CN110094802A - 一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置 - Google Patents

一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置 Download PDF

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CN110094802A CN201910278302.8A CN201910278302A CN110094802A CN 110094802 A CN110094802 A CN 110094802A CN 201910278302 A CN201910278302 A CN 201910278302A CN 110094802 A CN110094802 A CN 110094802A
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Abstract

本发明涉及一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置，该方法包括确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的供热参数；对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***运行模式的目标函数；构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的优化约束条件；利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***最优的负荷分配。本发明以经济性最优为目标函数，充分利用热泵能效比高及蓄热电锅炉电价低的优势，大幅度降低电采暖的运行费用，具有较好的经济性、可靠性和稳定性，可广泛用于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖领域。

Description

一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置
技术领域
本发明属于以电供热技术领域，尤其是一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置。
背景技术
供暖***的负荷优化分配是现阶段供暖节能的重要手段，对整个***的经济性会产生很大影响。在机组间进行负荷优化分配就是在保证正常运行的前提下，合理分配各机组所承担的负荷，使***供暖所消耗的燃料或者所消耗的生产费用主要是燃料费用最小。负荷优化分配不需要对现有设备进行改造就可以完成，利用分配方法对各机组的负荷分配加以优化，这是降低热电燃耗的有效而又简便的方法。对于供热***的负荷优化分配的任务是：在现有的设备及运行水平条件下，在供热负荷需求一定的情况下，利用供热***机组间负荷合理调度分配，使整个供热***消耗的能源最少，在经济性最佳的状态下运行。
目前，热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***已经得到了广泛的应用，其***连接方式包括如图1所示的串联方式和如图2所示的并联方式。当联合供暖运行的各部件机组数固定时，各机组的运行参数、耗能都不一样，因此，如何进行机组的最优负荷分配是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、使用方便且能大幅度降低电采暖运行费用的热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法及装置。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，包括以下步骤：
步骤1、确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的供热参数；
步骤2、根据步骤1确定的供热参数对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；
步骤3、根据步骤2建立的能耗计算模型构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***运行模式的目标函数；
步骤4、根据步骤3构建的目标函数构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的优化约束条件；
步骤5、根据步骤4构建的优化约束条件利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***最优的负荷分配。
所述步骤1的供热参数包括基于建筑热负荷、散热器热性参数和室外温度确定供热参数。
所述能耗计算模型包含热泵机组部分负荷下的能耗计算模型；
所述热泵机组部分负荷下的能耗计算模型为：
COPpl＝COPflf(x)
式中：
COPpl—热泵机组部分负荷下的能耗；
COPh—热泵的性能系数；
f(x)—热泵机组负荷系数修正函数；
x—热泵机组负荷系数；
所述能耗计算模型包含锅炉总负荷的能耗计算模型；
所述锅炉总负荷的能耗计算模型为：
Q＝F·q+K·F·q·(H1/H2)
式中：
Q—锅炉总负荷；
K—蓄热引起热损失所必须考虑的安全系数，取值为1.10～1.15；
F—采暖供热面积；
q—采暖建筑负荷指标；
H1—用蓄热水箱采暖的时间；
H2—电锅炉向蓄热水箱蓄热的时间。
所述步骤3以一天24小时的运行费用最小为目标函数，其数学模型F为：
式中：
min OClh—***在峰谷电价下所对应的运行费用；
Wik—第i台热泵机组在k时段的电力消耗；
Wjk—第j台电锅炉在k时段的电力消耗；
Pk—第k时的电价；
其中，联合供暖***的运行费用按下式计算：
式中：
OClh—联合供暖***的运行费用；
Wh—热泵机组的电功；
Wb—蓄热电锅炉的电功；
Pe—电力价格；
T—供暖时长；
Qh—热泵的热负荷；
Qe—电锅炉的热负荷；
COPh—热泵的性能系数；
ηe—蓄热电锅炉的热效率，其取值为95％。
所述优化约束条件包含联合供暖***热量平衡约束；
所述联合供暖***热量平衡约束为：
式中：
Qs—联合供暖***理论供热量；
Qb—用户实际得到的供热量；
ηs—联合供暖***的供热效率；
Qh—热泵***的供热量；
Qe—蓄热电锅炉的供热量。
所述优化约束条件包含蓄热电锅炉运行条件约束；
所述蓄热电锅炉运行条件约束包括下述中的一种或它们的组合：
各时刻锅炉给用户的能量和锅炉给蓄热器的能量，以及蓄热器用户的能量均不为负；锅炉给用户的能量和锅炉给蓄热器的均小于等于锅炉在一小时内能提供的最大热量；各时刻蓄热器给用户的热量小于此时刻蓄热器能提供的最大值；
任意时刻结束时，蓄热器中存储的热量应不大于蓄热器所能储存的最大热量。
所述优化约束条件包含热泵机组运行条件约束；
所述热泵机组运行条件约束为：
Δtmin≤(ti-to)≤Δtmax
Qh,min≤Qh≤Qh,max
式中：
—热泵机组的热负荷率；
toc,max—冷凝器最高出水温度；
toc,max—蒸发器最低出水温度；
Δtmin，Δtmax—蒸发器最小、最大设计供回水温差；
Qh,min，Qh,max—热泵机组的最小、最大制热量。
所述步骤5的二次规划方法包括二次规划和非凸二次规划，所述二次规划方法的目标函数是变量的二次函数，约束条件是变量的线性不等式；假定变量的个数为d，约束条件的个数为m，则标准的二次规划为：
s.t.Ax≤b
其中x为d维向量，Q∈Rd×d为实对称矩阵，A∈Rm×d为实矩阵，b∈Rm和c∈Rd为实向量，Ax≤b的每一行对应一个约束。
一种实现热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法的装置，包括以下模块：
确定供热参数模块：用于确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的供热参数；
构建能耗计算模型模块：根据供热参数对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；
构建目标函数模块：根据能耗计算模型构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***运行模式的目标函数；
构建优化约束条件模块：根据目标函数构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的优化约束条件；
负荷分配模块：根据优化约束条件利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***最优的负荷分配。
所述优化约束条件包括如下一种或它们之间的组合：联合供暖***热量平衡约束、蓄热电锅炉运行条件和热泵机组运行条件约束。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明设计合理，其根据建筑热负荷、散热器热性参数和室外温度确定供热参数，对***中存在的耗能设备建立相应的能耗计算模型，依据供热参数和能耗模型进行热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷的最优负荷分配，其充分利用热泵能效比高及蓄热电锅炉电价低的优势，大幅度降低电采暖的运行费用。
2、本发明以经济性最优为目标函数，以联合供暖***热量平衡约束、蓄热电锅炉运行条件约束、热泵机组运行条件约束为约束条件，具有较好的经济性、可靠性和稳定性，能够满足联合供暖***负荷分配需要，并且负荷分配结果适用于热泵和蓄热式电锅炉不同组合采暖方式方案优选性比较。
附图说明
图1是热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***连接示意图(串联运行模式)；
图2是热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***连接示意图(并联运行模式)；
图3是本发明的热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***负荷分配方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1、确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的供热参数。具体方法为：
首先，完成建筑热负荷的预测，对于建设中的建筑，负荷预测模型可以通过两种方式获得：对相同地区功能体型均相似建筑的热负荷进行测试分析获取或者通过建筑负荷模拟获取；对已经建设的建筑，直接计算估算其供暖所需热负荷。
其次，获取散热器热性参数和室外温度。
最后，基于建筑热负荷、散热器热性参数和室外温度确定供热参数。
步骤2、对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***中存在的耗能设备建立相应的能耗计算模型。包括：
(1)热泵机组实际运行工况下绝大部分时间内是在部分负荷下运行。COP在部分负荷工况下的表达式可以表述为：
COPpl＝COPflf(x)
式中：
COPpl—热泵机组部分负荷下的能耗；
COPh—热泵的性能系数；
f(x)—热泵机组负荷系数修正函数；
x—热泵机组负荷系数，％。
(2)电锅炉总热负荷应根据用户供热***的热负荷曲线和蓄热量比例及锅炉运行方式合理确定,可按下式计算：
Q＝F·q+K·F·q·(H1/H2)
式中:
Q—锅炉总负荷，W；
K—蓄热引起热损失所必须考虑的安全系数，一般为1.10～1.15(对于蓄热水箱置于室外的取上限)；
F—采暖供热面积，m2；
q—采暖建筑负荷指标，W/m2；
H1—用蓄热水箱采暖的时间，h；
H2—电锅炉向蓄热水箱蓄热的时间，h。
步骤3、构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***运行模式的目标函数。
由于供暖***中含有蓄热电锅炉且***的主要耗能为电能，考虑电能的峰谷价差属性，以一天24小时的运行费用最小为目标函数，如下式所示：
式中：
OCmin—***在峰谷电价下所对应的运行费用；
Wik—第i台热泵机组在k时段的电力消耗，kWh；
Wjk—第j台电锅炉在k时段的电力消耗，kWh；
Pk—第k时的电价，元/kWh。
其中，联合***在峰谷电价下所对应的运行费用计算为：
式中：
OClh—联合供暖***的运行费用，元；
Wh—热泵机组的电功，kW；
Wb—蓄热电锅炉的电功，kW；
Pe—电力价格，元/kWh；
T—供暖时长，h；
Qh—热泵的热负荷，kW；
Qe—电锅炉的热负荷，kW；
COPh—热泵的性能系数；
ηe—蓄热电锅炉的热效率，这里取95％。
步骤4、构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的优化约束条件
约束条件包含联合供暖***热量平衡约束、蓄热电锅炉运行条件约束、热泵机组运行条件约束，具体计算如下：
(1)联合供暖***热量平衡约束
联合供暖***的供热量等于管网的跑、冒、滴、漏热量损失与建筑散热量之和，***供热量等于热泵机组与蓄热电锅炉机组制热量之和。
式中：
Qs—联合供暖***理论供热量，kW；
Qb—用户实际得到的供热量，kW；
ηs—联合供暖***的供热效率；
Qh—热泵***的供热量，kW；
Qe—蓄热电锅炉的供热量，kW。
(2)蓄热电锅炉运行条件约束
联合供暖***在实际运行过程中，为保证***中各个设备安全、高效的运行，必须根据厂家提供的数据对各个设备的运行条件进行约束。
为了充分利用低谷电价，使电锅炉尽可能在低谷时段运行，在低谷时段用电锅炉一方面要负担用户低谷时段热负荷，另一方面，还要负担用户在其他电价时段的热负荷，将热能储存在蓄热箱里，其它时段则停止电锅炉的运行，完全依靠蓄热箱中储存的热水与热泵来联合供应用户，由此对于蓄热式电锅炉可以建立优化模型。
由能量平衡得下列关系式：
Yk+Rk＝Hk·η·3600
式中：
Yk—k时段下电锅炉直接供给用户的能量，kJ；
Rk—k时段下电锅炉直接供给蓄热装备的能量，kJ；
Hk—k时段下锅炉耗电量，kW；
η—蓄热电锅炉的热效率，％。
再假设k时段热用户的负荷为Lk，此时的电价Pk，则根据上述能量平衡关系式得:
则蓄热电锅炉一天的总运行费用M为
蓄热电锅炉的的约束条件如下：
首先各时刻锅炉给用户的能量和锅炉给蓄热器的能量，以及蓄热器用户的能量均不为负，故
Yk≥0
Rk≥0
Lk-Yk≥0
其次，锅炉给用户的能量和锅炉给蓄热器的均小于等于锅炉在一小时内能提供的最大热量。假定锅炉的最大功率为bmax，则
Yk≤bmax
Rk≤bmax
Yk+Rk≤bmax
再次，各时刻蓄热器给用户的热量小于此时刻蓄热器能提供的最大值，假定此最大值为max Xk，故
Lk-Yk≤max Xk
其中max Xk为前k时刻锅炉给蓄热器的热量之和减去前k时刻蓄热器给用户的热量之和，即
所以可得
此外，任意时刻结束,蓄热器中存储的热量应不大于蓄热器所能储存的最大热量。假定此最大值为xrmax，则
(3)热泵机组运行条件约束
当热泵机组负荷率太小时，不仅机组的COP比较低而且还对机组产生损害，因此，热泵机组的负荷率要始终大于30％。热泵机组蒸发器(冷凝器)的设计供回水温差应在厂家规定的范围内，其中离心式热泵机组蒸发器(冷凝器)的设计供回水温差应在3-12℃的范围内波动，螺杆式热泵机组蒸发器(冷凝器)的设计供回水温差应在3-8℃的范围内，离心式热泵机组的流量调节范围较螺杆式热泵机组要广，相对于螺杆式热泵机组，离心式热泵机组更适应大温差小流量的供热***。实际运行中热泵机组制热量的约束条件，离心式热泵机组的制热量在30％-100％范围内可以实现无级调节，螺杆式热泵机组的制热量在10％-100％范围内实现无级调节，离心式热泵机组运行中需要避免压缩机喘振，导致其负荷调节范围没有螺杆式热泵机组广。
Δtmin≤(ti-to)≤Δtmax
Qh,min≤Qh≤Qh,max
式中：
—热泵机组的热负荷率；
toc,max—冷凝器最高出水温度，℃；
toc,max—蒸发器最低出水温度，℃；
Δtmin，Δtmax—蒸发器(冷凝器)最小、最大设计供回水温差，℃；
Qh,min，Qh,max—热泵机组的最小、最大制热量，kW。
步骤5、利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***最优的负荷分配。
二次规划优化方法是一种典型的优化问题，包括凸二次规划和非凸二次规划，在此类问题中，目标函数是变量的二次函数，约束条件是变量的线性不等式。
假定变量的个数为d，约束条件的个数为m，则标准的二次规划问题形如：
s.t.Ax≤h
其中x为d维向量，Q∈Rd×d为实对称矩阵，A∈Rm×d为实矩阵，b∈Rm和c∈Rd为实向量，Ax≤b的每一行对应一个约束。
一种实现热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法的装置，包括以下模块：
供热参数确定模块：用于确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的供热参数；
构建能耗计算模型模块：根据供热参数对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；
构建目标函数模块：根据能耗计算模型构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***运行模式的目标函数；
构建优化约束条件模块：根据目标函数构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的优化约束条件；
负荷分配模块：根据优化约束条件利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***最优的负荷分配。
下面以西安市某住宅小区为研究对象对本发明所取得的效果进行说明。
该住宅小区的建筑面积为239975m2，设计单位面积热指标为32W/m2，热源设备设计工况下的制热量为7680kW。用户的供回水温度为60/50℃。为满足末端散热器供水温度的需求，该***采用污水源热泵与蓄热电锅炉耦合的复合能源供热模式。具体方法包括以下步骤：
步骤S101基于建筑热负荷、散热器热性参数和室外温度确定供热参数确定***供热参数。
(1)建筑热负荷
该小区内建筑功能一致、户型相同，选取其中一栋建筑作为典型建筑进行热负荷模拟。热负荷模拟需要建筑设计参数、围护结构设计参数、室内得热参数。建筑设计参数包括建筑标准层面积、首层东西南北方向外窗面积、标准层东西南北方向外窗面积，围护结构设计参数包括屋面、外墙、地下室顶板、内墙、采暖房间顶板、外窗、门，室内得热参数包括室内照明、室内平均得热强度、换气次数、采暖时间、气象参数等。
模拟得到典型气象年室外参数工况下，建筑热负荷在5.1W/m2-26.8W/m2之间波动，建筑得热在4.9W/m2-6.8W/m2之间波动。
(2)散热器热性参数
为满足末端散热器供水温度的需求，该***采用污水源热泵和蓄热电锅炉进行耦合的复合能源供热模式。
当蓄热电锅炉和热泵之间采用串联连接时(如图1所示)，***中主要能耗设备及***设计参数见表1。
表1联合供暖串联***的设备参数
设备名称 制热量(kWh) 轴功率(kW) 容量(m<sup>3</sup>) 数量
污水源热泵 2800 — — 1
电锅炉 1800 — — 3
循环泵 — 29.5 — 2
污水泵 — 35.6 — 1
蓄热罐 — — 600 1
当蓄热电锅炉和热泵之间采用并联连接时(如图2所示)，***中主要能耗设备及***设计参数见表2。
表2联合供暖并联***的设备参数
设备名称 制热量(kWh) 轴功率(kW) 容量(m<sup>3</sup>) 数量
污水源热泵 1520 — — 2
电锅炉 1800 — — 3
循环泵 — 29.5 — 2
污水泵 — 13.0 — 2
蓄热罐 — — 600 1
步骤S102对***中存在的耗能设备建立相应的能耗计算模型。
根据厂家提供的热泵机组参数，变工况下热泵机组COP的表达式如下。
式中：
COPpl—部分负荷下热泵的性能系数；
tc—冷凝器冷凝温度，℃；
te—蒸发器蒸发温度，℃；
x—热泵的负荷率，％。
基于蓄热电锅炉和热泵机组的计算模型，可以得到***在不同室外温度、不同运行模式下的控制方程表述如下。
步骤S103根据构建基于***运行模式的目标函数。
因供暖***中含有蓄热电锅炉且***的主要耗能为电能，考虑电能的峰谷价差属性，以一天24小时的运行费用最小为目标函数，如下式所示：
式中：
OCmin—***在峰谷电价下所对应的运行费用；
Wik—第i台热泵机组在k时段的电力消耗，kWh；
Wjk—第j台电锅炉在k时段的电力消耗，kWh；
Pk—第k时的电价，元/kWh。
其中，联合***在峰谷电价下所对应的运行费用计算为：
式中：
OClh—联合供暖***的运行费用，元；
Wh—热泵机组的电功，kW；
Wb—蓄热电锅炉的电功，kW；
Pe—电力价格，元/kWh；
T—供暖时长，h；
Qh—热泵的热负荷，kW；
Qe—电锅炉的热负荷，kW；
COPh—热泵的性能系数；
ηe—蓄热电锅炉的热效率，这里取95％。
步骤S104构建优化约束条件
约束条件包含联合供暖***热量平衡约束、蓄热电锅炉运行条件约束、热泵机组运行条件约束，具体计算如下：
Qt,k＝Qh,k+Yk+Ek
(Yk+Rk)/3600＝Hk·η＝Qe,k
Sk＝Sk-1+Rk-Ek
0≤Yk≤bmax
0≤Rk≤bmax
Yk+Rk≤bmax
0≤Ek≤Sk
Sk≤St
Qh,k≥30％×Qmax
式中：
Yk—k时段下电锅炉直接供给用户的能量，kJ；
Rk—k时段下电锅炉直接供给蓄热装备的能量，kJ；
Hk—k时段下锅炉耗电量，kW；
Sk—k时段蓄热水箱中所蓄热量，kW；
Sk-1—k-1时段蓄热水箱中所蓄热量，kW；
Ek—k时段蓄热水箱向用户释放的热量，kW；
bmax—电锅炉在一小时内所能提供的最大热量，即最大功率，kW；
St—蓄热水箱总的蓄热容量，kW。
Qmax—热泵的最大热负荷，kW。
步骤S105利用二次规划优化方法计算***最优的负荷分配。
(1)串联模式下负荷分配优化计算
联合供暖***中热泵***与蓄热电锅炉串联时***优化计算结果如表3所示。
表3负荷分配优化计算结果(串联)
(2)并联模式下负荷分配优化计算
联合供暖***中热泵***与蓄热电锅炉并联时***优化计算结果如表4所示。
表4负荷分配优化计算结果(并联)
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的供热参数；
步骤2、根据步骤1确定的供热参数对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；
步骤3、根据步骤2建立的能耗计算模型构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***运行模式的目标函数；
步骤4、根据步骤3构建的目标函数构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的优化约束条件；
步骤5、根据步骤4构建的优化约束条件利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***最优的负荷分配。
2.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述步骤1的供热参数包括基于建筑热负荷、散热器热性参数和室外温度确定供热参数。
3.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述能耗计算模型包含热泵机组部分负荷下的能耗计算模型；
所述热泵机组部分负荷下的能耗计算模型为：
COPpl＝COPflf(x)
式中：
COPpl—热泵机组部分负荷下的能耗；
COPh—热泵的性能系数；
f(x)—热泵机组负荷系数修正函数；
x—热泵机组负荷系数；
所述能耗计算模型包含锅炉总负荷的能耗计算模型；
所述锅炉总负荷的能耗计算模型为：
Q＝F·q+K·F·q·(H1/H2)
式中：
Q—锅炉总负荷；
K—蓄热引起热损失所必须考虑的安全系数，取值为1.10～1.15；
F—采暖供热面积；
q—采暖建筑负荷指标；
H1—用蓄热水箱采暖的时间；
H2—电锅炉向蓄热水箱蓄热的时间。
4.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述步骤3以一天24小时的运行费用最小为目标函数，其数学模型F为：
式中：
mic OClh—***在峰谷电价下所对应的运行费用；
Wik—第i台热泵机组在k时段的电力消耗；
Wjk—第j台电锅炉在k时段的电力消耗；
Pk—第k时的电价；
其中，联合供暖***的运行费用按下式计算：
式中：
OClh—联合供暖***的运行费用；
Wh—热泵机组的电功；
Wb—蓄热电锅炉的电功；
Pe—电力价格；
T—供暖时长；
Qh—热泵的热负荷；
Qe—电锅炉的热负荷；
COPh—热泵的性能系数；
ηe—蓄热电锅炉的热效率，其取值为95％。
5.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述优化约束条件包含联合供暖***热量平衡约束；
所述联合供暖***热量平衡约束为：
式中：
Qs—联合供暖***理论供热量；
Qb—用户实际得到的供热量；
ηs—联合供暖***的供热效率；
Qh—热泵***的供热量；
Qe—蓄热电锅炉的供热量。
6.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述优化约束条件包含蓄热电锅炉运行条件约束；
所述蓄热电锅炉运行条件约束包括下述中的至少一种：
各时刻锅炉给用户的能量和锅炉给蓄热器的能量，以及蓄热器用户的能量均不为负；
锅炉给用户的能量和锅炉给蓄热器的均小于等于锅炉在一小时内能提供的最大热量；
各时刻蓄热器给用户的热量小于此时刻蓄热器能提供的最大值；
任意时刻结束时，蓄热器中存储的热量应不大于蓄热器所能储存的最大热量。
7.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述优化约束条件包含热泵机组运行条件约束；
所述热泵机组运行条件约束为：
Δtmin≤(ti-to)≤Δtmax
Qh,min≤Qh≤Qh,max
式中：
—热泵机组的热负荷率；
toc,max—冷凝器最高出水温度；
toc,max—蒸发器最低出水温度；
Δtmin，Δtmax—蒸发器最小、最大设计供回水温差；
Qh,min，Qh,max—热泵机组的最小、最大制热量。
8.根据权利要求1所述的一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法，其特征在于：所述步骤5的二次规划方法包括二次规划和非凸二次规划，所述二次规划方法的目标函数是变量的二次函数，约束条件是变量的线性不等式；假定变量的个数为d，约束条件的个数为m，则标准的二次规划为：
s.t.Ax≤b
其中x为d维向量，Q∈Rd×d为实对称矩阵，A∈Rm×d为实矩阵，b∈Rm和c∈Rd为实向量，Ax≤b的每一行对应一个约束。
9.一种热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配装置，其特征在于：包括以下模块：
确定供热参数模块：用于确定热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的供热参数；
构建能耗计算模型模块：根据供热参数对热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***中的耗能设备建立相应的能耗计算模型；
构建目标函数模块：根据能耗计算模型构建基于热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***运行模式的目标函数；
构建优化约束条件模块：根据目标函数构建热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***的优化约束条件；
负荷分配模块：根据优化约束条件利用二次规划优化方法计算热泵与蓄热式电锅炉联合供暖***最优的负荷分配。
10.根据权利要求9所述实现热泵与蓄热式电锅炉联合供暖负荷分配方法的装置，其特征在于：所述构建优化约束条件模块构建如下一种优化约束条件或它们之间的组合：联合供暖***热量平衡约束、蓄热电锅炉运行条件和热泵机组运行条件约束。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111009911A (zh) * 2019-12-11 2020-04-14 国电南瑞科技股份有限公司 一种蓄热锅炉应急调峰备用的评估方法、***及存储介质
CN111222237A (zh) * 2019-12-30 2020-06-02 国网北京市电力公司 直热类电采暖设备的建模处理方法及装置
CN111222230A (zh) * 2019-12-30 2020-06-02 国网北京市电力公司 热泵类电采暖设备的建模处理方法及装置
CN111460604A (zh) * 2019-12-30 2020-07-28 国网北京市电力公司 蓄热类电采暖设备的建模处理方法及装置
CN111550861A (zh) * 2020-05-19 2020-08-18 山东建筑大学 一种热泵与电蓄热设备自适应优化控制方法、***及装置
CN111981552A (zh) * 2020-05-22 2020-11-24 太原大四方节能环保股份有限公司 一种热泵与燃气锅炉联合供热***与其调控方法
CN112348283A (zh) * 2020-11-26 2021-02-09 国网天津市电力公司电力科学研究院 蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法及装置
CN113408820A (zh) * 2021-07-09 2021-09-17 吉林大学 一种蓄热式电锅炉用户可调节潜力挖掘方法、***及设备
CN116841197A (zh) * 2023-06-15 2023-10-03 天津大学 建筑物热源***的运行调控方法及其装置
WO2024007669A1 (zh) * 2022-07-08 2024-01-11 珠海格力电器股份有限公司 多模块冷水机组的控制方法和装置
CN117490133A (zh) * 2023-12-29 2024-02-02 上海勘测设计研究院有限公司 一种供暖控制方法及多能互补供暖***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2387669A (en) * 2002-04-16 2003-10-22 Honeywell Control Syst Temperature control system for a zonal heating system
CN106842921A (zh) * 2017-01-10 2017-06-13 国网天津市电力公司 基于nsga2算法的分散式以电供热***多目标优化方法
CN108416472A (zh) * 2018-02-27 2018-08-17 天津大学 一种区域多源供冷供热***优化调度方法
CN108964128A (zh) * 2018-08-07 2018-12-07 燕山大学 基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度求解方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2387669A (en) * 2002-04-16 2003-10-22 Honeywell Control Syst Temperature control system for a zonal heating system
CN106842921A (zh) * 2017-01-10 2017-06-13 国网天津市电力公司 基于nsga2算法的分散式以电供热***多目标优化方法
CN108416472A (zh) * 2018-02-27 2018-08-17 天津大学 一种区域多源供冷供热***优化调度方法
CN108964128A (zh) * 2018-08-07 2018-12-07 燕山大学 基于电锅炉与储热装置协调供热的低碳经济调度求解方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111009911A (zh) * 2019-12-11 2020-04-14 国电南瑞科技股份有限公司 一种蓄热锅炉应急调峰备用的评估方法、***及存储介质
CN111009911B (zh) * 2019-12-11 2022-09-20 国电南瑞科技股份有限公司 一种蓄热锅炉应急调峰备用的评估方法、***及存储介质
CN111222237A (zh) * 2019-12-30 2020-06-02 国网北京市电力公司 直热类电采暖设备的建模处理方法及装置
CN111222230A (zh) * 2019-12-30 2020-06-02 国网北京市电力公司 热泵类电采暖设备的建模处理方法及装置
CN111460604A (zh) * 2019-12-30 2020-07-28 国网北京市电力公司 蓄热类电采暖设备的建模处理方法及装置
WO2021232734A1 (zh) * 2020-05-19 2021-11-25 山东建筑大学 一种热泵与电蓄热设备自适应优化控制方法、***及装置
CN111550861A (zh) * 2020-05-19 2020-08-18 山东建筑大学 一种热泵与电蓄热设备自适应优化控制方法、***及装置
CN111981552A (zh) * 2020-05-22 2020-11-24 太原大四方节能环保股份有限公司 一种热泵与燃气锅炉联合供热***与其调控方法
CN111981552B (zh) * 2020-05-22 2021-12-14 太原大四方节能环保股份有限公司 一种热泵与燃气锅炉联合供热***与其调控方法
CN112348283A (zh) * 2020-11-26 2021-02-09 国网天津市电力公司电力科学研究院 蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法及装置
CN112348283B (zh) * 2020-11-26 2022-06-17 国网天津市电力公司电力科学研究院 蓄热式电采暖虚拟电厂日前可调度潜力评估方法及装置
CN113408820A (zh) * 2021-07-09 2021-09-17 吉林大学 一种蓄热式电锅炉用户可调节潜力挖掘方法、***及设备
WO2024007669A1 (zh) * 2022-07-08 2024-01-11 珠海格力电器股份有限公司 多模块冷水机组的控制方法和装置
CN116841197A (zh) * 2023-06-15 2023-10-03 天津大学 建筑物热源***的运行调控方法及其装置
CN116841197B (zh) * 2023-06-15 2024-02-09 天津大学 建筑物热源***的运行调控方法及其装置
CN117490133A (zh) * 2023-12-29 2024-02-02 上海勘测设计研究院有限公司 一种供暖控制方法及多能互补供暖***
CN117490133B (zh) * 2023-12-29 2024-03-22 上海勘测设计研究院有限公司 一种供暖控制方法及多能互补供暖***

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