多热源热泵相变蓄能型冷热联供系统控制方法与装置与流程

本发明涉及的是储能系统优化配置，具体涉及多热源热泵相变蓄能型冷热联供系统控制方法与装置。

背景技术：

1、在“双碳”目标的倡导下，能源行业正在逐步转向清洁型、低碳型、环保型。面对能源巨大损耗与环境问题正面临的严峻挑战，积极开展节能减排技术、探索新的绿色可再生能源交互方式、促进绿色健康能源产业升级迫在眉睫。然而，可再生能源具有极强的波动性和间歇性，如风能与太阳能极易受时间和地点的影响，故能量的不稳定程度高，其规律也难以掌握，因而要实现单一可再生能源的充分有效利用十分困难。

2、冷热联供系统作为能源领域的前沿技术，是建立在能量梯级利用的基础上，将制冷制热一体化，同时有助于减小污染气体排放，是一种高效的供能方式，因此广泛应用于各地区绿色工厂、绿色工业园区的建筑供能中。热泵的功能与水泵类似，它能够将低级热源中储存的热能传递到高级热源中，其中低级热源包括自然界的空气、水、土壤地热等，高级热源为能被人所用的热量，如城市供暖、农作物灌溉等。相变材料(pcm)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。相变蓄能通常指利用相变材料在发生相变的过程中，用一定装置将能量储存起来，有需求的时候在将热能释放。因此，相变材料与热泵结合不失为一种高效利用能量的手段，它对于实现国家能源战略转型、新型城乡绿色建设具有重要意义，同时也为蓄能产业的发展提供的良好的机遇。

3、经过对现有技术领域的检索发现，中国专利申请号为202110992450.3，申请公布号为cn113790469a，专利名称为：具备储热调峰功能的供热堆冷热联供系统及其运行方法，该专利提出了一种具备储热调峰功能的供热堆冷热联供系统及其运行方法，兼顾了冷热负荷在不同季节和日内不同时刻的变化特性，实现了日内以及跨季节的储热调峰。但该专利使用的热源单一，蓄热、供热可靠性不足，同时结构复杂，控制成本高。中国专利申请号为cn202110019290.4，申请公布号为cn114739029a，专利名称为：多用途二氧化碳热泵冷热联供系统，该专利提出了一种多用途二氧化碳热泵冷热联供系统，通过同一个换热器内进行气冷器模式和蒸发器模式的切换，从而解决冷量和热量不匹配的问题。但该专利采用气-液作为蓄热材料，蓄热效果不佳，且二氧化碳有很高的临界压力和很低的临界温度，这为系统部件的设计制造了非常多的困难。

4、综上所述，现有技术中的微能源网中，多存在热源单一以及蓄热、供热效果不佳、可靠性差的问题。

技术实现思路

1、本发明提供多热源热泵相变蓄能型冷热联供系统控制方法与装置，实现多种能源间高效配合，达到提高微能源网运行效率的目的。

2、本发明具体采用以下技术方案：

3、多热源热泵相变蓄能型冷热联供系统控制方法，对以太阳能-水能、太阳能-空气源、太阳能-地源为热源的热泵相变蓄能冷热联供系统进行控制，包括如下步骤：

4、步骤a：记录某个时刻以太阳能为热源的太阳能板温度为 tt，被取水源温度 ts，地热源温度 td，空气源温度 tk，相变材料蓄热前的温度为 t1，仅在太阳能-水能作用下热泵系统相变材料蓄热后温度为 t2，仅在太阳能-空气源作用下热泵系统相变材料蓄热后温度为 t3，仅在太阳能-地源作用下热泵系统相变材料蓄热后温度为 t4；

5、步骤b：分别计算在太阳能-水能、太阳能-空气源、太阳能-地源作用下相变材料的蓄热效率 zs、 zk、 zd，具体为：

6、

7、其中， r1、 r2、 r3分别称为水源、空气源、地热源调热系数；

8、步骤c：计算热泵每小时蓄热量：

9、

10、上式中，为取水管道数，为集水管道的流量面积，为单个水箱每小时集热量；为集气管道数，为集气管道的有效集气面积，为单个气箱每小时集热量；为地热源收集装置数，为有效集热面积，为太阳辐射强度，为每小时集地热量；为热泵单位小时发热量；

11、将其与系统每小时总耗热量比较，若，则通过蓄热综合调控系统调节各种热源的使用情况，直到。

12、进一步的，所述的步骤b的调差系数 r1、 r2、 r3满足：

13、

14、其中，、为任意10分钟内水源温差、流速差，为一天内水源的平均温度、平均流速，为平均风速；为任意3小时内气温差，为一天内平均气温；为任意1小时内地热温差，一天中地热平均温度。

15、进一步的，所述步骤c中蓄热综合调控系统调节策略为，初始状态下集水管道的流量面积、集气管道的有效集气面积、太阳能板有效集热面积均设置为最大值的1/2，当时，比较该时刻下 zs、 zk、 zd的大小，减小蓄热效率最小热源的采集面积至原有水平的40%，增大蓄热效率最大热源采集面积至原有水平的120%，重新计算每小时蓄热量，同时与系统每小时总耗热量比较，若仍小于，则利用基于pid的控制算法调控集水管道的流量面积、集气管道的有效集气面积、太阳能板有效集热面积的大小使得热泵各小时的蓄热量最终满足。

16、进一步的，基于pid的控制算法具体为：

17、本算法以集水管道的流量面积、集气管道的有效集气面积、太阳能板有效集热面积为控制变量，为输出变量，每次采样时间设定为1小时，则在第 k小时，输出量的目标值与第 k小时热泵蓄热量之差称为偏差，利用如下公式不断调整、、大小，经多次迭代后使得热泵每小时蓄热量最终等于：

18、

19、上式中，为比例系数，取；为积分时间常数，取；为微分时间常数，取，。

20、进一步的，相变材料选择工业级乙酰胺（cas：79-07-2）与天然可再生油脂的混合型材料。

21、多热源热泵相变蓄能型冷热联供系统控制装置，用于执行上述任意一项所述的多热源热泵相变蓄能型冷热联供系统控制方法，包括采集检测模块、控制模块、调制算法模块、综合补偿模块以及热泵及冷热联供系统；

22、采集检测模块用于速度采集、温度采集、热能采集，并将采集数据输送至控制模块；调制算法模块与控制模块相连，用于对采集检测模块采集到的数据进行分析并计算获得热泵每小时蓄热量；综合补偿模块与控制模块相连接的同时和控制模块一起连接至热泵及冷热联供系统；操作步骤如下：

23、a．装置开始运行，采集检测模块上电检测风速、水流速、气温、水温、地热各类型指标，并将数据传输至控制模块；

24、b．控制模块利用调制算法模块对采集到的数据进行分析，同时控制综合补偿模块对各类热源的采集面积进行调节；

25、c．调节指令发送至热泵，完成对冷热联供系统的优化调控。

26、本发明具有以下有益效果：

27、本发明通过工业级乙酰胺与天然可再生油脂的混合型相变材料，实现三种热源的合理化配合，在某一种热源发生较大波动时，通过调节其他两种热源的采集量实现热泵蓄热最大化，该方法抗干扰能力强，操作简单，成本低廉。热源采集面积的配合通过pid控制算法实现，pid算法的优点在于：可以更快更稳定地收敛到热泵蓄热的目标值，控制精度高，抗干扰能力强。