[发明专利]用于建筑物平抑电能供给波动的热泵蓄热-供热优化方法

权利要求书

1.一种用于建筑物的平抑电能供给波动的热泵机组蓄热-供热优化方法，所采用的热泵机组蓄热-供热系统包括3个热泵机组：其中热泵机组1和热泵机组3为供热热泵机组，热泵机组2为蓄热热泵机组，对于供热热泵机组，热泵机组1是以地下含水层中水源作为热泵机组供热的热源，热泵机组3是以蓄热水箱中热水作为热泵机组供热的热源，蓄热水箱中水温高于地下含水层中水温；热泵机组2为消纳夜间低谷时段电功率的蓄热热泵机组，热泵机组2运行，加热蓄热水箱中的水；供热过程中，热泵机组3承担部分的供热负荷，剩余热负荷由热泵机组1提供，其特征在于，包括以下几个方面：

(1)建筑物热负荷的计算：采集目标地区气候参数，包括气候特征、供热期典型日全天24h逐时平均温度变化，采集目际地区的某建筑物层数、建筑面积；根据公式CT＝AT+Bu，计算目标地区目际建筑物的瞬时供热负荷，式中：T-单一房间的所有温度节点；C-每个节点在单位温度变化率下，对应的蓄热能力矩阵；A-各相邻温度节点之间，因为温差而产生的热流流动关系的矩阵；B-反应各热扰因子和每个温度节点之间作用情况的矩阵；u-由各温度节点上的热扰因子组成的向量；

(2)供热回路控制方法：构建热泵机组1、3进行供热，对两个热泵机组的供热负荷进行分配，热泵机组1、3的供热负荷之和机为建筑物瞬时热负荷，即为Q₁(τ)+Q₃(τ)＝Q(τ），式中，Q₁(τ)-热泵机组1瞬时供热负荷，Q₃(τ)-热泵机组3瞬时供热负荷，Q(τ)-建筑的实时瞬时热负荷；

热泵机组的性能系数COP根据各热泵机组的蒸发温度和冷凝温度计算得到，考虑实际运行中的不可逆损失，热泵机组的效率系数η取为0.58；

根据上述各热泵机组的瞬时热负荷与性能系数COP，得到热泵机组1、3的逐时耗电功率为

(3)蓄热回路控制方法：蓄热过程主要由热泵机组2完成，设夜间热泵机组2向水箱的蓄热总量Q₂与日间热泵机组3从水箱的取热总量Q₃′相等，则有：成立，且Q₃′(τ)＝Q₃(τ)-Q₃(τ)/COP₃，式中，Q₂(τ)-夜间蓄热水箱的瞬时蓄热负荷，即热泵机组2冷凝器的瞬时热负荷，Q′₃(τ）-日间蓄热水箱的瞬时放热负荷，即热泵机组3蒸发器的瞬时热负荷，Q₃(t)-热泵机组3的瞬时供热负荷，即冷凝器的瞬时热负荷，COP₃-热泵机组3性能系数，τ₁-热泵机组2夜间蓄热开始运行时间，τ_２-热泵机组2夜间蓄热结束运行时间，τ₃-热泵机组1、3日间供热开始运行时间，τ₄-热泵机组1、3结束运行时间；

根据蓄热瞬时负荷及热泵机组2性能系数COP₂得热泵机组2瞬时耗电功率

(4)建立平抑电能供给波动的热泵机组蓄热-供热优化模型：根据上述供热、蓄热控制过程，求取热泵机组蓄热-供热系统的瞬时耗电总功率P_stand(τ)＝P₁(τ)+P₂(τ)+P₃(τ)；

选取系统瞬时耗电总功率恒定、耗电成本最低为优化目标函数，以全天各时段瞬时耗电总功率变化率为零，即瞬时耗电功率对时间的一阶导数为零与耗电成本最低为优化目标，以Q₁(τ)+Q₃(τ)＝Q(τ)与Q₃′(τ)＝Q₃(τ)-Q₃(τ)/COP₃、为约束条件，对系统参数进行优化匹配，实际热泵机组蓄热-供热系统的运行需满足如下条件：

设热泵机组3供热负荷Q₃(τ)占建筑物实际瞬时供热负荷Q(τ)的占比为a，

1)若热泵机组1与热泵机组3的供热瞬时耗电功率之和等于热泵机组2蓄热瞬时耗电功率，即：P₁(τ)+P₃(τ)＝P₂(τ)，则选择相应占比a确定热泵机组3瞬时供热负荷，进而确定热泵机组2相应蓄热负荷；

2)若热泵机组1与热泵机组3的供热瞬时耗电功率之和小于热泵机组2蓄热瞬时耗电功率，P₁(τ)+P₃(τ)＜P₂(τ)，则降低占比a，直至P₁(τ)+P₃(τ)＝P₂(τ)，再根据相应占比a确定热泵机组3瞬时供热负荷、热泵机组2相应蓄热负荷；

3)若热泵机组1与热泵机组3的供热瞬时耗电功率之和大于热泵机组2蓄热瞬时耗电功率，P₁(τ)+P₃(τ)＞P₂(τ)，则提高占比a，直至P₁(τ)+P₃(τ)＝P₂(τ)，再根据相应占比a确定热泵机组3瞬时供热负荷、热泵机组2相应蓄热负荷；

根据公式对系统的运行成本进行计算，式中，P_a(τ)-高峰时段耗电功率，P_b(τ)-下段的耗电功率，P_c(τ)-低谷时段耗电功率，α₁、α₂、α₃-分别为高峰时段、平段、低谷时段电价，τ_a、τ_b、τ_c-分别为高峰时段、平段、低谷时段时间；

根据公式对系统一天的总耗电量进行计算，式中，P₁(τ)-热泵机组1的瞬时耗电功率，P₂(τ)-热泵机组2瞬时耗电功率，P₃(τ)-热泵机组3的瞬时耗电功率，τ₁-热泵机组2夜间蓄热开始运行时间，τ₂-热泵机组2夜间蓄热结束运行时间，τ₃-热泵机组1、3日间供热开始运行时间，τ₄-热泵机组1、3结束运行时间；

根据公式计算得到供暖季系统的最大耗电量，式中，P-系统瞬时总功率，τ-供暖季总供暖时间；

(5)输出结果：系统日耗电总量、系统瞬时总耗电功率、各热泵机组瞬时耗电功率、各热泵机组瞬时供热负荷、蓄热负荷。