一种冷热电联供微网系统建模方法技术方案

本发明专利技术涉及一种冷热电联供微网系统建模方法，为矩阵传函法，即针对冷热电联供微网系统的多输入多输出特性，采用矩阵传函法建立描述该系统能量转换与能量流动关系的数学模型。矩阵传函法包含了描述冷热电联供微网系统构成要素的效率矩阵、描述系统内部能量分配的派遣矩阵、描述系统需求与能源供应之间能量流动特征的转换矩阵。根据系统中每个构成要素的输入输出关系，可以建立其效率矩阵，效率矩阵代表了系统构成要素内部的能量转换关系；然后可以采用派遣矩阵建立各构成要素之间的能量流动关系；最后整个系统的能量流动关系可以用转换矩阵描述。本发明专利技术适用于各类能源系统的建模，简洁高效、易于实现、易于扩展。

A modeling method of cold cogeneration system for microgrid

The invention relates to a cooling heating and power microgrid system modeling method for matrix, transfer function method, namely for the multi input CCHP microgrid system with multi output characteristics, establish mathematical model describing the system of energy conversion and energy flow by using the matrix transfer function method. The matrix transfer function method contains a description of the CCHP microgrid system efficiency matrix, elements of the internal energy distribution system describes a transformation matrix, describing the flow of energy dispatch characteristics between demand and supply of energy matrix. According to the system in which each input and output elements, can establish the efficiency matrix, the efficiency matrix represents the system composed of the energy conversion and internal factors; then can be used to send each matrix based on energy flow relationship between the elements; energy flow of the whole system can be used to convert the matrix description. The invention is suitable for the modeling of various energy systems, and is simple, efficient, easy to implement and easy to expand.

【技术实现步骤摘要】
一种冷热电联供微网系统建模方法
本专利技术属于冷热电联供微网系统
，尤其涉及一种冷热电联供微网系统建模方法。
技术介绍
根据美国能源管理部门的统计，许多国家的建筑能源消耗约占总能源消耗的40％，温室气体排放约占30％。尤其在中国，随着经济的快速增长，建筑能源消耗以每年超过10％的速度在增长。快速增长的能源消耗引起了一系列与建筑相关的问题和环境污染问题。发展冷热电联供微网系统是提高能源利用率、减少温室气体排放以及解决这一系列与建筑能源消耗有关问题的有效手段之一。目前国内外关于冷热电联供微网系统的研究主要集中在冷热电联供微网系统结构设计、操作策略和系统评价准则研究等方面。传统的冷热电联供微网系统由发电机组、热回收单元、吸收式制冷机、加热单元、辅助锅炉组成。发电机组产生的电用来满足用户的用电需求；热回收单元回收发电机组产生的废热并为用户的冷和热需求提供热能；吸收式制冷机将热回收单元回收的热转化为冷能提供给用户；加热单元将热回收单元回收的热转化为热能提供给用户。当系统所提供的热能不够时，辅助锅炉作为备用设备提供热能。冷热电联供微网系统结构设计主要是在传统的冷热电联供微网系统的基础上，增加其他一些设备用于提高系统的能源利用效率和能量调节的灵活性。例如，系统增加电制冷机以调节系统利用电能和热能的灵活性；系统增加光伏发电单元和光热单元以充分利用绿色能源，减少传统化石能源的利用，提高能源利用效率；系统增加有机朗肯循环装置将系统多余的热能转化为电能，提高能源的利用率。当系统的结构确定后，操作策略设计是冷热电联供微网系统设计第二个要考虑的要素。最主要的两种操作策略为：电跟随操作策略和热跟随操作策略。电跟随操作策略首先满足用电需求，若系统产生的热不能满足热需求，消耗燃料的辅助锅炉开始工作；热跟随操作策略首先满足热负荷需求，若系统产生的电不能满足电需求，则从电网买电。这两种操作策略都一定程度上有能源的浪费，因为系统中可能会有多余的热或多余的电产生。因此，系统结构和操作策略都有必要做进一步的改进，以进一步提高系统的能源利用率。对冷热电联供微网系统的评价准则进行研究也是该领域研究的重要方向之一。能源和环境分析是冷热电联供微网系统综合评价中最重要的两个因素。在已查阅的文献中，一次能源节约和碳排放节约是常被用来评估系统优劣的指标。此外，全生命周期评价准则也是一些研究者们常常考虑到的评价准则。对于传统的冷热电联供微网系统，当系统产生的电和热正好与用户的电、热需求相等，冷热电联供微网系统将具有最大的能源效率。然而，由于用户需求的不确定性，这种理想的状况很少出现。能源供应与能源需求总是不平衡。当能源供应超过能源需求，情况变得复杂。若系统产生的电能超过了用户的电能需求，多余的电能可以被存储起来，或被售回电网，或被转化为热能供用户使用。若系统产生的热能超过了用户的热需求，多余的热能可以被存储起来，或者被转化为电能以满足用户的用电需求。因此，本专利技术在系统结构中增加了有机朗肯循环装置，将系统中多余的热能转化为电能让用户使用。随着传统冷热电联供微网系统的结构变得越来越复杂，对这一类复杂能源系统的建模成为了研究者们研究的重点和难点课题之一。传统的建模方法，通常以枚举的形式罗列出能源系统供需关系可能会出现的若干种状况，每一种状况建立一类数学模型，数学模型分类多且缺乏标准的统一的结构形式，让此类能源系统的分析变得复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种冷热电联供微网系统的建模方法，能准确对冷热电联供微网系统进行建模，对能源系统的能源输入和用户需求之间的能量转化及流动关系进行描述，对能源系统内部各构成要素的能量转换关系进行描述，对能源系统内部各构成要素之间能量的分配和流动关系进行描述。本专利技术所采用的技术方案是：一种冷热电联供微网系统建模方法，其特征在于，采用矩阵传函法对复杂能源系统建立反映其每个构成要素、各个构成要素之间、系统输入变量与输出变量之间能量转换和流动关系的数学模型，所述建模方法包括如下步骤：(1)根据系统中每个构成要素的输入输出关系，建立其效率矩阵，效率矩阵代表系统每个构成要素的能量转换关系；(2)建立系统各个构成要素之间的能量流动数学模型，采用派遣矩阵进行描述；(3)建立整个系统的能量流动数学模型，通过转换矩阵描述；(4))由系统效率矩阵、派遣矩阵、转换矩阵构成的描述系统构成要素、构成要素之间、系统输入变量与输出变量之间能量转换和流动关系的建模方法，即为矩阵传函法。进一步地，步骤(1)具体是：系统中每个构成要素的能量转换关系可以用效率矩阵来进行描述，假设第m个构成要素的输入为Vim，输出为则第m个构成要素的输入输出关系可以描述为：其中Hm就是第m个构成要素的效率矩阵；按照此方法，依次写出带有有机朗肯循环装置的冷热电联供微网系统的每个构成要素的效率矩阵，效率矩阵表示了每个构成要素的能量转换关系。进一步地，步骤(2)具体是：各个构成要素之间的能量是流动的，尤其是在各个能源分支点，能源分派特性尤为明显，假设整个系统中能源分支点的能源分派因子为αi，i为分支点的分支数，则在一个能源分支点∑αi＝1；依次写出系统每个构成要素的输入变量表达式，并将能源分派因子代入到该输入变量表达式中，然后将表达式写成矩阵形式Vim＝TmVi，Tm就是第m个构成要素的派遣矩阵，派遣矩阵反映了构成要素之间的能量流动关系。进一步地，步骤(3)具体是：系统可以看成多输入多输出模型，转换矩阵描述了系统输入输出的关系，代表了系统的能量流动过程；列写系统输出变量的表达式，该表达式包含了系统的分派因子、系统输入变量、系统构成要素的效能因子，并将系统输入输出变量均写成矩阵形式Vo＝GVi，G即为系统的转换矩阵。近一步地，所述建模方法适用于由发电机组、辅助锅炉、热回收单元、有机朗肯循环装置、电制冷机、吸收式制冷机和加热单元这7个构成要素组成的冷热电联供微网系统。本专利技术的有益效果是：本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)矩阵传函法针对复杂能源系统的多输入多输出特性，以效率矩阵形式表示系统各构成要素的能量转换关系，以派遣矩阵形式表示系统构成要素之间的能量流动关系，以转换矩阵形式表示整个系统的效率和能量流动关系，矩阵传函法具有全面描述系统的特性。(2)当系统的输入输出变量个数变化时，只需要改变效率矩阵、派遣矩阵和转换矩阵的阶数，系统建模方法不变，矩阵传函法具有易扩展性。(3)矩阵传函法不仅可以反映系统输入输出变量之间的关系，还可以反映系统内部能量的转换和流动关系，采用矩阵形式来描述系统，具有结构简单清晰，易于理解的特性。(4)以矩阵传函形式对系统进行建模，有利于对能源系统进行后续的分析、优化等。附图说明图1是本专利技术的冷热电联供微网系统结构图。图2是冷热电联供微网系统多输入多输出结构图。附图中的符号说明：1.发电机组；2.辅助锅炉；3.热回收单元；4.有机朗肯循环装置；5.电制冷机；6.吸收式制冷机；7.加热单元。具体实施方式以下通过实施例形式对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种冷热电联供微网系统的建模方法，该方法将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷热电联供微网系统建模方法，其特征在于，采用矩阵传函法对复杂能源系统建立反映其每个构成要素、各个构成要素之间、系统输入变量与输出变量之间能量转换和流动关系的数学模型，所述建模方法包括如下步骤：(1)根据系统中每个构成要素的输入输出关系，建立其效率矩阵，效率矩阵代表系统每个构成要素的能量转换关系；(2)建立系统各个构成要素之间的能量流动数学模型，采用派遣矩阵进行描述；(3)建立整个系统的能量流动数学模型，通过转换矩阵描述；(4))由系统效率矩阵、派遣矩阵、转换矩阵构成的描述系统构成要素、构成要素之间、系统输入变量与输出变量之间能量转换和流动关系的建模方法，即为矩阵传函法。

【技术特征摘要】
1.一种冷热电联供微网系统建模方法，其特征在于，采用矩阵传函法对复杂能源系统建立反映其每个构成要素、各个构成要素之间、系统输入变量与输出变量之间能量转换和流动关系的数学模型，所述建模方法包括如下步骤：(1)根据系统中每个构成要素的输入输出关系，建立其效率矩阵，效率矩阵代表系统每个构成要素的能量转换关系；(2)建立系统各个构成要素之间的能量流动数学模型，采用派遣矩阵进行描述；(3)建立整个系统的能量流动数学模型，通过转换矩阵描述；(4))由系统效率矩阵、派遣矩阵、转换矩阵构成的描述系统构成要素、构成要素之间、系统输入变量与输出变量之间能量转换和流动关系的建模方法，即为矩阵传函法。2.根据权利要求1所述的冷热电联供微网系统建模方法，其特征在于：步骤(1)具体是：系统中每个构成要素的能量转换关系可以用效率矩阵来进行描述，假设第m个构成要素的输入为Vim，输出为则第m个构成要素的输入输出关系可以描述为：其中Hm就是第m个构成要素的效率矩阵；按照此方法，依次写出带有有机朗肯循环装置的冷热电联供微网系统的每个构成要素的效率矩阵，效率矩阵表示了每个构成要素的能量转换关系。3.根据权利要求1所述的冷热电联供...

【专利技术属性】
技术研发人员：常雨芳，黄文聪，刘铭玺，施阳，王豪，张力，谢昊，刘光裕，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42