CN109240128A - 一种新能源冷热电联供实时仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种新能源冷热电联供实时仿真系统及方法。其中，一种新能源冷热电联供实时仿真系统，包括：能源气象站，用于实时获取能源站发电信息及气象信息；数据监控单元，用于接收并实时显示能源站发电信息及气象信息；系统仿真单元，与数据监控单元共享内存，接收能源站发电信息及气象信息，仿真冷热电联供系统的运行过程；数据接口单元，其用于提供数据输入输出接口；所述数据接口单元的一端与冷热电联供控制系统相连，另一端与数据监控单元相连。

Description

一种新能源冷热电联供实时仿真系统及方法

技术领域

本公开属于冷热电联供系统领域，尤其涉及一种新能源冷热电联供实时仿真系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

能源是人类生存和发展的重要物质基础，能源问题也一直影响着世界的政治与经济格局。我国能源利用率相对较低，能源生产和使用仍然粗放，能源消耗的同时也造成了严重的环境污染。发展冷热电联供系统逐渐成为提高能源利用率和改善环境质量的有效措施之一。冷热电联供系统基于能源梯级利用原理完成发电、制冷和供热，相比传统供能系统该系统靠近用户侧，由一次能源驱动发电机发电，利用余热回收设备实现能源的梯级利用，在满足用户冷热电需求的前提下极大地提高了能源利用率。

冷热电联供系统作为一种冷热电多能流耦合系统，包括发电机组、余热换热器、制冷机和储能装置等，具有设备繁多、运行方式多样、能量变化复杂等特点，需要在建设与运营前，通过仿真验证系统各方面性能，同时其控制系统的研发也需要一个接近真实的被控对象，因此，进行冷热电联供系统的仿真测试至关重要。

专利号为CN201510102779.2的中国发明专利《一种冷热电联供系统测试平台及测试方法》提出的是一种包括冷热电联供仿真系统、可编程信号采集转换系统及控制系统的测试平台。该专利采用瞬时系统模拟软件(TRNSYS)在计算机中搭建冷热电联供仿真系统，采用逐时负荷模块用于模拟用户负荷。

发明人发现新能源冷热电联供实时仿真目前存在下列问题：

(1)源站数据和负荷数据都是使用历史数据或技术文件里的典型数据，均属于离线数据，未能接入实时的风力发电、光伏发电及天气等数据。这种方式无法在线实时地模拟不同时刻能源站出力、冷热电负荷的波动性和不确定性。

(2)新能源冷热电联供在线实时仿真要求通信方式需具备数据传输频率高，传输速度快的特点。目前将MATLAB数据文件作为TRNSYS与LabVIEW通信的传输方式，可实现数据通信功能，但是这种方式存在传输环节复杂，数据传输效率低的问题，无法满足在线实时仿真的要求。

发明内容

本公开提供了一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其能够接入实时数据，具有高效数据传输能力，可实现新能源冷热电联供系统的在线实时仿真。

本公开的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，包括：

能源气象站，用于实时获取能源站发电信息及气象信息；

数据监控单元，用于接收并实时显示能源站发电信息及气象信息；

系统仿真单元，与数据监控单元共享内存，接收能源站发电信息及气象信息，仿真冷热电联供系统的运行过程；

数据接口单元，其用于提供数据输入输出接口；所述数据接口单元的一端与冷热电联供控制系统相连，另一端与数据监控单元相连。

在一个或多个实施例中，所述能源气象站通过TCP/IP协议将能源站发电信息及气象信息发送至数据监控单元。

在一个或多个实施例中，所述数据监控单元包括冷热电联供系统监控界面和能源气象站监控界面；所述冷热电联供系统监控界面用于实时显示仿真的冷热电联供系统相关信息；能源气象站监控界面用于实时显示能源站发电信息及气象信息。

在一个或多个实施例中，采用LabVIEW设计冷热电联供系统监控界面和能源气象站监控界面。

在一个或多个实施例中，所述数据监控单元，还用于实时显示和存储冷热电联供系统运行数据，查询历史数据和分析数据。

在一个或多个实施例中，所述系统仿真单元包括系统模拟仿真平台TRNSYS，用于模拟冷热电联供系统。

在一个或多个实施例中，所述数据接口单元通过TCP/IP协议连接数据监控单元。

在一个或多个实施例中，所述数据接口单元通过模拟量和数字量I/O连接至冷热电联供控制系统。

在一个或多个实施例中，使用Compact DAQ机箱搭建数据接口单元，用于实现连接冷热电联供控制系统的功能。

本公开还提供了一种新能源冷热电联供实时仿真系统的仿真方法。

本公开的一种新能源冷热电联供实时仿真系统的仿真方法，包括：

搭建系统模块，确定系统设备组成；

设置系统参数；

能源气象站所获取的数据传至数据监控单元，进而通过共享内存传送至系统仿真单元；

系统运行数据通过共享内存传送至数据监控单元，显示系统运行状态；

系统仿真数据分析；

根据预设仿真结束条件，判断系统仿真是否完成，若是，则结束，否则重新设置系统参数，继续仿真。

本公开的有益效果是：

(1)本公开的系统仿真单元接入能源气象站的实时能源站信息和气象信息，达到了在线实时地模拟系统运行的效果。

(2)本公开改变了系统仿真单元与数据监控单元间的通信方式，将原本基于MATLAB的数据传输方式改进为采用共享内存技术的方式，用于连接系统的仿真单元和数据监控单元，能够快速传输大量的数据，具有更高的数据传输效率，以满足在线实时仿真的要求。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的一种新能源冷热电联供实时仿真系统结构图。

图2是本公开的采用的共享内存技术原理图。

图3是本公开的一种新能源冷热电联供实时仿真系统的仿真方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释：

TRNSYS的全称为Transient System SimulationProgram，即瞬时系统模拟程序。

DAQ是英文Data Acquisition(数据采集)的缩写；

Compact DAQ，数据采集卡；在CompactDAQ系统中，机箱通过USB或以太网连接到PC，并通过插入一个或多个集成信号调理的I/O模块，直接连接传感器。您可以通过同步多个CompactDAQ机箱来构建分布式系统。CompactDAQ控制器可支持Windows或实时操作系统，以独立运行。

NI Compact DAQ，是美国NI公司生产的数据采集卡。

图1是本公开的一种新能源冷热电联供实时仿真系统结构图。

如图1所示，本公开的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，包括：

(1)能源气象站，其用于实时获取能源站发电信息及气象信息。

在具体实施中，能源站包括但不限于风力发电站和光伏发电站；

气象信息包括温湿度、风速和光照强度等。

具体地，能源气象站包括各种测量传感器，用于实时采集包括但不限于风力发电、光伏发电及天气(温湿度、风速、光照强度等)这些数据。

(2)数据监控单元，用于接收并实时显示能源站发电信息及气象信息。

在具体实施中，能源气象站通过TCP/IP协议将能源站发电信息及气象信息发送至数据监控单元。

具体地，所述数据监控单元包括冷热电联供系统监控界面和能源气象站监控界面；所述冷热电联供系统监控界面用于实时显示仿真的冷热电联供系统相关信息；能源气象站监控界面用于实时显示能源站发电信息及气象信息。

具体地，采用LabVIEW设计冷热电联供系统监控界面和能源气象站监控界面。

冷热电联供系统监控界面用于实时显示仿真的冷热电联供系统中各设备温度、流量、功率等相关数据；能源气象站监控界面，用于实时地显示风力发电、光伏发电及天气(温湿度、风速、光照强度等)的数据。

在一个或多个实施例中，所述数据监控单元，还用于实时显示和存储冷热电联供系统运行数据，查询历史数据和分析数据。

(3)系统仿真单元，其与数据监控单元共享内存，接收能源站发电信息及气象信息，仿真冷热电联供系统的运行过程。

具体地，所述系统仿真单元包括系统模拟仿真平台TRNSYS，用于仿真冷热电联供系统运行过程。

共享内存是目前最快的进程间通信形式。共享内存就是允许两个或多个进程共享一定的存储区，一旦这样的内存映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间数据传递不再涉及到内核，即进程不再通过执行涉及内核的系统调用来传输数据。采用共享内存通信具有效率高的特点。

如图2所示，共享内存只拷贝两次数据：一次从输入文件到共享内存区，另一次从共享内存区到输出文件，实现使用共享内存区从TRNSYS拷贝文件数据到LabVIEW的功能或是从LabVIEW拷贝文件数据到TRNSYS的功能。

(4)数据接口单元，其用于提供数据输入输出接口；所述数据接口单元的一端与冷热电联供控制系统相连，另一端与数据监控单元相连。

具体地，所述数据接口单元通过TCP/IP协议连接数据监控单元。

所述数据接口单元通过模拟量和数字量I/O连接至冷热电联供控制系统。

在具体实施中，使用Compact DAQ机箱(例如：NI Compact DAQ机箱)搭建数据接口单元，用于实现连接冷热电联供控控制系统的功能。

本公开提供的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，能够接入实时数据，具有高效数据传输能力，可实现新能源冷热电联供系统的在线实时仿真。

本公开的系统仿真单元接入能源气象站的实时能源站信息和气象信息，达到了在线实时地模拟系统运行的效果。

本公开改变了系统仿真单元与数据监控单元间的通信方式，将原本基于MATLAB的数据传输方式改进为采用共享内存技术的方式，用于连接系统的仿真单元和数据监控单元，能够快速传输大量的数据，具有更高的数据传输效率，以满足在线实时仿真的要求。

图3是本公开的一种新能源冷热电联供实时仿真系统的仿真方法流程图。

如图3所示，本公开的一种新能源冷热电联供实时仿真系统的仿真方法，包括：

S110：搭建系统模块，确定系统设备组成；

S120：设置系统参数；

其中，设备参数包括但不限于容量配置、电价和气价。

S130：能源气象站所获取的数据传至数据监控单元，进而通过共享内存传送至系统仿真单元；

S140：系统运行数据通过共享内存传送至数据监控单元，显示系统运行状态；

S150：系统仿真数据分析；

S160：根据预设仿真结束条件，判断系统仿真是否完成，若是，则结束，否则返回步骤S120重新设置系统参数，继续仿真。

本公开的系统仿真单元接入能源气象站的实时能源站信息和气象信息，达到了在线实时地模拟系统运行的效果。

本公开改变了系统仿真单元与数据监控单元间的通信方式，将原本基于MATLAB的数据传输方式改进为采用共享内存技术的方式，用于连接系统的仿真单元和数据监控单元，能够快速传输大量的数据，具有更高的数据传输效率，以满足在线实时仿真的要求。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其特征在于，包括：

能源气象站，用于实时获取能源站发电信息及气象信息；

数据监控单元，用于接收并实时显示能源站发电信息及气象信息；

系统仿真单元，与数据监控单元共享内存，接收能源站发电信息及气象信息，仿真冷热电联供系统的运行过程；

数据接口单元，其用于提供数据输入输出接口；所述数据接口单元的一端与冷热电联供控制系统相连，另一端与数据监控单元相连。

2.如权利要求1所述的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其特征在于，所述能源气象站通过TCP/IP协议将能源站发电信息及气象信息发送至数据监控单元。

3.如权利要求1所述的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其特征在于，所述数据监控单元包括冷热电联供系统监控界面和能源气象站监控界面；所述冷热电联供系统监控界面用于实时显示仿真的冷热电联供系统相关信息；能源气象站监控界面用于实时显示能源站发电信息及气象信息。

4.如权利要求3所述的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其特征在于，采用LabVIEW设计冷热电联供系统监控界面和能源气象站监控界面。

5.如权利要求1所述的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其特征在于，所述数据监控单元，还用于实时显示和存储冷热电联供系统运行数据，查询历史数据和分析数据。

6.如权利要求1所述的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其特征在于，所述系统仿真单元包括系统模拟仿真平台TRNSYS，用于模拟冷热电联供系统。

7.如权利要求1所述的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其特征在于，所述数据接口单元通过TCP/IP协议连接数据监控单元。

8.如权利要求1所述的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其特征在于，所述数据接口单元通过模拟量和数字量I/O连接至冷热电联供控制系统。

9.如权利要求1所述的一种新能源冷热电联供实时仿真系统，其特征在于，使用Compact DAQ机箱搭建数据接口单元，用于实现连接冷热电联供控制系统的功能。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的新能源冷热电联供实时仿真系统的仿真方法，其特征在于，包括：

搭建系统模块，确定系统设备组成；

设置系统参数；

能源气象站所获取的数据传至数据监控单元，进而通过共享内存传送至系统仿真单元；

系统运行数据通过共享内存传送至数据监控单元，显示系统运行状态；

系统仿真数据分析；

根据预设仿真结束条件，判断系统仿真是否完成，若是，则结束，否则重新设置系统参数，继续仿真。