[发明专利]基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法

说明书

本发明提供一种基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法，包括：基于CFD数值模型优化储冷储热水箱内部结构，得到优化的储能水箱内部结构；根据优化的储能水箱内部结构，建立储冷储热水箱动态模型，而后与热泵系统动态模型耦合关联，得热泵储能系统动态耦合模型；确定两阶循环优化方法、优化指标和优化目标函数，得优化结果，其中，两阶循环优化方法包括：随机选取系统结构参数，进行运行优化，得优化的运行参数；固定优化的运行参数，进行系统结构优化，得优化的结构参数；重复上述两步，直至连续两次优化的结构参数之间的差异小于容许误差，得最优系统结构参数；输入该最优结构参数进行整个储能过程运行多目标优化，得全部优化结果。

技术领域

本发明属于热泵储能技术领域，具体涉及一种基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法。

背景技术

综合能源系统是未来能源系统发展的趋势，热泵储能可以提高可再生能源在综合能源系统中的渗透率和稳定性。喷射式跨临界CO₂热泵储能系统拥有较高的能源转换效率，但系统效率受喷射器内部几何尺寸、压缩机性能和储能水箱流体流速与温度等多种因素共同作用影响，瞬时变化，规律复杂。中国专利CN201811482644.3提出了一种跨临界二氧化碳热泵系统电子膨胀阀控制方法，但仅对系统运行过程中的电子膨胀阀进行了优化，未使系统达到整体最优。中国专利CN107704705A提出了一种基于kriging模型的空气源热泵热水器冷凝管的优化方法，运用AutoCAD建立空气源热泵物理模型，但仅优化了冷凝器结构参数，同样未使系统达到整体最优。因此，需要设计一种能够使热泵储能系统在整个储能过程中达到整体最优的方法。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法。

本发明提供了一种基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，基于CFD数值模型优化储冷储热水箱的内部结构，得到优化后的储能水箱内部结构；步骤2，根据优化后的储能水箱内部结构，建立储冷储热水箱动态模型，而后与热泵系统动态模型耦合关联，得到热泵储能系统动态耦合模型；步骤3，确定两阶循环优化方法、优化指标和优化目标函数，得到优化结果，其中，两阶循环优化方法具体包括如下子步骤：步骤3-1，设置热泵储能系统结构参数和水箱初始温度，基于系统动态模型设置控制优化目标函数和约束条件，采用遗传算法GA进行运行优化，得到优化后控制参数；步骤3-2，固定优化后运行参数，基于系统动态模型设置系统结构优化目标函数和约束条件，基于遗传算法GA进行系统结构优化，得到优化的结构参数；步骤3-3，重复步骤3-1和步骤3-2，直至连续两次优化的系统结构参数差异小于允许误差，得到最优结构参数；步骤3-4，将最优结构参数输入至储能过程系统动态优化模型，基于遗传算法GA进行整个储能过程的实时控制优化，得到随储能时间变化的最优控制变量值，当热水箱和/或冷水箱平均温度到达设定温度时，结束优化流程。

在本发明提供的基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，优化的储冷储热水箱的内部结构包括内部挡板尺寸和位置。

在本发明提供的基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，采用节点分层或流动分层建立储冷储热水箱动态模型。

在本发明提供的基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，优化指标为系统动态性能效率。

在本发明提供的基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法中，还可以具有这样的特征：其中，在进行两阶循环优化之前，需进行多次模拟，以预测储热温度达到设定温度或储冷温度低于设定温度的运行时间。