冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化控制方法及應(yīng)用研究.pdf

1、冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循“分配得當(dāng)、各取所需、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”原則，通過能量梯級(jí)利用不僅能提高一次能源利用率，而且在減少CO2和PM2.5排放方面也顯示出極大的優(yōu)勢，因而被公認(rèn)為未來能源技術(shù)發(fā)展的重要趨勢，遂成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。但冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工況多變、模式多樣、擾動(dòng)混雜等顯著特征，對(duì)其優(yōu)化控制存在諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，本文首先在負(fù)荷預(yù)測、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制等方面研究冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的關(guān)鍵科學(xué)問題，得到一系列理論研究成

2、果。然后，設(shè)計(jì)和搭建冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的863計(jì)劃項(xiàng)目示范應(yīng)用系統(tǒng)。本文的具體研究內(nèi)容及成果如下:
　　首先，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)負(fù)荷的隨機(jī)不確定性和耦合性使其難以預(yù)測，提高預(yù)測精度極具挑戰(zhàn)。針對(duì)此問題，本文獨(dú)辟蹊徑的引入多變量相空間重構(gòu)理論和卡爾曼濾波方法預(yù)測冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)負(fù)荷。該理論方法綜合考慮了冷熱電負(fù)荷之間的相互耦合關(guān)系，以及溫度、濕度、風(fēng)力等天氣影響因素，建立包含冷熱電負(fù)荷和天氣因素的多變量時(shí)間序列模型，采用C-C方法重構(gòu)相空間，

3、使之包含更豐富的系統(tǒng)信息，更能逼近原冷熱電負(fù)荷的演化規(guī)律。仿真實(shí)驗(yàn)表明，本文新方法較單變量時(shí)間序列相空間重構(gòu)和卡爾曼濾波的冷熱電負(fù)荷預(yù)測方法具有更高的預(yù)測精度，對(duì)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和能量管理更具指導(dǎo)價(jià)值，從而為保障冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運(yùn)行提供重要的理論方法支撐。
　　其次，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備選型多樣、運(yùn)行方式多變等典型特征使其難以實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。針對(duì)此問題，本文創(chuàng)新性的提出了冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的三級(jí)協(xié)同整體優(yōu)化

4、方法。第一級(jí)優(yōu)化以年一次能源利用率最高為目標(biāo)，運(yùn)用離散粒子群算法求解最優(yōu)設(shè)備選型問題;第二級(jí)優(yōu)化以年CO2排放量最少為目標(biāo)，采用粒子群算法求解最優(yōu)設(shè)備容量問題;第三級(jí)優(yōu)化以年運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，采用粒子群算法求解最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)問題，為冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了一種全新的整體設(shè)計(jì)方法。仿真實(shí)驗(yàn)表明，新整體優(yōu)化方法同常用的“以熱定電”和“以電定熱”運(yùn)行策略設(shè)計(jì)方法相比，所設(shè)計(jì)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有更高的一次能源利用率、更好的溫室氣體減

5、排效果和更大的經(jīng)濟(jì)效益。
　　然后，針對(duì)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)產(chǎn)能與冷熱電負(fù)荷需求不匹配難以實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行控制問題，本文創(chuàng)新設(shè)計(jì)了帶有儲(chǔ)熱和儲(chǔ)冷裝置的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的主動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行策略和多目標(biāo)能量管理方法。首先，設(shè)計(jì)了儲(chǔ)能型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在供冷季、供暖季和過渡季的主動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行策略，并藉此建立以一次能源利用率、碳排放和運(yùn)行成本綜合最優(yōu)的多目標(biāo)優(yōu)化能量管理模型;然后，采用小生境粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法求解Pareto最優(yōu)解集;最后，運(yùn)用逼近理想解排序

6、法(TOPSIS)求得最滿意能量管理方案，為冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行和能量管理設(shè)計(jì)了一種全新方法。仿真實(shí)驗(yàn)表明，新型的主動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行策略和多目標(biāo)能量管理方法，可使冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)取得良好的一次能量利用率、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可平抑冷熱負(fù)荷波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)冷熱負(fù)荷的削峰填谷。
　　最后，設(shè)計(jì)和搭建了基于沼氣的冷熱電聯(lián)供示范應(yīng)用系統(tǒng)。首先，設(shè)計(jì)并建設(shè)了穩(wěn)定、高效的沼氣系統(tǒng);然后，優(yōu)化設(shè)計(jì)并研發(fā)了新型高效的沼氣內(nèi)燃發(fā)