为yv时刻用户采暖需求量，其中，T为所述电锅炉与太阳能联合供热系统的年供暖时刻数，Q为用户年累计采暖需求量。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用遗传算法确定所述目标函数的最优解。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采用遗传算法确定所述目标函数的最优解，包括：a.初始化所述目标函数的解；b.将所述目标函数的倒数作为适应度函数，确定各组解的适应度值；c.利用遗传选择算子获取M组适应度值高的解，即M组电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量；d.按交叉概率δd对所述M组电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量进行交叉操作，生成新的电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量组合；e.按变异概率δe对所述新的电锅炉与太阳能联合供热系统的供暖设备的设备容量组合进行变异操作；f.返回所述步骤b，若种群中最优个体的适应度值连续若干次迭代没有增加或连续若干次迭代后种群中最优个体的适应度值的平均值没有增加，则停止返回所述步骤b，输出最优个体，即所述目标函数的最优解。8.一种电锅炉与太阳能联合供热系统的设备容量配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：成岭，郭炳庆，金璐，蒋利民，钟鸣，覃剑，闫华光，黄伟，何桂雄，孟珺遐，张新鹤，杨东升，寇健，种倩倩，梁佳丽，宋德宇，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网江西省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11