CN106527184B - 一种能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置 - Google Patents

一种能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能源互联网中电网联合热力网的实时仿真模型及装置，包括固定板和箱本体，所述固定板底部的两侧均固定连接有支撑腿，并且固定板的顶部固定连接有上位机，所述上位机的顶部固定连接有显示器，并且上位机基于simulink图形化环境建立热网和电网耦合仿真模型。本发明用于构建综合能源系统中热力网和电网联合运行与控制的实时仿真平台。电网与热网模型在上位机中运用simulink进行建模，编译下载到两台目标机中运行，上位机通过以太网交换机分别与两台不同步长目标机连接，两台目标机(仿真机)交换实时仿真变量进而模拟出电网与热网的耦合作用。

Description

一种能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置
技术领域
本发明涉及能源互联网和综合能源系统技术领域，具体为一种能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置。
背景技术
风能、太阳能是分布广泛、用之不竭的能源，我国风能资源丰富，且盛行季风。当今我国风电大多还是用于并网，但是这样会造成电网电能质量的下降，对用户用电提出了较大的挑战。我国现在大多数地区仍是采用化石能源取暖，化石能源是一次能源，不可再生，用完以后还会向空气中排放温室气体，污染环境，并且电能不易储存，这就导致风能利用率非常低。
当用户住处比较偏僻，不易利用电网供电时，可以利用风力发电来满足用户的需求，但是风电具有波动性，不能稳定的为用户供能。并且在北方冬季寒冷，供暖也成为一种日常需要。因此如何在孤岛运行状态下有效的利用风能来供暖供电，并且如何减小用电与供暖时的波动，如何实现电网与热力网的连接都是亟待解决的问题。
在进行热力网和电网联合实时仿真时，由于热力网是慢动态，而电力网是快动态，很难确定合适的步长；同时，热力和电力分属不同学科，目前没有一种有效工具可以完成热力网和电网的联合实时仿真。为此，本发明提出了能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置，解决了由于热力网是慢动态，而电力网是快动态，很难确定合适的步长；同时，热力和电力分属不同学科，目前没有一种有效工具可以完成热力网和电网的联合实时仿真的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置，包括固定板和箱本体，所述固定板底部的两侧均固定连接有支撑腿，并且固定板的顶部固定连接有上位机，所述上位机的顶部固定连接有显示器，并且上位机基于simulink图形化环境建立热力网和电网耦合仿真模型。
所述箱本体的底部固定连接有箱体底座，并且箱本体的顶部固定连接有顶板，所述箱本体内壁的两侧之间从下至上依次固定连接有连接控制器、第一目标机和第二目标机，并且上位机通过信号连接线经以太网与连接控制器固定连接，所述连接控制器分别通过信号连接线与第一目标机和第二目标机固定连接。
所述第一目标机和第二目标机为实时仿真装置运行数字模型，并且第一目标机和第二目标机交接处设置有用户，所述第二目标机包括补给水泵，并且补给水泵通过连接管与回水管连通，所述连接管的一端从右至左依次连通有除污器和循环水泵，并且连接管的内部分别设置有温度互感器和阀门，所述温度互感器的一侧与温度控制开关连接，并且连接管的一端与用户连接，所述连接管上且位于阀门与用户之间设置有换热器,所述温度互感器和阀门之间设置有储热水罐。
优选的，所述热力网Simulink模型为模块化结构，热力管网参数可以自行定义，通过热力-电力耦合元件使电网和热力网组成联合系统模型。
优选的，所述热力网与电网的耦合通过电加热器实现，电网通过为电加热器输入功率继而为热力网供热。
优选的，所述仿真装置使用两台基于xPCtarget技术的工控机，一台运行热力网Simulink模型且使用大步长仿真，另一台运行电网Simulink模型且使用较小步长仿真，两台仿真机通过以太网交换机交换实时仿真变量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明构建了综合能源系统中热力网和电网联合运行与控制的实时仿真平台。电网与热力网模型在上位机中运用simulink进行建模，编译下载到两台目标机中运行，上位机通过以太网交换机分别与两台不同步长目标机连接，两台目标机(仿真机)交换实时仿真变量进而模拟出电网与热力网的耦合作用。本发明具有高效节能、绿色环保、实用性较强等优点。此外，本发明通过第一目标机和第二目标机模拟电力网与热力网系统，实现了热力网与电网耦合系统的实时仿真。
附图说明
图1为本发明控制结构示意图；
图2为本发明系统结构示意图；
图3为本发明电网结构示意图；
图4为本发明热力网simulink仿真图。
附图标记说明：1-固定板、2-箱本体、3-支撑腿、4-上位机、5-显示器、6-箱体底座、7-顶板、8-连接控制器、9-第一目标机、10-第二目标机、101-补给水泵、102-除污器、103-循环水泵、104-温度互感器、105-阀门、106-温度控制开关、107-换热器、108-储热水罐、11-信号连接线、12-以太网。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1～4，本发明提供的能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置，包括固定板1和箱本体2，固定板1底部的两侧均固定连接有支撑腿3，并且固定板1的顶部固定连接有上位机4，上位机4的顶部固定连接有显示器5，并且上位机4基于simulink图形化环境建立热力网和电网耦合仿真模型。
箱本体2的底部固定连接有箱体底座6，并且箱本体2的顶部固定连接有顶板7，箱本体2内壁的两侧之间从下至上依次固定连接有连接控制器8、第一目标机9和第二目标机10，并且上位机4通过信号连接线11经以太网12与连接控制器8固定连接，连接控制器8分别通过信号连接线11与第一目标机9和第二目标机10固定连接。
第一目标机9和第二目标机10为实时仿真装置运行数字模型，并且第一目标机9和第二目标机10交接处设置有用户，第二目标机10包括补给水泵101，并且补给水泵101通过连接管与回水管连通，连接管的一端从右至左依次连通有除污器102和循环水泵103，并且连接管的内部分别设置有温度互感器104和阀门105，温度互感器104的一侧与温度控制开关106连接，并且连接管的一端与用户连接，连接管上且位于阀门105与用户之间设置有换热器107，温度互感器104和阀门105之间设置有储热水罐108。
本发明中，热力网Simulink模型为模块化结构，热力管网参数可以自行定义，通过热力-电力耦合元件使电网和热力网组成联合系统模型。
本发明中，热力网与电网的耦合通过电加热器实现，电网通过为电加热器输入功率继而为热力网供热。
本发明中，仿真装置使用两台基于xPCtarget技术的工控机，一台运行热力网Simulink模型且使用大步长仿真，另一台运行电网Simulink模型且使用较小步长仿真，两台仿真机通过以太网交换机交换实时仿真变量。
本发明的具体方案：根据热力学方程和水力学方程，在上位机4上，基于MATLAB/simulink建立热力网的图形化模型，编译下载到第一目标机9，采用xPCtarget技术第一目标机9实时模拟电力系统；在上位机4上，基于MATLAB/simulink建立电力系统的图形化模型，编译下载到第二目标机10，采用xPCtarget技术第二目标机10实时模拟热力网；由于热力网动态时间常数大，采用较大步长运行，电力网动态时间常数小，采用较小步长运行。
热力网主要包括电加热器、管道、换热器、地热管网散热器、回水、储热罐等模块，风力发电机组所发出的功率通过电加热器为管道中的液体加热，加热后的液体通过管道流经换热器，换热结束后通过地热管网的形式为用户供热，从用户流出的液体最后经过回水泵流回电加热器，形成一个热力循环网络。另外储热罐也可以在风力较小时代替电加热器为用户供暖；在电加热器后设置温控阀门，当电加热器出口温度较小时，关闭阀门，由储热罐为用户供热；另外在储热罐之前设置温控开关，当储热罐内液体温度达到上限后，控制开关关断，停止功率输入；本发明中电加热器作为耦合元件将电网与热力网耦合起来，电网将功率输入电加热器，然后电加热器将管道内的液体加热从而为用户供热；建立起电网与热力网的耦合系统；最后再通过实时仿真器运行监测风速变化时热力网与电网参数的变化。
综上所述，该能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置，通过在固定板1的顶部固定连接有的上位机4，上位机4的顶部固定连接有的显示器5，上位机4通过信号连接线11经以太网12与连接控制器8连接，以及连接控制器8通过信号连接线11分别与第一目标机9和第二目标机10连接，构建了综合能源系统中热力网和电网联合运行与控制的实时仿真平台。电网与热力网模型在上位机4中运用simulink进行建模，编译下载到两台目标机中运行，上位机4通过以太网交换机分别与两台不同步长目标机连接，两台目标机(仿真机)交换实时仿真变量进而模拟出电网与热力网的耦合作用。与现有能源互联网仿真技术相比，本发明通过第一目标机9和第二目标机10模拟电力网与热力网系统，实现了热力网与电网耦合系统的实时仿真。

Claims (3)

1.一种能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置，包括固定板(1)和箱本体(2)，其特征在于：所述固定板(1)底部的两侧均固定连接有支撑腿(3)，并且固定板(1)的顶部固定连接有上位机(4)，所述上位机(4)的顶部固定连接有显示器(5)，并且上位机(4)基于simulink图形化环境建立热力网和电网耦合仿真模型；所述仿真装置使用两台基于xPCtarget技术的工控机，一台运行热力网Simulink模型且使用大步长仿真，另一台运行电网Simulink模型且使用较小步长仿真，两台仿真机通过以太网交换机交换实时仿真变量；
所述箱本体(2)的底部固定连接有箱体底座(6)，并且箱本体(2)的顶部固定连接有顶板(7)，所述箱本体(2)内壁的两侧之间从下至上依次固定连接有连接控制器(8)、第一目标机(9)和第二目标机(10)，并且上位机(4)通过信号连接线(11)经以太网(12)与连接控制器(8)固定连接，所述连接控制器(8)分别通过信号连接线(11)与第一目标机(9)和第二目标机(10)固定连接；
所述第一目标机(9)和第二目标机(10)为实时仿真装置运行数字模型，并且第一目标机(9)和第二目标机(10)交接处设置有用户，所述第二目标机(10)包括补给水泵(101)，并且补给水泵(101)通过连接管与回水管连通，所述连接管的一端从右至左依次连通有除污器(102)和循环水泵(103)，并且连接管的内部分别设置有温度互感器(104)和阀门(105)，所述温度互感器(104)的一侧与温度控制开关(106)连接，并且连接管的一端与用户连接，所述连接管上且位于阀门(105)与用户之间设置有换热器(107)，所述温度互感器(104)和阀门(105)之间设置有储热水罐(108)。
2.根据权利要求1所述的能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置，其特征在于：所述热力网Simulink模型为模块化结构，热力管网参数可以自行定义，通过热力-电力耦合元件使电网和热力网组成联合系统模型。
3.根据权利要求1所述的能源互联网中电网联合热力网的实时仿真装置，其特征在于：所述热力网与电网的耦合通过电加热器实现，电网通过为电加热器输入功率继而为热力网供热。
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