CN109764573B - 考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法，属于运行控制技术领域。当用户冷/热负荷低于吸收式制冷/热机组制冷/热量时，将多余冷/热能通入蓄冷/热罐进行蓄能，利用水箱对系统进行补水，当蓄冷/热罐液位超过最高液位时，通过调节进入吸收式制冷/热机组的烟气量满足用户冷/热负荷；当用户冷/热负荷高于吸收式制冷/热机组制冷/热量时，将蓄冷/热罐中的冷/热能释放至系统中，并利用水箱回收部分回水，当蓄冷/热罐液位低于最低液位时，利用电制冷机组补充冷量或利用燃气热水锅炉补充热量。本发明可有效利用燃气发电机组余热，提高系统综合能源利用效率，适用于楼宇型冷热电三联供系统的设计和运行控制环节中。

Description

考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法，属于运行控制技术领域。
背景技术
燃气冷热电三联供以天然气为能量来源，在获得电力的同时，可满足用户的冷负荷和热负荷，能够实现能量的梯级利用，提升能源综合利用效率。同时天然气利用过程中污染物排放水平更低，有助于清洁能源体系建设。在实际运行过程中，为满足用户变化的冷、热负荷，多数三联供系统采用调节烟气利用量的方法，将部分烟气直接排空，未能充分利用其能量，造成一定的能源浪费。
发明内容
本发明的目的是提出一种考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法，通过在系统中合理接入蓄能装置，基于合理的控制方法实现对烟气余热的最大化利用，进一步提高能源利用效率，同时蓄能装置的使用也实现了用户冷/热负荷削峰，使系统装机更加合理。
本发明提出的考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法，其中涉及的楼宇型冷热电三联供系统，包括燃气发电机组、吸收式制冷/热机组、燃气热水锅炉、电制冷机组、蓄冷/热罐、水箱、电动阀和变频泵；所述的燃气发电机组的燃料输入端通过第一电动阀1与天然气相连，燃气发电机组的电力输出端与电网的电力母线相连，燃气发电机组的烟气输出端通过第二电动阀2和第三电动阀3分别通向大气和通向吸收式制冷/热机组；所述的吸收式制冷/热机组的烟气输出端通向大气，吸收式制冷/热机组的冷冻水/热水输出端通过第一变频泵4与冷冻水/热水供水母管相连，吸收式制冷/热机组的冷冻水/热水回水输入端与冷冻水/热水回水母管相连；所述的蓄冷/热罐的输入端通过第四电动阀5与冷冻水/热水供水母管相连，蓄冷/热罐的输出端通过第二变频泵6与冷冻水/热水供水母管相连；所述的水箱的输入端通过第五电动阀13与冷冻水/热水回水母管相连，水箱的输出端通过第三变频泵12与冷冻水/热水回水母管相连；所述的电制冷机组的电力输入端与电网的电力母线相连，电制冷机组的冷冻水输出端通过第四变频泵8与冷冻水/热水供水母管相连，电制冷机组的冷冻水回水输入端通过第六电动阀7与冷冻水/热水回水母管相连；所述的燃气热水锅炉的燃料输入端通过第七电动阀9与天然气相连，燃气热水锅炉的热水输出端通过第五变频泵10与冷冻水/热水供水母管相连，燃气热水锅炉的热水回水输入端通过第八电动阀11与冷冻水/热水回水母管相连；
当楼宇型冷热电三联供系统在制冷模式下运行，用户的冷负荷发生变化时，控制方法如下：
(1)对用户的冷负荷进行判断，若用户的冷负荷低于吸收式制冷/热机组的制冷量，即用户的冷冻水回水温度Tc，out t低于冷冻水回水设定温度Tc，out，则对冷热电三联供系统调节方法如下：
(1-1)打开第四电动阀5，冷冻水/热水供水母管中的冷冻水进入蓄冷/热罐，使蓄冷/热罐进行蓄能；
(1-2)利用第三变频泵12对冷冻水/热水回水母管进行补水，补水流量为Ftan，out t+1，同时通过第一变频泵4和第四电动阀5协调控制用户的冷冻水流量Ft+1和进入蓄冷/热罐的冷冻水流量Fsto，in t+1，计算公式如下：
Figure GDA0002426033050000021
其中，t为调节前，t+1为调节后，Tc，in为用户冷冻水供水设定温度，Tc，in t为调节前用户冷冻水供水温度，Ft为调节前用户的冷冻水流量，Ttan为由水箱进入冷冻水/热水回水母管的补水温度；
Figure GDA0002426033050000022
Fsto，in t+1＝Ftan，out t+1+Ft-Ft+1
(1-3)当蓄冷/热罐中的冷冻水达到设定的最高水位Hmax，且用户的冷负荷低于吸收式制冷/热机组的制冷量时，调节第二电动阀2，减少进入吸收式制冷/热机组的烟气量，降低吸收式制冷/热机组的制冷量；
(2)对用户的冷负荷进行判断，若用户的冷负荷高于吸收式制冷/热机组的制冷量，即用户的冷冻水回水温度Tc，out t高于冷冻水回水设定温度Tc，out，则对冷热电三联供系统进行以下调节：
(2-1)使第二变频泵6投入运行，将蓄冷/热罐的冷冻水释放到冷冻水/热水供水母管中，释放蓄冷/热罐中的冷能，蓄冷/热罐的冷冻水的释放流量为Fsto，out t+1，调节后用户处的冷冻水流量为Ft+1，计算公式如下：
Figure GDA0002426033050000031
Figure GDA0002426033050000032
(2-2)打开第五电动阀13以回收部分回水，进入水箱的回水流量Ftan，in t+1为：
Ftan，in t+1＝Fsto，out t+1+Ft-Ft+1
(2-3)当蓄冷/热罐中的冷冻水达到最低水位Hmin，且用户的冷负荷高于吸收式制冷/热机组的制冷量时，电制冷机组和第四变频泵8投入运行，同时开启第六电动阀7，使冷冻水进入冷冻水/热水供水母管，对冷冻水/热水供水母管中的冷冻水进行补充；
当楼宇型冷热电三联供系统在制热模式下运行，用户的热负荷发生变化时，控制方法如下：
(3)对用户的热负荷进行判断，若用户的热负荷低于吸收式制冷/热机组的制热量，即用户的热水回水温度Th，out t高于热水回水设定温度Th，out，对冷热电三联供系统调节方法如下：
(3-1)打开第四电动阀5，冷冻水/热水供水母管中的热水进入蓄冷/热罐，使蓄热/冷罐进行蓄能；
(3-2)利用第三变频泵12对冷冻水/热水回水母管进行补水，补水流量为Ftan，out t+1，同时通过第一变频泵4和第四电动阀5协调控制用户的热水流量Ft+1和进入蓄冷/热罐的热水流量Fsto，in t+1，计算公式如下：
Figure GDA0002426033050000033
其中，Th，in为用户热水供水设定温度，Th，in t为调节前用户热水供水温度；
Figure GDA0002426033050000034
Fsto，in t+1＝Ftan，out t+1+Ft-Ft+1
(3-3)当蓄冷/热罐中的热水达到设定的最高水位Hmax，且用户的热负荷低于吸收式制冷/热机组的制热量时，调节第二电动阀2，减少进入吸收式制冷/热机组的烟气量，降低吸收式制冷/热机组的制热量；
(4)对用户的热负荷进行判断，若用户的热负荷高于吸收式制冷/热机组的制热量，即用户的热水回水温度Th，out t低于热水回水设定温度Th，out，对冷热电三联供系统调节方法如下：
(4-1)使第二变频泵6投入运行，将蓄冷/热罐的热水释放到冷冻水/热水供水母管中，释放蓄冷/热罐中的热能，蓄冷/热罐的热水的释放流量为Fsto,out t+1，调节后用户处的热水流量为Ft+1，计算公式如下：
Figure GDA0002426033050000041
Figure GDA0002426033050000042
(4-2)打开第五电动阀(13)以回收部分回水，进入水箱的回水流量Ftan,in t+1为：
Ftan,in t+1＝Fsto,out t+1+Ft-Ft+1
(4-3)当蓄冷/热水罐的热水达到最低水位Hmin，且用户的热负荷高于吸收式制冷/热机组的制热量时，燃气热水锅炉和第五变频泵10投入运行，并开启第七电动阀9和第八电动阀11，使热水进入冷冻水/热水供水母管，对冷冻水/热水供水母管中的热水进行补充。
本发明提出的考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法，其优点是：
本发明控制方法利用蓄冷/热罐储存多余冷/热能，并在需要时进行释放，在充分利用烟气余热、提升系统综合能源利用效率的同时，也实现了用户冷/热负荷的削峰，使系统装机更加合理。同时，本发明涉及的系统都为已有技术，在使用本发明的控制方法时无需进行设备更新，因此实现成本低。本发明方法适合应用于冷热电三联供系统设计和运行控制环节之中。
附图说明
图1为本发明提出的考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法中涉及的楼宇型冷热电三联供系统结构示意图。
图1中，1是第一电动阀，2是第二电动阀，3是第三电动阀，4是第一变频泵，5是第四电动阀，6是第二变频泵，7是第六电动阀，8是第四变频泵，9是第七电动阀，10是第五变频泵，11是第八电动阀，12是第三变频泵，13是第五电动阀。
具体实施方式
本发明提出的考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法，其中涉及的楼宇型冷热电三联供系统结构示意图如图1所示。本控制方法中涉及的楼宇型冷热电三联供系统，包括燃气发电机组、吸收式制冷/热机组、燃气热水锅炉、电制冷机组、蓄冷/热罐、水箱、电动阀和变频泵；所述的燃气发电机组的燃料输入端通过第一电动阀1与天然气相连，燃气发电机组的电力输出端与电网的电力母线相连，燃气发电机组的烟气输出端通过第二电动阀2和第三电动阀3分别通向大气和通向吸收式制冷/热机组；所述的吸收式制冷/热机组的烟气输出端通向大气，吸收式制冷/热机组的冷冻水/热水输出端通过第一变频泵4与冷冻水/热水供水母管相连，吸收式制冷/热机组的冷冻水/热水回水输入端与冷冻水/热水回水母管相连；所述的蓄冷/热罐的输入端通过第四电动阀5与冷冻水/热水供水母管相连，蓄冷/热罐的输出端通过第二变频泵6与冷冻水/热水供水母管相连；所述的水箱的输入端通过第五电动阀13与冷冻水/热水回水母管相连，水箱的输出端通过第三变频泵12与冷冻水/热水回水母管相连；所述的电制冷机组的电力输入端与电网的电力母线相连，电制冷机组的冷冻水输出端通过第四变频泵8与冷冻水/热水供水母管相连，电制冷机组的冷冻水回水输入端通过第六电动阀7与冷冻水/热水回水母管相连；所述的燃气热水锅炉的燃料输入端通过第七电动阀9与天然气相连，燃气热水锅炉的热水输出端通过第五变频泵10与冷冻水/热水供水母管相连，燃气热水锅炉的热水回水输入端通过第八电动阀11与冷冻水/热水回水母管相连。
当楼宇型冷热电三联供系统在制冷模式下运行，用户的冷负荷发生变化时，控制方法如下：
(1)对用户的冷负荷进行判断，若用户的冷负荷低于吸收式制冷/热机组的制冷量，即用户的冷冻水回水温度Tc,out t(为实时监测量)低于冷冻水回水设定温度Tc,out，则对冷热电三联供系统调节方法如下：
(1-1)打开第四电动阀5，冷冻水/热水供水母管中的冷冻水进入蓄冷/热罐，使蓄冷/热罐进行蓄能；
(1-2)利用第三变频泵12对冷冻水/热水回水母管进行补水，补水流量为Ftan,out t+1，同时通过第一变频泵4和第四电动阀5协调控制用户的冷冻水流量Ft+1和进入蓄冷/热罐的冷冻水流量Fsto,in t+1，计算公式如下：
Figure GDA0002426033050000051
其中，t为调节前，t+1为调节后，Tc,in为用户冷冻水供水设定温度，Tc,in t为调节前用户冷冻水供水温度(为实时监测量)，Ft为调节前用户的冷冻水流量(为实时监测量)，Ttan为由水箱进入冷冻水/热水回水母管的补水温度(为实时监测量)，其中的；
Figure GDA0002426033050000061
Fsto，in t+1＝Ftan，out t+1+Ft-Ft+1
(1-3)当蓄冷/热罐中的冷冻水达到设定的最高水位Hmax，且用户的冷负荷低于吸收式制冷/热机组的制冷量时，调节第二电动阀2，减少进入吸收式制冷/热机组的烟气量，降低吸收式制冷/热机组的制冷量；
(2)对用户的冷负荷进行判断，若用户的冷负荷高于吸收式制冷/热机组的制冷量，即用户的冷冻水回水温度Tc，out t高于冷冻水回水设定温度Tc，out，则对冷热电三联供系统进行以下调节：
(2-1)使第二变频泵6投入运行，将蓄冷/热罐的冷冻水释放到冷冻水/热水供水母管中，释放蓄冷/热罐中的冷能，蓄冷/热罐的冷冻水的释放流量为Fsto，out t+1，调节后用户处的冷冻水流量为Ft+1，计算公式如下：
Figure GDA0002426033050000062
Figure GDA0002426033050000063
(2-2)打开第五电动阀(13)以回收部分回水，进入水箱的回水流量Ftan，in t+1为：
Ftan，in t+1＝Fsto，out t+1+Ft-Ft+1
(2-3)当蓄冷/热罐中的冷冻水达到最低水位Hmin，且用户的冷负荷高于吸收式制冷/热机组的制冷量时，电制冷机组和第四变频泵8投入运行，同时开启第六电动阀7，使冷冻水进入冷冻水/热水供水母管，对冷冻水/热水供水母管中的冷冻水进行补充；
当楼宇型冷热电三联供系统在制热模式下运行，用户的热负荷发生变化时，控制方法如下：
(3)对用户的热负荷进行判断，若用户的热负荷低于吸收式制冷/热机组的制热量，即用户的热水回水温度Th，out t(为实时监测量)高于热水回水设定温度Th，out，对冷热电三联供系统调节方法如下：
(3-1)打开第四电动阀5，冷冻水/热水供水母管中的热水进入蓄冷/热罐，使蓄热/冷罐进行蓄能；
(3-2)利用第三变频泵12对冷冻水/热水回水母管进行补水，补水流量为Ftan，out t+1，同时通过第一变频泵4和第四电动阀5协调控制用户的热水流量Ft+1和进入蓄冷/热罐的热水流量Fsto，in t+1，计算公式如下：
Figure GDA0002426033050000071
其中，Th，in为用户热水供水设定温度，Th，in t为调节前用户热水供水温度(为实时监测量)；
Figure GDA0002426033050000072
Fsto，in t+1＝Ftan，out t+1+Ft-Ft+1
(3-3)当蓄冷/热罐中的热水达到设定的最高水位Hmax，且用户的热负荷低于吸收式制冷/热机组的制热量时，调节第二电动阀2，减少进入吸收式制冷/热机组的烟气量，降低吸收式制冷/热机组的制热量；
(4)对用户的热负荷进行判断，若用户的热负荷高于吸收式制冷/热机组的制热量，即用户的热水回水温度Th，out t低于热水回水设定温度Th，out，对冷热电三联供系统调节方法如下：
(4-1)使第二变频泵6投入运行，将蓄冷/热罐的热水释放到冷冻水/热水供水母管中，释放蓄冷/热罐中的热能，蓄冷/热罐的热水的释放流量为Fsto，out t+1，调节后用户处的热水流量为Ft+1，计算公式如下：
Figure GDA0002426033050000073
Figure GDA0002426033050000074
(4-2)打开第五电动阀13以回收部分回水，进入水箱的回水流量Ftan，in t+1为：
Ftan，in t+1＝Fsto，out t+1+Ft-Ft+1
(4-3)当蓄冷/热水罐的热水达到最低水位Hmin，且用户的热负荷高于吸收式制冷/热机组的制热量时，燃气热水锅炉和第五变频泵10投入运行，并开启第七电动阀9和第八电动阀11，使热水进入冷冻水/热水供水母管，对冷冻水/热水供水母管中的热水进行补充。

Claims (1)

1.一种考虑余热充分利用的楼宇型冷热电三联供系统的控制方法，其特征在于，涉及的楼宇型冷热电三联供系统，包括燃气发电机组、吸收式制冷/热机组、燃气热水锅炉、电制冷机组、蓄冷/热罐、水箱、电动阀和变频泵；所述的燃气发电机组的燃料输入端通过第一电动阀(1)与天然气相连，燃气发电机组的电力输出端与电网的电力母线相连，燃气发电机组的烟气输出端通过第二电动阀(2)和第三电动阀(3)分别通向大气和通向吸收式制冷/热机组；所述的吸收式制冷/热机组的烟气输出端通向大气，吸收式制冷/热机组的冷冻水/热水输出端通过第一变频泵(4)与冷冻水/热水供水母管相连，吸收式制冷/热机组的冷冻水/热水回水输入端与冷冻水/热水回水母管相连；所述的蓄冷/热罐的输入端通过第四电动阀(5)与冷冻水/热水供水母管相连，蓄冷/热罐的输出端通过第二变频泵(6)与冷冻水/热水供水母管相连；所述的水箱的输入端通过第五电动阀(13)与冷冻水/热水回水母管相连，水箱的输出端通过第三变频泵(12)与冷冻水/热水回水母管相连；所述的电制冷机组的电力输入端与电网的电力母线相连，电制冷机组的冷冻水输出端通过第四变频泵(8)与冷冻水/热水供水母管相连，电制冷机组的冷冻水回水输入端通过第六电动阀(7)与冷冻水/热水回水母管相连；所述的燃气热水锅炉的燃料输入端通过第七电动阀(9)与天然气相连，燃气热水锅炉的热水输出端通过第五变频泵(10)与冷冻水/热水供水母管相连，燃气热水锅炉的热水回水输入端通过第八电动阀(11)与冷冻水/热水回水母管相连；
当楼宇型冷热电三联供系统在制冷模式下运行，用户的冷负荷发生变化时，控制方法如下：
(1)对用户的冷负荷进行判断，若用户的冷负荷低于吸收式制冷/热机组的制冷量，即用户的冷冻水回水温度Tc，out t低于冷冻水回水设定温度Tc，out，则对冷热电三联供系统调节方法如下：
(1-1)打开第四电动阀(5)，冷冻水/热水供水母管中的冷冻水进入蓄冷/热罐，使蓄冷/热罐进行蓄能；
(1-2)利用第三变频泵(12)对冷冻水/热水回水母管进行补水，补水流量为Ftan，out t+1，同时通过第一变频泵(4)和第四电动阀(5)协调控制用户的冷冻水流量Ft+1和进入蓄冷/热罐的冷冻水流量Fsto，in t+1，计算公式如下：
Figure FDA0001905102050000011
其中，t为调节前，t+1为调节后，Tc，in为用户冷冻水供水设定温度，Tc，in t为调节前用户冷冻水供水温度，Ft为调节前用户的冷冻水流量，Ttan为由水箱进入冷冻水/热水回水母管的补水温度；
Figure FDA0001905102050000021
Fsto，in t+1＝Ftan，out t+1+Ft-Ft+1
(1-3)当蓄冷/热罐中的冷冻水达到设定的最高水位Hmax，且用户的冷负荷低于吸收式制冷/热机组的制冷量时，调节第二电动阀(2)，减少进入吸收式制冷/热机组的烟气量，降低吸收式制冷/热机组的制冷量；
(2)对用户的冷负荷进行判断，若用户的冷负荷高于吸收式制冷/热机组的制冷量，即用户的冷冻水回水温度Tc，out t高于冷冻水回水设定温度Tc，out，则对冷热电三联供系统进行以下调节：
(2-1)使第二变频泵(6)投入运行，将蓄冷/热罐的冷冻水释放到冷冻水/热水供水母管中，释放蓄冷/热罐中的冷能，蓄冷/热罐的冷冻水的释放流量记为Fsto，out t+1，调节后用户处的冷冻水流量记为Ft+1，计算公式如下：
Figure FDA0001905102050000022
Figure FDA0001905102050000023
(2-2)打开第五电动阀(13)以回收部分回水，进入水箱的回水流量Ftan，in t+1为：
Ftan，in t+1＝Fsto，out t+1+Ft-Ft+1
(2-3)当蓄冷/热罐中的冷冻水达到最低水位Hmin，且用户的冷负荷高于吸收式制冷/热机组的制冷量时，电制冷机组和第四变频泵(8)投入运行，同时开启第六电动阀(7)，使冷冻水进入冷冻水/热水供水母管，对冷冻水/热水供水母管中的冷冻水进行补充；
当楼宇型冷热电三联供系统在制热模式下运行，用户的热负荷发生变化时，控制方法如下：
(3)对用户的热负荷进行判断，若用户的热负荷低于吸收式制冷/热机组的制热量，即用户的热水回水温度Th，out t高于热水回水设定温度Th，out，对冷热电三联供系统调节方法如下：
(3-1)打开第四电动阀(5)，冷冻水/热水供水母管中的热水进入蓄冷/热罐，使蓄热/冷罐进行蓄能；
(3-2)利用第三变频泵(12)对冷冻水/热水回水母管进行补水，补水流量为Ftan，out t+1，同时通过第一变频泵(4)和第四电动阀(5)协调控制用户的热水流量Ft+1和进入蓄冷/热罐的热水流量Fsto，in t+1，计算公式如下：
Figure FDA0001905102050000031
其中，Th，in为用户热水供水设定温度，Th，in t为调节前用户热水供水温度；
Figure FDA0001905102050000032
Fsto，in t+1＝Ftan，out t+1+Ft-Ft+1
(3-3)当蓄冷/热罐中的热水达到设定的最高水位Hmax，且用户的热负荷低于吸收式制冷/热机组的制热量时，调节第二电动阀(2)，减少进入吸收式制冷/热机组的烟气量，降低吸收式制冷/热机组的制热量；
(4)对用户的热负荷进行判断，若用户的热负荷高于吸收式制冷/热机组的制热量，即用户的热水回水温度Th，out t低于热水回水设定温度Th，out，对冷热电三联供系统调节方法如下：
(4-1)使第二变频泵(6)投入运行，将蓄冷/热罐的热水释放到冷冻水/热水供水母管中，释放蓄冷/热罐中的热能，蓄冷/热罐的热水的释放流量记为Fsto，out t+1，调节后用户处的热水流量记为Ft+1，计算公式如下：
Figure FDA0001905102050000033
Figure FDA0001905102050000034
(4-2)打开第五电动阀(13)以回收部分回水，进入水箱的回水流量Ftan，in t+1为：
Ftan，in t+1＝Fsto，out t+1+Ft-Ft+1
(4-3)当蓄冷/热水罐的热水达到最低水位Hmin，且用户的热负荷高于吸收式制冷/热机组的制热量时，燃气热水锅炉和第五变频泵(10)投入运行，并开启第七电动阀(9)和第八电动阀(11)，使热水进入冷冻水/热水供水母管，对冷冻水/热水供水母管中的热水进行补充。
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