CN107560034B - 一种冰蓄冷空调系统的优化调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冰蓄冷空调系统的优化调度方法。它具体包括如下两个工作模式：(1)基于双工况制冷机的并联式冰蓄冷空调：并联式冰蓄冷空调系统的制冷机与蓄冰槽在系统中处于并联位置，其中制冷机与蓄冰槽能联合供冷也能单独供应冷负荷，且制冷机能够同时制冰和供冷；(2)基于双工况制冷机的串联式冰蓄冷空调：串联式冰蓄冷空调系统的制冷机和蓄冰槽在系统中处于串联位置，制冷机和蓄冰槽的冷量分配满足一定的比例关系。本发明的有益效果是：能够进一步对冰蓄冷空调系统的多模式建模，细化综合能源系统模型；进一步完善综合能源系统模型，提升优化控制的精度，从而进一步提升工厂的经济效益和能源利用率。

Description

一种冰蓄冷空调系统的优化调度方法
技术领域
本发明涉及综合能源及电力需求响应相关技术领域，尤其是指一种冰蓄冷空调系统的优化调度方法。
背景技术
综合能源系统(integrated energy system，IES)是下一代智能的能源系统，使得能源系统的能量生产、传输、存储和使用有了系统化、集成化和精细化的运行和管理。综合能源系统是能源互联网的重要物理载体，是实现多能源互补、能量梯级利用等技术的关键。工业园区是以工业负荷为主的复杂能源系统，包含多种产能/用能设备，对供电可靠性要求高，但普遍存在能源利用率低、能源结构不合理、峰谷电力差额大、环境污染等问题。从我国各行业的能源消耗情况看，工业耗能在我国能源消耗中占有主导地位，占到全社会总能耗的70％左右，因此有必要对工厂进行用能优化管理，提升工厂的经济效益和能源利用率。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种提高经济效益和能源利用率的冰蓄冷空调系统的优化调度方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种冰蓄冷空调系统的优化调度方法，冰蓄冷空调在夜间用电低谷时进行制冷，利用蓄冷介质储存冷量，并在白天用电高峰时释放冷量，以满足工厂的供冷需求，按照制冷机和蓄冰设备的连接情况和工作模式，冰蓄冷空调系统可分为并联式和串联式两种，根据冰蓄冷空调系统串联与并联两种工作模式，进一步完善综合能源系统经济优化调度模型，使得优化后的调度模型更契合工程的实际需求，具体包括如下两个工作模式：
(1)基于双工况制冷机的并联式冰蓄冷空调：并联式冰蓄冷空调系统的制冷机与蓄冰槽在系统中处于并联位置，其中制冷机与蓄冰槽能联合供冷也能单独供应冷负荷，且制冷机能够同时制冰和供冷；
(2)基于双工况制冷机的串联式冰蓄冷空调：串联式冰蓄冷空调系统的制冷机和蓄冰槽在系统中处于串联位置，制冷机和蓄冰槽的冷量分配满足一定的比例关系。
采用上述方法，能够进一步对冰蓄冷空调系统的多模式建模，细化综合能源系统模型。通过分析设备多种工作模式，进一步完善综合能源系统模型，提升优化控制的精度，从而进一步提升工厂的经济效益和能源利用率。
作为优选，在(1)的工作模式下，制冷机与蓄冰槽存在如下关系：
Figure GDA0002220263020000021
Figure GDA0002220263020000023
Figure GDA0002220263020000031
Figure GDA0002220263020000032
Figure GDA0002220263020000033
其中：t为时段数，T为单位时段长度，
Figure GDA0002220263020000034
Figure GDA0002220263020000035
和分别表示时段t第i个制冷机和蓄冰槽的制冷功率；
Figure GDA0002220263020000037
和
Figure GDA0002220263020000038
分别表示第i个制冷机和蓄冰槽的最大制冷功率；
Figure GDA0002220263020000039
和
Figure GDA00022202630200000310
分别表示时段t第i个制冷机和蓄冰槽的电功率；
Figure GDA00022202630200000311
和
Figure GDA00022202630200000312
分别表示第i个制冷机和蓄冰槽的最大电功率；
Figure GDA00022202630200000314
和
Figure GDA00022202630200000315
分别表示时段t第i个冰蓄冷空调系统总的电功率、最大电功率和制冷功率；Tmelt表示处于融冰时段，Tref表示处于蓄冰时段，Tmelt和Tref所在的公式表示蓄冰槽的蓄冰与融冰作业不可同时进行；
Figure GDA00022202630200000316
表示制冷机的制冷能效比；和
Figure GDA00022202630200000318
分别表示蓄冰槽的制冰能效比和融冰效率；
Figure GDA00022202630200000319
和
Figure GDA00022202630200000320
分别表示第i个蓄冰槽时段t+1和时段t的蓄冰容量；
Figure GDA00022202630200000321
是蓄冰槽的自损耗系数。
作为优选，冰蓄冷空调系统的具体控制变量为通过蓄冰槽和制冷机的循环乙二醇流量，蓄冰槽和制冷机的供冷量与循环乙二醇流量存在如下关系：
Figure GDA00022202630200000322
Figure GDA00022202630200000323
其中：
Figure GDA0002220263020000041
和
Figure GDA0002220263020000042
分别表示时段t通过蓄冰槽和制冷机的循环乙二醇流量；Cgly、ρgly和ΔTgly分别为乙二醇溶液的比热容、液体密度和供回水温度差；
Figure GDA0002220263020000043
为制冷机制冷效率。
作为优选，在(2)的工作模式下，制冷机和蓄冰槽的冷量分配满足的比例关系主要体现在以下两个阶段：
(a)在蓄冰阶段，由制冷机生产冷量并存储在蓄冰槽中，此时蓄冰槽不参与制冷作业，制冷机参与制冷作业，蓄冰槽制冰功率
Figure GDA0002220263020000044
和制冷机供冷功率
Figure GDA0002220263020000045
关系如下：
其中：和
Figure GDA0002220263020000048
分别为时段t蓄冰槽和制冷机进出口乙二醇的温度差；
(b)在供冷阶段，蓄冰槽和制冷机必须同时供冷，且两者的冷量分配满足一定的比例关系：
Figure GDA0002220263020000049
Figure GDA00022202630200000410
其中：εs.i为第i个冰蓄冷空调系统的冷量分配系数。
本发明的有益效果是：能够进一步对冰蓄冷空调系统的多模式建模，细化综合能源系统模型；进一步完善综合能源系统模型，提升优化控制的精度，从而进一步提升工厂的经济效益和能源利用率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
一种冰蓄冷空调系统的优化调度方法，冰蓄冷空调在夜间用电低谷时进行制冷，利用蓄冷介质储存冷量，并在白天用电高峰时释放冷量，以满足工厂的供冷需求，按照制冷机和蓄冰设备的连接情况和工作模式，冰蓄冷空调系统可分为并联式和串联式两种，根据冰蓄冷空调系统串联与并联两种工作模式，进一步完善综合能源系统经济优化调度模型，使得优化后的调度模型更契合工程的实际需求，具体包括如下两个工作模式：
(1)基于双工况制冷机的并联式冰蓄冷空调：并联式冰蓄冷空调系统的制冷机与蓄冰槽在系统中处于并联位置，其中制冷机与蓄冰槽能联合供冷也能单独供应冷负荷，且制冷机能够同时制冰和供冷；制冷机与蓄冰槽存在如下关系：
Figure GDA0002220263020000053
Figure GDA0002220263020000061
Figure GDA0002220263020000062
Figure GDA0002220263020000063
其中：t为时段数，T为单位时段长度，
Figure GDA0002220263020000064
Figure GDA0002220263020000065
和
Figure GDA0002220263020000066
分别表示时段t第i个制冷机和蓄冰槽的制冷功率；和
Figure GDA0002220263020000068
分别表示第i个制冷机和蓄冰槽的最大制冷功率；
Figure GDA0002220263020000069
和
Figure GDA00022202630200000610
分别表示时段t第i个制冷机和蓄冰槽的电功率；
Figure GDA00022202630200000611
和
Figure GDA00022202630200000612
分别表示第i个制冷机和蓄冰槽的最大电功率；和
Figure GDA00022202630200000614
分别表示时段t第i个冰蓄冷空调系统总的电功率、最大电功率和制冷功率；Tmelt表示处于融冰时段，Tref表示处于蓄冰时段，Tmelt和Tref所在的公式表示蓄冰槽的蓄冰与融冰作业不可同时进行；
Figure GDA00022202630200000615
表示制冷机的制冷能效比；
Figure GDA00022202630200000616
和
Figure GDA00022202630200000617
分别表示蓄冰槽的制冰能效比和融冰效率；和
Figure GDA00022202630200000619
分别表示第i个蓄冰槽时段t+1和时段t的蓄冰容量；
Figure GDA00022202630200000620
是蓄冰槽的自损耗系数。
冰蓄冷空调系统的具体控制变量为通过蓄冰槽和制冷机的循环乙二醇流量，蓄冰槽和制冷机的供冷量与循环乙二醇流量存在如下关系：
Figure GDA00022202630200000621
Figure GDA00022202630200000622
其中：
Figure GDA0002220263020000071
和
Figure GDA0002220263020000072
分别表示时段t通过蓄冰槽和制冷机的循环乙二醇流量；Cgly、ρgly和ΔTgly分别为乙二醇溶液的比热容、液体密度和供回水温度差；
Figure GDA0002220263020000073
为制冷机制冷效率。
(2)基于双工况制冷机的串联式冰蓄冷空调：串联式冰蓄冷空调系统的制冷机和蓄冰槽在系统中处于串联位置，制冷机和蓄冰槽的冷量分配满足一定的比例关系。
(a)在蓄冰阶段，由制冷机生产冷量并存储在蓄冰槽中，此时蓄冰槽不参与制冷作业，制冷机参与制冷作业，蓄冰槽制冰功率
Figure GDA0002220263020000074
和制冷机供冷功率
Figure GDA0002220263020000075
关系如下：
其中：
Figure GDA0002220263020000077
和
Figure GDA0002220263020000078
分别为时段t蓄冰槽和制冷机进出口乙二醇的温度差；
(b)在供冷阶段，蓄冰槽和制冷机必须同时供冷，且两者的冷量分配满足一定的比例关系：
Figure GDA0002220263020000079
Figure GDA00022202630200000710
其中：εs.i为第i个冰蓄冷空调系统的冷量分配系数。
采用上述方法，能够进一步对冰蓄冷空调系统的多模式建模，细化综合能源系统模型。通过分析设备多种工作模式，进一步完善综合能源系统模型，提升优化控制的精度，从而进一步提升工厂的经济效益和能源利用率。

Claims (1)

1.一种冰蓄冷空调系统的优化调度方法，其特征是，冰蓄冷空调在夜间用电低谷时进行制冷，利用蓄冷介质储存冷量，并在白天用电高峰时释放冷量，以满足工厂的供冷需求，按照制冷机和蓄冰设备的连接情况和工作模式，冰蓄冷空调系统可分为并联式和串联式两种，根据冰蓄冷空调系统串联与并联两种工作模式，进一步完善综合能源系统经济优化调度模型，使得优化后的调度模型更契合工程的实际需求，具体包括如下两个工作模式：
(1)基于双工况制冷机的并联式冰蓄冷空调：并联式冰蓄冷空调系统的制冷机与蓄冰槽在系统中处于并联位置，其中制冷机与蓄冰槽能联合供冷也能单独供应冷负荷，且制冷机能够同时制冰和供冷；
在(1)的工作模式下，制冷机与蓄冰槽存在如下关系：
Figure FDA0002220263010000011
Figure FDA0002220263010000012
Figure FDA0002220263010000013
Figure FDA0002220263010000014
Figure FDA0002220263010000015
其中：t为时段数，T为单位时段长度，
Figure FDA0002220263010000022
Figure FDA0002220263010000023
和分别表示时段t第i个制冷机和蓄冰槽的制冷功率；
Figure FDA0002220263010000025
和
Figure FDA0002220263010000026
分别表示第i个制冷机和蓄冰槽的最大制冷功率；
Figure FDA00022202630100000225
和分别表示时段t第i个制冷机和蓄冰槽的电功率；
Figure FDA0002220263010000029
和
Figure FDA00022202630100000210
分别表示第i个制冷机和蓄冰槽的最大电功率；
Figure FDA00022202630100000211
Figure FDA00022202630100000212
和
Figure FDA00022202630100000213
分别表示时段t第i个冰蓄冷空调系统总的电功率、最大电功率和制冷功率；Tmelt表示处于融冰时段，Tref表示处于蓄冰时段，Tmelt和Tref所在的公式表示蓄冰槽的蓄冰与融冰作业不可同时进行；
Figure FDA00022202630100000214
表示制冷机的制冷能效比；
Figure FDA00022202630100000215
和分别表示蓄冰槽的制冰能效比和融冰效率；
Figure FDA00022202630100000217
和
Figure FDA00022202630100000218
分别表示第i个蓄冰槽时段t+1和时段t的蓄冰容量；
Figure FDA00022202630100000219
是蓄冰槽的自损耗系数；
冰蓄冷空调系统的具体控制变量为通过蓄冰槽和制冷机的循环乙二醇流量，蓄冰槽和制冷机的供冷量与循环乙二醇流量存在如下关系：
Figure FDA00022202630100000220
Figure FDA00022202630100000221
其中：和分别表示时段t通过蓄冰槽和制冷机的循环乙二醇流量；Cgly、ρgly和ΔTgly分别为乙二醇溶液的比热容、液体密度和供回水温度差；
Figure FDA00022202630100000224
为制冷机制冷效率；
(2)基于双工况制冷机的串联式冰蓄冷空调：串联式冰蓄冷空调系统的制冷机和蓄冰槽在系统中处于串联位置，制冷机和蓄冰槽的冷量分配满足一定的比例关系；
在(2)的工作模式下，制冷机和蓄冰槽的冷量分配满足的比例关系主要体现在以下两个阶段：
(a)在蓄冰阶段，由制冷机生产冷量并存储在蓄冰槽中，此时蓄冰槽不参与制冷作业，制冷机参与制冷作业，蓄冰槽制冰功率
Figure FDA0002220263010000031
和制冷机供冷功率关系如下：
Figure FDA0002220263010000033
其中：
Figure FDA0002220263010000034
和
Figure FDA0002220263010000035
分别为时段t蓄冰槽和制冷机进出口乙二醇的温度差；
(b)在供冷阶段，蓄冰槽和制冷机必须同时供冷，且两者的冷量分配满足一定的比例关系：
Figure FDA0002220263010000036
Figure FDA0002220263010000037
其中：εs.i为第i个冰蓄冷空调系统的冷量分配系数。
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