[发明专利]一种用于电-热综合能源系统运行控制的建模仿真方法

权利要求书

1.一种用于电-热综合能源系统运行控制的建模仿真方法，其特征在于，

包括：

建立热电联产机组模型，获取热电联产机组的各个组件并分别建立对应的模型；

建立吸收式制冷机模型，获取吸收式制冷机的各个组件并分别建立对应的静态模型和动态模型；

建立热力网络模型；

基于所述热电联产机组模型、所述吸收式制冷机模型和所述热力网络模型，组成电-热综合能源系统暂态仿真模型，实现电-热综合能源系统的实时控制仿真，

所述建立热电联产机组模型包括：

热电联产机包括燃气轮机、发电机和热回收装置；对应的，基于Rowen模型建立燃气轮机数学模型；建立热回收装置的数学模型；建立发电机的数学模型；计算所述热回收装置从余热烟气中的回收的热功率P_hr、直接用于供热的热功率P_hr1以及输入吸收式制冷机的热功率，供热方式为输入余热锅炉生产热水或直接利用蒸汽向建筑负荷供给热能；

1.1)基于Rowen模型建立燃气轮机数学模型，其中，所述燃气轮机数学模型包括速度控制器模型、余热烟气温度控制器模型、加速度控制器模型、燃料系统模型以及压缩机与汽轮机模型；

1.1.1)所述速度控制器模型用于根据电力调度指令P_set和发电机的实际出力P_e调节发电机的输出功率，使所述热电联产机组遵循电力调度指令工作；还用于根据额定转速ω_ref与发电机的实际转速ω_r调节原动机转速，保持所述发电机的频率稳定；具体为：

其中，V_ce0为速度控制器输出的速度指令，K_Droop为下垂系数，T为时间常数，K_p和K_i为PI调节的比例参数和积分参数；

1.1.2)所述余热烟气温度控制器模型与所述压缩机与汽轮机模型联动，以所述压缩机与汽轮机模型计算的余热烟气温度为输入，用于使余热烟气温度T_exhaust保持在温度参考值T_ref；

所述余热烟气温度控制器模型包括辐射屏蔽模块、热耦合模块和PI控制器模块，其中，辐射屏蔽模块与热耦合模块用于模拟实际温度测量装置中相应模块导致的时间延迟；

基于所述余热烟气温度控制器模型，速度控制器输出的速度指令上限值V_{ce_limit1}：

其中，T_rs1、T_rs2，T_th为辐射屏蔽系数和热耦合系数，K_p和K_i为PI控制器模块调节的比例参数和积分参数；

1.1.3)所述加速度控制器模型用于在燃气轮机启动时通过限制转子的加速度来减小热应力，还用于在燃气轮机运行过程中限制发电机转子转速；

基于所述加速度控制器模型，速度控制器输出的速度指令上限值V_{ce_limit2}：

其中，T_inertia为发电机的转子的惯性常数；

速度调节器的速度指令V_ce0经限幅，得到最终的调速信号V_ce，min表示取最小值：

V_ce＝min{V_ce0,V_{ce_limit1},V_{ce_limit2}}；

1.1.4)所述燃料系统模型用于根据速度控制器的控制指令，计算燃气轮机燃料的消耗功率，包括阀门调节模块和燃料调节模块；

其中，消耗功率与燃气阀门的延迟相关，燃气轮机对燃气涡轮做功W_f具体为：

其中，T_vp为阀门调节模块的时间常数，T_fs为燃油调节模块的时间常数，K_init为燃气轮机的最小做功标幺值；

考虑环境温度T_atm对燃料燃烧效率η_fuel的影响，η_fuel与T_atm之间的关系用函数描述，计算出在一定环境温度下，燃气轮机对燃气涡轮做功为W_f时，燃气轮机所需的燃料P_fuel；则当热电联产机组出力为P_e时，其电效率为η_ele，具体函数为：

基于上述函数，余热烟气中的热功率P_exhaust为

P_exhaust＝P_fuel(1-η_fuel)

1.1.5)所述压缩机与汽轮机模型用于执行所述燃料系统下发的燃料控制信号指令，计算汽轮机输出的扭矩T_m和尾气温度T_exhaust，具体为：

其中，K_HHV为与焓相关的系数，T_ref为废气参考温度，为设定值，T_CR为燃烧反应延迟时间，T_TD为汽轮机排气系统传输时间延迟，T_CD为压缩器排气量的时间常数；

1.2)建立热回收装置数学模型

所述热回收装置用于回收所述燃气轮机数学模型产生的余热烟气的热量，并部分输入到余热锅炉模型或热负荷模型，部分输入到所述吸收式制冷机组模型；基于能量守恒与热力学基本定律建立热回收装置的数学模型；

所述热电联产机组的能量守恒方程如下：

P_fuel＝W_f+P_loss+P_exhaust

其中，P_fuel为燃料燃烧功率，W_f为蒸汽对燃气涡轮做功的功率，P_exhaust为燃气轮机的余热烟气的热功率，P_loss为损耗功率；

所述热回收装置的能量守恒方程如下：

P_hr＝P_exhaust×η_hr

P_hr1＝(1-δ)P_hr

P_hr1＝C_pwf_w(T_w,out-T_w,in)

其中，P_hr为所述热回收装置回收的热功率，P_hr1为用于供热的热功率，δ为所回收热量中流向所述吸收式制冷机组所占比例，η_hr为所述热回收装置的效率，C_pw为水的比热容，f_w为热力管道中水的流量，T_w,in，T_w,out分别为所述热回收装置的入水口温度与出水口温度；

所述热回收装置的效率方程如下

其中，T_ex,in为热回收装置入口处气体温度，T_ex,out为热回收装置出口处气体温度，T_atm为环境温度；

热电联产机组的热效率η_heat为

热电联产机组的总效率η_CHP为