基于能量流的电热综合能源系统弃风消纳优化调度模型

针对三北地区供热期运行调峰约束导致的弃风问题,提出了基于能量流的电热综合能源系统弃风消纳优化调度模型。首先建立与电力系统模型相容的热力系统能量流模型。以能量流法根据温度变化预测热负荷,并以该结果作为优化调度模型的已知条件。然后以煤耗量最低为目标函数,建立优化调度模型。与传统模型相比,该模型考虑了换热环节约束如换热器热阻约束等。最后通过算例验证该模型的有效性,结果表明：利用电加热站供热,可增加低谷电负荷,降低机组的热定电出力,为风电上网留出空间;用户室内温度影响热负荷大小,进而影响风电消纳总量;计及换热环节约束的优化调度模型计算出的优化调度结果更准确、可信。

微能源系统中多能传输、存储与转换过程的影响机制

将用户侧电、热、气等多种形式能源集成构建微能源系统,能够综合考虑多能流的转换、存储与传输过程中的互补特性,有利于提升系统的整体能源利用效率。然而,系统中不同形式能量的物理属性和传输特性差异较大,现有模型在研究多能流的传输和转换过程时,难以完整考虑热量传输约束及其对能量转换的影响。针对微能源系统中的综合能量管理问题,构建了热力系统中换热器的非线性传热模型,并考虑了热量传输对能量转换效率的影响。同时,结合光伏电池、储能电池、热泵、燃气锅炉、太阳能集热器及相变储热装置建立了微能源系统中能量传输与转换的整体模型,并以系统投资与运行总成本最小为目标构建了优化模型,提出了一种以混合整数线性优化为基础的分层迭代优化策略,通过对系统进行优化设计,研究了热量传输、转换与存储过程间的相互影响。对比发现:未考虑热量传输对热泵和太阳能集热器效率的影响时,太阳能集热器总出力为考虑热量输传输影响的80.2%,储热装置最佳容量仅为考虑热量输传输影响的48.9%。

热力系统整体分析和优化的热量流法

热力系统的性能优化对提高能源利用效率具有重要意义,但传统分析方法难以满足复杂系统高效分析的需求.近年来基于理论发展的热量流法及相应的求解算法为热力系统的分析与优化提供了一种新的解决方案.本文首先介绍热力系统热量流模型的规范化构建方法,并以余热回收朗肯循环为例说明了模型构建的具体流程.随后,结合系统中工质的流动约束及物性,提出了热力系统整体数学模型的规范化构建方法,能够分离系统约束中线性、非线性显式和非线性隐式约束,最少化需要迭代求解约束的数量.利用上述约束分离特性提出了热力系统整体数学模型的分层-分治求解算法,能够大幅降低计算复杂度,并显著提高计算鲁棒性.最后,以三压蒸汽发电系统为例,阐明了热量流模型及分层-分治算法与传统求解方法相比在求解时间、所需初值数量等方面的优势.

飞行器热管理系统的热量流建模及优化

随着飞行器性能的提升,其高效热管理的重要性日益凸显,因而整体热管理系统逐渐得到广泛应用。本文以一种典型的飞行器整体热管理系统为研究对象,通过引入热阻、热动势和能量源等部件构建其热量流模型,应用基尔霍夫定律获得系统中能量的整体输运与转换规律,并明确系统性能和各设计、运行参数间的直接约束关系。以此为基础并结合遗传算法,以热管理系统的总体轻量化为目标,实现了其多参数全局优化。优化结果表明只依赖经验的系统设计容易错失最优解。

换热器动态特性分析的热量流模型

换热器的动态特性是评价换热器响应能力以及指导控制系统设计的重要指标。本文首先通过换热器动态能量微分方程推导出换热器的壁面储热模型,然后结合时间延迟模型构建了表征换热器动态特性的热量流模型,提出了换热器动态特性分析的热量流法,最后将模型的计算结果与有限容积法的模拟结果进行对比验证了模型的有效性,从而为构建换热系统整体动态模型以及控制系统设计奠定基础。

飞行器能源与热管理系统中多能流统一建模与分析方法

能源与热管理系统的综合集成优化设计是充分提升飞行器性能的关键技术之一。然而,由于热管理、电源等子系统的传统分析方法存在差异,导致整体集成设计的复杂度大。基于热力系统分析的热量流法,建立了电量、热量、工质的规范化传输网络模型,提出了热管理、电源等子系统间的数据交互方法,形成了飞行器能源与热管理系统的整体建模分析方法。计算结果表明,该方法在确保准确性的前提下,计算耗时比商业软件AMESim低近2个数量级。通过对给定飞行剖面的系统进行变工况仿真,计算出了在满足温控的需求下,单次任务目标所需的相变工质携带量为348.8kg,机载蓄电池所需的最低初始电量和容量为1837、3158W·h。因此,所提出的方法可用于飞行器轻量化的定量优化。

基于特征值的电-热综合能源系统扰动分析

电-热综合能源系统中,热力、电力子系统间耦合日益紧密,单一系统扰动不仅在该子系统内传播,还会演化至其他子系统,使得系统整体稳定问题更加复杂。由于热力系统传输约束的复杂度且与电力系统分析方法的不兼容性,现有综合能源系统的稳定性分析难以准确考虑热量传输延迟特性及建筑围护储热特性对系统整体动态响应特性的影响。本文建立了包含热电联产装置和电热泵等电热耦合元件,考虑热量传输延迟与建筑围护结构储热特性的电-热综合能源系统整体动态模型,导出了系统状态微分方程。基于特征值分析方法,判断小扰动下系统的稳定性,并结合时域仿真进行了验证。同时,定量分析了系统结构参数及运行参数对电-热综合能源系统稳定性的影响规律。