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申请/专利权人：重庆邮电大学

摘要：本发明请求保护一种多源互补供热系统及其优化控制方法，该供热系统包括风力发电机、光伏发电板、蓄电池、太阳能集热器、地源热泵、电锅炉、储热水箱、换热器以及控制系统。控制系统包括界面操作屏、核心控制器、底层控制器以及传感器，控制系统用核心控制器中的优化控制算法对传感器检测的数据进行优化计算，算出的数据作为底层控制器的设定值，从而底层控制器根据设定值自动控制太阳能集热器、电锅炉、地源热泵的功率输出和储热水箱出口阀门的开度，从而实现房间舒适度和节能双重指标的优化控制。本发明以热舒适性和节能为目标，通过互补供热来保障供热稳定性和可靠性，通过优化方法来提高室温的控制质量，实现多能源系统的经济运行。

主权项：1.一种多源互补供热系统，其特征在于，包括：风力发电机、光伏发电板、蓄电池、太阳能集热器、地源热泵、电锅炉、储热水箱、换热器以及控制系统，其中，风力发电机、光伏发电板作为发电源以并联方式与蓄电池连接，将产生的电能存储于蓄电池中；蓄电池作为供电设备与地源热泵、电锅炉连接，为两者运行提供稳定电能；太阳能集热器、地源热泵、电锅炉作为三个互补热源，以并联方式与储热水箱连接，不断对储热水箱中的水进加热，使其保持在一定的温度范围内；储热水箱与换热器连接，通过换热器进行散热供暖；所述控制系统主要由市电供电，包括界面操作屏、核心控制器、底层控制器以及传感器，控制系统与太阳能集热器、电锅炉、地源热泵相连接，通过传感器将室内温度、供回水温度、出水流量实时检测并传给核心控制器，核心控制器根据优化控制算法来计算出最优值，从而操纵底层控制器控制太阳能集热器、电锅炉、地源热泵的输出功率和储热水箱出口阀门的开度，实现房间舒适度和节能双重指标的优化控制；采用如下公式建模分析：太阳能集热器模型：式中：ηs是t时刻集热器发电效率，B是热转移因子，τ是光透过率，κ是吸收率，ΔT是集热器进水温度和室外环境温度差℃，Est是t时刻的太阳辐射强度，Pst是集热器输出功率，S是集热器受光面积，Qst是t时刻集热器产热量，Qst+1是下一时刻产热量，φ是集热器的热损失系数；Δps表示集热器输出功率的增加量；电锅炉模型：式中：QEt是t时刻电锅炉的蓄热量,QEt+1是下一时刻蓄热量，Cw是水的比热容，ρw是水的密度，Ve是电锅炉内水的体积，ΔTw是出水和进水的温度差，αe是电热转换系数，Pet是t时刻用电功率，ε是电锅炉的热损失系数，PEt是t时刻的电转热功率；地源热泵模型：式中：Cop,c是地源热泵变工况下的性能系数，Cop是额定工况下的性能系数，Μpl是负荷系数，Pg,int是t时刻的耗电量，PGt为地源热泵t时刻的输出功率，Qst是t时刻热泵的蓄热量,Qst+1是下一时刻蓄热量,λ热泵的热损失系数；采用如下公式建模分析：室内温度模型：流量模型：式中，Q为状态变量,储热水箱的蓄热量；p为操作变量MV，设备输出功率；为可测干扰DV，室外温度；T为被控变量CV，室内温度、耗电量，A、B、C、D可根据现场测量数据采用系统辨识方法获得，G为流量；在室内温度模型中引入人工干扰即状态干扰dt和输出干扰Pt： 其中Gd决定了干扰对状态的影响，Gp决定状态对输出的影响；分别为系数矩阵，表示增广的状态变量，▽Qt＝Qt-Qeq，其中Qeq表示蓄热量的稳态平衡点；双层MPC优化控制算法包含三个模块，预测模块、稳态目标计算模块、动态控制模块，其中：预测模块假设未来的MV保持不变，基于当前的CV测量值来预测CV的未来值：根据求出开环稳态预测值和▽ν为控制作用摄动项，为t时刻蓄热量的开环稳态预测值和平衡点值之差的估计值，Peq为输出功率的稳态平衡点、Teq为室内温度的稳态平衡点，K为控制器增益矩阵；根据求出开环动态预测值Tolt+i|t，为t+i时刻蓄热量的开环稳态预测值和平衡点值之差的估计值、为t+1时刻输出功率的估计值；稳态目标计算模块根据开环预测模块提供的开环稳态预测值和利用式求出MV和CV稳态目标值Tsst和Psst，其中Kc、Gc为稳态增益矩阵，ss代表稳态；动态控制模块根据稳态目标计算模块算出的Tsst和Psst，以及开环模块提供的动态预测值Tolt+i|t计算出底层控制器的设定值或阀门开度；所述稳态目标计算模块考虑MV和CV的实际约束条件，具体为：电锅炉功率约束：由0≤Pet≤Pe，maxt得出0≤PEt≤αePe，maxt，Pe，maxt为电锅炉额定功率，Pet为电锅炉输出功率；热泵功率约束：由0≤Pg,int≤Pg,in，maxt得出0≤PGt≤Pg,in，maxtCop,c，Pg,in，maxt为额定功率，PGt为热泵输出功率；室内温度约束：18≤Tt≤CQt，C为热量与温度转换比，Qt为热量；流量约束：所述稳态目标计算模块优化求解过程分为两个阶段：①可行性阶段：通过放松软约束，使得可行域不是空集；②经济优化阶段：在可行域内寻找使经济目标即设备运行功率最小，运行成本最小，达到最优的解；所述动态控制模块分为三个阶段：①处理未来的输出使其接近Tsst；②抑制控制摄动量的剧烈变化；③通过放松输出软约束得到可行解。

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百度查询： 重庆邮电大学 一种多源互补供热系统及其优化控制方法