一种基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法及系统与流程
本发明涉及多源供热，具体为一种基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法及系统。
背景技术：
1、当前供热系统常见问题包括能源利用率低、能源类型单一且对环境的适应性差。传统的供热系统通常依赖单一能源，如燃煤或天然气，这不仅造成能源浪费，还可能引发环境污染。同时，这些系统往往缺乏有效的能量管理和调度能力，难以应对变化的环境条件和用户需求。此外，传统系统在瞬态过程(即系统状态快速变化期间)的能量调控往往不够精确，导致热能供应不稳定，影响用户的舒适度和系统的能效。为了解决这些问题，现代供热系统需要采用多种能源互补和高效能量管理技术，提高系统的灵活性和能效。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明解决的技术问题是：本发明解决了依赖单一能源的局限性和环境适应性问题。传统系统中，由于缺乏有效的能量融合与管理，往往无法充分利用可再生能源，如太阳能，导致能源浪费且环境污染严重。此外，本发明通过瞬态模拟和负荷调整法，解决了能量调控不精确的问题，提高了供热系统在不同操作条件下的响应速度和效率。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法，包括：构建多源供热系统，采集多源供热系统运行数据，进行预处理。
4、建立瞬态模拟模型，引入蓄热转换因子，进行负荷调整。
5、通过建立多源供热系统优化模型，实现对供热系统的多源供热。
6、作为本发明所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法的一种优选方案，其中：所述构建多源供热系统包括，构建包含太阳能集热器、蓄热水箱、土壤源热泵和空气源热泵的多源互补供热系统，设备运行的优先级为太阳能集热器>土壤源热泵机组>空气源热泵机组。
7、作为本发明所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法的一种优选方案，其中：所述采集多源供热系统运行数据，进行预处理包括，采集一台能能集热器输出、蓄热水箱、土壤源热泵、空气源热泵、系统流量和能源消耗和效率数据。
8、太阳能集热器输出包括热功率输出、温度、辐射强度。
9、蓄热水箱包括水温、水位、热损失率。
10、土壤源热泵包括输入功率、输出热能、土壤入口和出口温度。
11、空气源热泵包括输入功率、输出热能、外部环境温度。
12、系统流量包括各部分的热水流速、流向。
13、能源消耗和效率数据包括各能源的使用量和转换效率。
14、预处理包括数据清理、数据标准化和数据归一化。
15、数据清洗检查数据完整性，去除无效和错误的数据点。
16、数据标准化将不同来源的数据转换为统一的格式和度量单位，将温度统一转换为摄氏度，功率转换为千瓦。
17、数据归一化：对数据进行归一化处理，确保不同的测量范围不会影响后续的数据分析和模型建立，表示为：
18、
19、其中，x表示原始数据，min(x)表示数据集中的最小值，max(x)表示数据集中的最大值。
20、作为本发明所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法的一种优选方案，其中：所述建立瞬态模拟模型，引入蓄热转换因子包括，建立一个基础的热动力方程，描述多源供热系统在没有蓄热影响下的基本行为，表示为：
21、
22、其中，t(t,x)表示在时间t和位置x的温度。α表示热扩散系数，衡量热量在材料中扩散的能力。表示温度的拉普拉斯算子，描述热量在空间中的扩散。ui(t,x)表示第i个热源在位置x和时间t的热输入强度。gi(x,t)表示描述第i个热源的热影响函数，表示热源随时间和空间变化而影响系统，表示为：
23、
24、其中，ai表示第i个热源的最大热影响强度，表示热源在最高效率时的热输出量。xi表示第i个热源的位置，ti表示第i个热源的时间中心点，σ表示影响扩散的标准差，描述热源影响随空间和时间的衰减速率。x表示空间变量，t表示时间变量。
25、考虑到蓄热装置的复杂性,引入蓄热转换因子，表示为：
26、
27、其中，ceff(t)表示时间t的有效蓄热能力，f(t,x)表示蓄热对系统温度的影响函数，表示为：
28、
29、其中，β表示温度调节系数，用以调整温度对蓄热影响的敏感度。t(x)表示位置x的当前温度，hmax表示最大蓄热量，h(x)表示位置x的当前蓄热量，hthreshold表示蓄热临界值，当实际蓄热量接近此值时，蓄热效果增加的边际效益减少。
30、ceff(t)表示为：
31、ceff(t)＝cbase·(1+γsin(ωt+φ))
32、其中，cbase表示基线蓄热能力，表示蓄热装置在没有任何外部调节时的基本蓄热能力。γ表示调节蓄热能力的振幅，ω表示调节频率，决定蓄热能力变化的速率。φ表示相位偏移，决定蓄热调节起始的相位位置。
33、作为本发明所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法的一种优选方案，其中：所述进行负荷调整包括，峰时段负荷处理表示为：
34、qf'＝qf-qsc
35、
36、其中，qf表示逐时峰时建筑热负荷，qf'表示一次处理后逐时峰时热负荷，qf”表示二次处理后逐时峰时热负荷，qf,i'表示i时刻的峰时热负荷，qsc表示太阳能逐时峰时承担热负荷，hf表示逐时峰时水箱放热量，hf,i表示i时刻的水箱放热量，n表示每日累计峰时时间。
37、谷时段负荷处理表示为：
38、
39、其中，qg表示逐时谷时建筑热负荷，qg,i表示i时刻的谷时建筑热负荷，qg'表示处理后谷时峰时热负荷，hg表示逐时谷时水箱蓄热量，hg,i表示i时刻的谷时水箱蓄热量，m表示每日累计谷时时间。
40、作为本发明所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法的一种优选方案，其中：所述建立多源供热系统优化模型包括，为使多源供热系统在经济、能源和环境方面均具有明显优势，综合考虑这三种因素，将三者的加权和作为优化目标函数f，表示为：
41、f＝δn1+εn2+σn3
42、其中，δ表示加权系数，ε表示加权系数，σ表示加权系数，满足δ+ε+σ＝1(δ,ε,σ>0)。n1表示经济节约率，n2表示能源节约率，n3表示污染物排放影子成本节约率。
43、经济节约率n1表示为：
44、
45、
46、其中，a表示系统费用年值，z表示每年的贷款利率，n表示设备寿命，bbuy,el表示上网电价，ebuy,i表示购得电量，ρ表示比例因子，m表示设备全部投资，ax表示多源供热系统费用年值，a0表示基准系统的费用年值。
47、能源节约率n2表示为：
48、
49、
50、其中，k表示一次能源消耗量，ηg表示平均供电效率，ηel表示平均输电效率，kx表示多源供热系统的一次能源消耗量，k0表示基准系统的一次能源消耗量。
51、污染物排放影子成本节约率n3表示为：
52、e＝s1×c1+s2×c2
53、
54、其中，e表示影子成本，s1表示co2排放影子成本，s2表示nox排放影子成本，c1表示co2排放量，c2表示nox排放量，ex表示多源供热系统污染物排放影子成本，e0表示基准系统污染物排放影子成本。
55、作为本发明所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法的一种优选方案，其中：所述建立多源供热系统优化模型还包括，约束条件包括能耗与热能输出的关系、土壤源热泵的功率限制、空气源热泵的功率限制、蓄热总量的限制、机组可蓄热量的限制、峰时热负荷满足和水箱容积限制，表示为：
56、
57、
58、
59、
60、
61、
62、vsc≤vxr
63、其中，psc表示输入太阳能，ω1表示权重系数，copgp表示土壤源热泵的制热能效比，ω2表示权重系数，copap表示空气源热泵的制热能效比，ph,gp表示土壤源热泵制热功率，ph,ap表示空气源热泵制热功率，ω3表示权重系数，α表示调节系数，β表示衰减因子，τ表示时间变量，表示土壤源热泵额定制热功率，表示空气源热泵额定制热功率，qxr,i表示逐时蓄热量，qxr,max表示水箱最大蓄热量，qjzxr,i表示逐时机组可蓄热量，qf,i表示逐时峰时热负荷，qscxr,i表示逐时太阳能蓄热量，vsc表示太阳能匹配水箱容积，vxr表示蓄热水箱容积，s表示太阳能照射时间。
64、一种基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热系统，其特征在于：包括，
65、预处理模块，构建多源供热系统，采集多源供热系统运行数据，进行预处理。
66、负荷调整模块，建立瞬态模拟模型，引入蓄热转换因子，进行负荷调整。
67、建立优化模型模块，建立多源供热系统优化模型。
68、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。
69、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
70、本发明的有益效果：本发明通过引入瞬态模拟模型和蓄热转换因子，实现了高精度的负荷调整和优化，确保了在不同环境条件下的供热质量和系统稳定性。这种方法使得供热系统能够实时调整运行策略，优化能源配置，大幅度提高了能源利用效率和环境适应能力。通过智能化的多源调度，本发明不仅显著降低了运营成本，也减少了环境污染，为现代供热系统的可持续发展提供了创新解决方案。
技术特征：
1.一种基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法，其特征在于：所述构建多源供热系统包括，构建包含太阳能集热器、蓄热水箱、土壤源热泵和空气源热泵的多源互补供热系统，设备运行的优先级为太阳能集热器>土壤源热泵机组>空气源热泵机组。
3.如权利要求2所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法，其特征在于：所述采集多源供热系统运行数据，进行预处理包括，采集一台能能集热器输出、蓄热水箱、土壤源热泵、空气源热泵、系统流量和能源消耗和效率数据；
4.如权利要求3所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法，其特征在于：所述建立瞬态模拟模型，引入蓄热转换因子包括，建立一个基础的热动力方程，描述多源供热系统在没有蓄热影响下的基本行为，表示为：
5.如权利要求4所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法，其特征在于：所述进行负荷调整包括，峰时段负荷处理表示为：
6.如权利要求5所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法，其特征在于：所述建立多源供热系统优化模型包括，为使多源供热系统在经济、能源和环境方面均具有明显优势，综合考虑这三种因素，将三者的加权和作为优化目标函数f，表示为：
7.如权利要求6所述的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法，其特征在于：所述建立多源供热系统优化模型还包括，约束条件包括能耗与热能输出的关系、土壤源热泵的功率限制、空气源热泵的功率限制、蓄热总量的限制、机组可蓄热量的限制、峰时热负荷满足和水箱容积限制，表示为：
8.一种采用如权利要求1-7任一所述方法的一种基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热系统，其特征在于：
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
技术总结
本发明公开了一种基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法及系统，包括：构建多源供热系统，采集多源供热系统运行数据，进行预处理。建立瞬态模拟模型，引入蓄热转换因子，进行负荷调整。建立多源供热系统优化模型。本发明提供的基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热方法及系统本发明通过引入瞬态模拟模型和蓄热转换因子，实现了高精度的负荷调整和优化，确保了在不同环境条件下的供热质量和系统稳定性。这种方法使得供热系统能够实时调整运行策略，优化能源配置，大幅度提高了能源利用效率和环境适应能力。通过智能化的多源调度，本发明不仅显著降低了运营成本，也减少了环境污染，为现代供热系统的可持续发展提供了创新解决方案。
技术研发人员：高德保,陈传孝,闫永义,蔡瑞霞,高宇鑫,高天鑫
受保护的技术使用者：华能聊城热电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23