申请/专利权人：深圳技术大学

申请日：2021-11-22

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN114048699B

主分类号：G06F30/30

分类号：G06F30/30;G06F113/08;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2022.03.04#实质审查的生效;2022.02.15#公开

摘要：本发明公开了一种适用于电磁暂态仿真软件的综合能源系统模型建立和计算方法。该方法利用类比法为集中供热或集中供冷系统搭建等效电路模型，使之能与电力系统在同一电磁暂态仿真软件中进行仿真。通过对搭建好的集中供热或集中供冷系统模型与电力系统模型一并采用节点分析法进行求解，即可实现在同一仿真环境下对涵盖电力系统与热力系统的综合能源系统进行仿真与分析。借助该方法，综合能源系统内的电磁、机械和热力学暂态过程就可以在同一个电磁暂态仿真环境下进行仿真，无需使用另外一种仿真软件为集中供热或集中供冷系统进行单独地建模与仿真，从而避免了衔接两套不同仿真软件及其之间因同步数据可能带来的问题。

主权项：1.综合能源系统电热联合电磁暂态仿真模型建立和计算方法，其特征在于，综合能源系统包含电力系统、集中供热系统或集中供冷系统；集中供热或者集中供冷系统的拓扑结构包括以下组件：热容、水管、水箱、电热器、热力站、受控压力源和阀门，其模型建立和计算方法采用以下步骤：S1、利用类比法构建集中供热或集中供冷系统各组件的伴随电路模型，使之能与电力系统在同一电磁暂态仿真软件中进行仿真；热容的伴随电路模型构建方法为：物质的比热容用电容Cth来模拟，净流入该物质的热能用流入该电容的电流表示，该物质的温度用电容两端的电压TC来表示，根据计算式4： 在离散域下，电容Cth使用电路1替换，电路由一个电导GC和一个受控电流源并联而成，替换后的公式如下： 其中： 水管的伴随电路模型构建方法为：水管沿轴向被虚拟地分成Np段，第kp段，1≤kp≤Np，的等效电路由上下两部分组成；上部分由一条含可变电阻的支路组成，其中可变电阻用以类比该段水管的摩擦内阻，该处电压类比该段内水的平均压强；下部分由三条并联的支路组成：第一条支路由电阻与输出电压为的电压源串联而成，电阻类比该段包含了水管壁及绝热层的热传导、热对流与热辐射的等效热阻，电压源电压类比该段水管外界环境温度，流过该支路的电流类比从该段水管内向其周围环境耗散的热功率；第二条支路由一个电容组成，该电容类比该段水管内水的比热容，流经该支路的电流类比单位时间内净流入该段水管内水的热能的增量，电容两端的电压类比该段水管内的平均温度；第三条支路由一个电流受控电流源组成，该受控电流源输出电流类比该段水管内随水流动的焓的迁移率；构建该段的伴随电路模型时，将上部分支路中的电阻替换成其等效的电导，将下部分电路的第一条支路换成其诺顿等效电路；水箱的伴随电路模型构建方法为：水箱沿轴向被虚拟地分成Nt段，第kt段，1≤kt≤Nt，的等效电路由上下两部分组成；上部分由一根理想导线组成，下部分由四条并联的支路组成：第一条支路由电阻与输出电压为的电压源串联而成，电阻类比该段水箱考虑了水箱壁及绝热层热传导、热对流与热辐射的等效热阻，电压源输出电压类比该段水箱外界环境温度，流过该支路的电流类比从该段水箱内向其周围环境耗散的热功率；第二条支路由一个电容组成，该电容类比该段水箱内水的比热容，流经该支路的电流类比单位时间内净流入该段水箱内水的热能的增量，电容两端的电压类比该段水管内水的平均温度；第三条支路由一个输出电流为的电流受控电流源组成，该受控电流源输出电流类比该段水箱内随水流动的焓的迁移率；第四条支路由一个电阻组成，其类比水箱第kt层与第kt+1层之间热传导的等效热阻；将下部分电路的第一条支路换成其诺顿等效电路，根据电磁暂态仿真方法将第二条支路换成步骤S1中系统的伴随电路模型；电热器的伴随电路模型构建方法为：电热器沿轴向被虚拟地分成Nh层，对第kh层，1≤kh≤Nh，而言，其内部水的平均温度记为水的流速为其透过电热器壁向周围环境耗散的热功率记作从第kh层向第kh+1层的焓的迁移率记作从第kh层向第kh+1层的热传导率记作若第kh层含有电热元件，该元件向水释放的热功率记作对第一层及最后一层，其相邻层均有一个是电热器的壁面，该层与壁面发生的热交换功率均归算到中；从外界流向电热器的水的质量流速及与之相关联的焓的迁移率分别记作与从电热器流向外界的水的质量流速及与之相关联的焓的迁移率分别记作与对第kh层而言，其等效电路由左右两部分组成，左边部分支路由一根理想导线组成，右边部分由四条并联的支路组成：第一条支路由电阻与输出电压为的电压源串联而成，电阻类比该段电热器壁及绝热层热传导、热对流与热辐射的等效热阻，电压源电压类比该层的外界环境温度，流过该支路的电流类比从该层电热器内水向其周围环境耗散的热功率；第二条支路由一个电容组成，该电容类比该层电热器内水的比热容，流经该支路的电流类比单位时间内净流入该段电热器内水的热能的增量，电容两端的电压类比该层电热器内水的平均温度；第三条支路由一个输出电流为的电流受控电流源组成，该受控电流源输出电流类比该层电热器内随水的流动的焓的迁移率；第四条支路由一个电阻组成，其类比水箱第kh层与第kh+1层之间热传导的等效热阻，如果该层是最后一层，则忽略该电阻；将右边部分电路的第一条支路换成其诺顿等效电路，再根据电磁暂态仿真方法将第二条支路换成步骤S1中系统的伴随电路模型；热力站的伴随电路模型构建方法为：热力站内包含散热片和热交换器，流过热力站的水的质量流速记为随水流入和流出热力站的焓的迁移率分别记为和流过散热片的水的质量流速记为随水流入和流出热力站的焓的迁移率分别记为和通过散热片提供室内采暖的热功率记为流过热交换器的水的质量流速记为随水流入和流出热交换器的焓的迁移率分别记为和通过热交换器提供居民热水热功率记为与之和即为热力站的总负荷，记作则： 热力站在水流速方向上的压强损失Δpload通过下式计算： 其中Rload是热力站对水的等效摩擦阻抗；根据计算式10和13，再利用电、热和流体的类比，得到热力站的等效电路图，该电路由上下两部分组成，其中上部分类比热力站内水的流动，为一条只含一个电导Gfl,load的支路，该电导是Rload的倒数；下部分类比热力站内热能的运动，由一条只含受控电流源的支路组成，该电流源的输出电流由热力站内的总热负荷决定；受控压力源的伴随电路模型由上下两部分组成，上半部分支路由一个受控电流源组成，其输出电流表示压力源流出的水的质量流速，其大小由一个关于压强px的函数fpx决定，px表示系统中任意一处的水的压强；电路的下半部分由一条包含另一个受控电流源的支路构成，其输出电流表示随水流出压力源的焓的迁移率，其大小利用计算式6确定： 其中表示t时刻系统某处的焓的迁移率，表示该处该时刻水的质量流速，hT表示水在温度T下的比焓；阀门的伴随电路模型由上下两部分组成，电路的上半部分类比流过阀门的水的质量流，电流表示质量流速，电导Gfl,V是电阻Rfl,V的倒数，Rfl,V类比的是阀门对水的摩擦阻抗；电路的下半部分类比流过阀门的焓的迁移，其由一条不含任何元件的支路组成，流出阀门的焓的迁移率等于流入阀门的焓的迁移率S2、将各种组件的伴随电路模型连接成网络；其中，组件模型中类比水的质量流的部分与其他组件模型类比水的质量流的部分相连接，组件模型中类比焓的迁移的部分与其他组件模型类比焓的迁移的部分相连接；两个组件连接处即为一个连接点，流出连接点的水的质量流速等于流入其的水的质量流速，且流出和流入连接点的焓的迁移率亦相等；构建包含集中供热或集中供冷系统的综合能源系统的伴随电路模型，得到的系统的伴随电路模型由两个独立的电路网络构成：一个电路网络是由所有组件中类比该组件内部水的质量流的部分连接而成，另一个电路网络是由所有组件中类比该组件内部焓的迁移的部分连接而成；S3、构建综合能源系统的等效电路模型的节点电压方程组；S4、对搭建好的集中供热或集中供冷系统模型与电力系统模型一并采用节点分析法进行求解。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 深圳技术大学 综合能源系统电热联合电磁暂态仿真模型建立和计算方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD