CN103065197A - 分布式冷热电联供系统的优化配置方法 - Google Patents

分布式冷热电联供系统的优化配置方法 Download PDF

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陈泽韩
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葛斌
张俊礼
华永明
冷伟
印佳敏
李林蔚
梁展鹏
韩苗苗
祁晶
徐翔
陈玉华
蔡春荣
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Abstract

本发明公开了一种分布式冷热电联供系统的优化配置方法，包括以下步骤：建立分布式冷热电联供系统中各种能源利用、转换形式的数字模型库，该模型库中包括能量模型、成本模型和污染物排放模型；根据负荷需求、约束条件以及组合筛选策略，建立可行的配置方案库，设定配置方案库中配置方案总数为N；根据年负荷需求曲线，对配置方案库中的每个配置方案进行全年逐时运行策略优化，直到计算出第i种配置方案的年运行费用、年一次能耗和年污染物排放量，其中i≥N；选取年运行费用最少、年一次能耗最少、年污染物排放量最少或者前三者任意组合的方案，作为最佳配置方案。

Description

分布式冷热电联供系统的优化配置方法
技术领域
本发明涉及分布式冷热电联供系统技术领域，特别是涉及一种分布式冷热电联供系统的优化配置方法。
背景技术
分布式冷热电联供系统的系统配置优化，是发挥分布式冷热电联供系统高效、节能、低碳的优势的关键技术之一。现有的分布式冷热电联供系统的系统配置优化，采用的是人为计算进行方案比选的方法，根据系统的冷、热、电负荷需求及其他边界条件，人为选择若干备选系统配置方案，再对各个方案进行系统分析计算，选取较优的配置方案。现有的配置优化方法的主要缺点是：
（1）由于冷热电联供系统的系统复杂，耦合性强，人为地选择若干备选系统配置方案，会导致最优方案无法出现在最终的方案中；
（2）人为进行系统分析计算，只能计算系统的一个或若干个设计工况，不能反映系统实际运行的工况；
（3）人为计算分析来做配置优化，费时费力，并且优化效果差。
发明内容
基于此，针对上述问题，本发明提出一种分布式冷热电联供系统的优化配置方法，能有效解决上述技术问题。
本发明的技术方案是：一种分布式冷热电联供系统的优化配置方法，包括以下步骤：
建立分布式冷热电联供系统中各种能源利用、转换形式的数字模型库，该模型库中包括能量模型、成本模型和污染物排放模型；
根据负荷需求、约束条件以及组合筛选策略，建立可行的配置方案库，设定配置方案库中配置方案总数为N；
根据年负荷需求曲线，对配置方案库中的每个配置方案进行全年逐时运行策略优化，直到计算出第i种配置方案的年运行费用、年一次能耗和年污染物排放量，其中i≥N；
选取年运行费用最少、年一次能耗最少、年污染物排放量最少或者前三者任意组合的方案，作为最佳配置方案。
本技术方案对分布式冷热电联供系统的配置优化做了改进，将热力设备和整体系统进行数学建模，利用计算机算法实现系统配置优化，将所有可能的配置方案纳入优化范围，保证优化结果的全局最优性。系统配置优化包括方案配置优化和运行优化两个层次，确保优化结果反映系统实际运行情况。采用计算机程序优化配置，实现自动化，省时省力，且优化效果好。
在优选的实施例中，还包括以下步骤：基于质量平衡定律、能量平衡定律和动量守恒定律建立能量模型；基于经济学原理建立成本模型；基于燃料种类、燃料燃烧特性以及环保设备的特性建立污染物排放模型。目的是便于组合建模和模拟分布式冷热电联供系统的能量、经济和环保特性。
在优选的实施例中，还包括以下步骤：对分布式冷热电联供系统建立子系统模型，将各种设备进行模块组合，形成三联供、两联供和单供子系统。目的是适应优化计算的算法。
在优选的实施例中，还包括以下步骤：建立系统优化目标函数，该函数包括能耗目标、经济目标、环保目标中的单一函数目标或任意组合得到的多目标函数。在构建目标函数时，考虑上述各种可能情况，满足不同的优化需求。针对所构建的优化目标函数及其指标评价体系，通过采用有效地优化算法，可以实现能源配置方案优化、运行模式和策略两个层次的优化。
本发明的有益效果是：
（1）由于将热力设备和整体系统进行数学建模，利用计算机算法实现系统配置优化，可以将所有可能的配置方案纳入优化范围，保证优化结果的全局最优性；
（2）优化包括方案配置优化和运行优化两个层次，对每一个方案均进行全年逐时运行模式和策略优化，保证了优化的全时域范围，并确保优化结果反映系统实际运行情况；
（3）优化目标包括了能效、经济性、环保等三种指标及其综合指标，符合当前节能环保的能源发展趋势，实现了多目标优化及系统综合优化；
（4）引入计算机软件进行系统配置优化，极大地减小了设计咨询的人力成本，并保证了优化设计方案的质量水平；
（5）在分布式冷热电联供系统的前期设计阶段，引入本技术方案，对系统配置进行优化设计，可以给业主提供优质的咨询服务，充分发挥分布式冷热电联供系统高效节能、低碳环保的优势，创造更好的项目经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明实施例所述分布式冷热电联供系统的优化配置方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例：
如图1所示，一种分布式冷热电联供系统的优化配置方法，包括以下步骤：
步骤S101，建立分布式冷热电联供系统中各种能源利用、转换形式的数字模型库，该模型库中包括能量模型、成本模型和污染物排放模型。
本步骤中，基于质量平衡定律、能量平衡定律和动量守恒定律建立能量模型；基于经济学原理建立成本模型；基于燃料种类、燃料燃烧特性以及环保设备的特性建立污染物排放模型。目的是便于组合建模和模拟分布式冷热电联供系统的能量、经济和环保特性。
本步骤中，对分布式冷热电联供系统建立子系统模型，将各种设备进行模块组合，形成三联供、两联供和单供子系统。目的是适应优化计算的算法。
本步骤中，建立系统优化目标函数，该函数包括能耗目标、经济目标、环保目标中的单一函数目标或任意组合得到的多目标函数。在构建目标函数时，考虑上述各种可能情况，满足不同的优化需求。针对所构建的优化目标函数及其指标评价体系，通过采用有效地优化算法，可以实现能源配置方案优化、运行模式和策略两个层次的优化。
步骤S102，根据负荷需求、约束条件以及组合筛选策略，建立可行的配置方案库，设定配置方案库中配置方案总数为N。
步骤S103，根据年负荷需求曲线，对配置方案库中的每个配置方案进行全年逐时运行策略优化，直到计算出第i种配置方案的年运行费用、年一次能耗和年污染物排放量，其中i≥N；如果i＜N，则继续计算下一个方案。
步骤S104，选取年运行费用最少、年一次能耗最少、年污染物排放量最少或者前三者任意组合的方案，作为最佳配置方案。
本实施例所述的分布式冷热电联供系统的优化配置方法，对分布式冷热电联供系统的配置优化做了改进，将热力设备和整体系统进行数学建模，利用计算机算法实现系统配置优化，将所有可能的配置方案纳入优化范围，保证优化结果的全局最优性。系统配置优化包括方案配置优化和运行优化两个层次，确保优化结果反映系统实际运行情况。采用计算机程序优化配置，实现自动化，省时省力，且优化效果好。
本实施例中，数学模型库中的数据模型包括：燃气轮机、余热锅炉、内燃机、燃气锅炉、蒸汽轮机、电空调、非电空调、燃气热水器等分布式冷热电联供系统的设备型式。
模型架构和参数不仅能反映额定设计工况的特性，而且能反映其变工况特性，如环境参数、外界负荷等发生变化时，系统各评价指标如效率、效益等也会相应发生变化，这样可以确保实现方案配置、运行两个层次的优化。
考虑到适应优化计算的算法，对热电冷联供系统主要采用了子系统级模型，根据供能特点，将各种设备进行模块组合，形成三联供、两联供和单供子系统。对子系统模型采用以数据拟合建模为主的方法。
系统优化目标函数主要包括能耗目标、经济目标、环保目标等单一目标函数以及由此三种目标任意组合得到的多目标函数。在构建目标函数时，考虑上述各种可能情况，满足不同的优化需求。针对所构建的优化目标函数及其指标评价体系，通过采用有效地优化算法，可以实现能源配置方案优化、运行模式和策略两个层次的优化。
基于配置优化过程可控、配置优化结果合理可行以及工程实用性的要求，分两个层次进行方案的配置优化，第一层次是在充分考虑子系统组合合理性的基础上，根据负荷需求、约束条件以及组合筛选策略等可行规则来确定和筛选出合理可行的配置方案，即建立可行配置方案库。第二层次是根据年负荷需求曲线对方案库中的每种配置方案进行全年逐时运行策略优化，计算出各方案的年运行费用、年一次能耗和年污染物排放量等指标。运行策略优化时以单位能耗最低为目标进行负荷分配，整体配置优化采用单一目标或多目标方法。单一目标包括年总费用最小（年总费用由年固定费用和年运行费用两部分组成）、年一次能耗最小及年污染物排放量（CO2、SO2和NOx）最小等三类目标。多目标方法是综合考虑年总费用、年一次能耗和年污染物排放量三类指标的影响。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种分布式冷热电联供系统的优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立分布式冷热电联供系统中各种能源利用、转换形式的数字模型库，该模型库中包括能量模型、成本模型和污染物排放模型；
根据负荷需求、约束条件以及组合筛选策略，建立可行的配置方案库，设定配置方案库中配置方案总数为N；
根据年负荷需求曲线，对配置方案库中的每个配置方案进行全年逐时运行策略优化，直到计算出第i种配置方案的年运行费用、年一次能耗和年污染物排放量，其中i≥N；
选取年运行费用最少、年一次能耗最少、年污染物排放量最少或者前三者任意组合的方案，作为最佳配置方案。
2.根据权利要求1所述的分布式冷热电联供系统的优化配置方法，其特征在于，还包括以下步骤：
基于质量平衡定律、能量平衡定律和动量守恒定律建立能量模型；基于经济学原理建立成本模型；基于燃料种类、燃料燃烧特性以及环保设备的特性建立污染物排放模型。
3.根据权利要求1或2所述的分布式冷热电联供系统的优化配置方法，其特征在于，还包括以下步骤：
对分布式冷热电联供系统建立子系统模型，将各种设备进行模块组合，形成三联供、两联供和单供子系统。
4.根据权利要求3所述的分布式冷热电联供系统的优化配置方法，其特征在于，还包括以下步骤：
建立系统优化目标函数，该函数包括能耗目标、经济目标、环保目标中的单一函数目标或任意组合得到的多目标函数。
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