[发明专利]基于二阶ETP模型空气源热泵类负荷蒙特卡洛建模方法

说明书

本发明涉及基于二阶ETP模型空气源热泵类负荷蒙特卡洛建模方法，属于空气源热泵技术领域。采用考虑建筑墙体与内部固体的导热系数与空气导热系数的二阶ETP模型(基于热力学原理的等效热参数模型)，将房间环境、外界环境以及空气源热泵制冷(热)量等参数等效成电路的电阻、电容及电源等相关电路参数，以此建立可以精确表述空气源热泵根据室内温度实时变化的负荷模型。并在此基础上采用蒙特卡洛模拟方法进行规模化类空气源热泵的负荷特性建模，为研究规模化类空气源热泵对“煤改电”地区配电网电能质量的影响提供有效分析基础。

技术领域

本发明涉及基于二阶ETP模型空气源热泵类负荷蒙特卡洛建模方法，属于空气源热泵技术领域。

背景技术

“煤改电”对解决能源环境问题、改善居民生活质量具有重大意义。然而随着“煤改电”实施范围的扩大，“煤改电”负荷的接入会对电网带来负荷大幅且不均衡增长、电网峰谷差加大等影响，“煤改电”实施区域的负荷特性将发生变化，“煤改电”企业负荷增长过快、负荷密度高、峰谷差大的特点对地区配电网的影响也越来越凸显。其中，类空气源热泵在“煤改电”负荷中占据了巨大的比重，是我国冬季主要的取暖负荷之一，并且是我国冬季尖峰负荷的重要组成部分，因此，研究规模化空气源热泵的功率趋势成为研究电采暖设备对配网影响的重要基础。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种基于二阶ETP模型空气源热泵类负荷蒙特卡洛建模方法，采用考虑建筑墙体与内部固体的导热系数与空气导热系数的二阶ETP模型(基于热力学原理的等效热参数模型)，可以精确表述空气源热泵根据室内温度实时变化的负荷模型。并采用蒙特卡洛模拟方法进行规模化类空气源热泵的负荷特性建模，为研究规模化类空气源热泵对“煤改电”区域配电网电能质量的影响提供有效分析基础。

本发明是通过如下技术方案实现的：基于二阶ETP模型空气源热泵类负荷蒙特卡洛建模方法，其特征在于：包括步骤：

建立考虑建筑墙体与内部固体的导热系数与空气导热系数的二阶ETP模型；

输入环境比热容C_a、C_m及传导系数R_a、R_m；

输入“煤改电”区域内类空气源热泵台数M；

随机抽取N台类空气源热泵获取平均工作状态s(t)；

输入类空气源热泵的额定功率P、能效比η；

规模化类空气源热泵的运行功率。

所建立的类空气源热泵ETP模型，其状态空间方程可表述为：

式中：T_i，T_m分别为室内空气温度和室内物质温度，T_o为室外环境温度；C_a、C_m分别为室内空气热容和室内物质热容；R_a、R_m分别为室内空气热阻和为室内物质热阻；Q_HAVC为电采暖设备的热功率。

基于ETP模型，类空气源热泵作用过程中的房间温度变化可由进一步简化的ETP模型表征，即当加热单元关闭时，t时刻的室内温度为：

加热单元开启时，则为：

式中：T_room为室内温度；C为等效热容；R为等效热阻；T₀为环境温度，在实际计算中，将式(4)和式(5)统一表示为式(6)：

式中：s_i,t表示第i台电采暖设备在t时段的启停状态；m为该独立空间装设的电采暖设备数量；Q_i为第i台电采暖设备的热功率。

Q_i主要影响的是室内空气的温度，可以由以下公式表述：

Q_HAVC＝s(t)gP/η (7)