一种综合能源系统实时仿真装置的制作方法

本发明涉及能源互联网和综合能源系统技术领域，具体为一种综合能源系统实时仿真装置。

背景技术：

随着能源互联网的提出以及分布式能源应用范围的不断扩大，已经逐渐打破了能源之间相互独立，互不影响的状态，为了提高能源的综合利用率，实现能源之间的联合已经大势所趋。

能源互联网其实是以互联网理念构建的新型信息能源融合“广域网”，它以大电网为“主干网”，以微网为“局域网”，以开放对等的信息能源一体化架构，真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，因此可以最大限度地适应新能源的接入，减少间歇性可再生能源对系统的影响。

但是在进行综合能源系统实时仿真时，由于热力网与天然气管网是慢动态，而电力网是快动态，很难确定合适的步长；同时，热力电力以及天然气属于不同种类的能源，目前仍没有一种有效的方法实现电热气三种不同形式能源仿真模型的搭建。基于以上问题，本发明提出了综合能源系统实时仿真装置及装置

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种综合能源系统实时仿真装置，解决了由于热力网与天然气管网是慢动态，而电力网是快动态，很难确定合适步长的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种综合能源系统实时仿真装置，包括桌面板和外箱，所述桌面板的顶部固定连接有上位机，并且上位机的顶部固定安装有显示器，所述上位机的一侧通过信号连接线固定连接有以太网交换机，并且以太网交换机的一侧通过信号连接线固定连接有信号控制器，所述信号控制器上均通过信号连接线分别固定连接有第一目标机、第二目标机和第三目标机，并且信号控制器、第一目标机、第二目标机和第三目标机从下至上依次固定连接在外箱的内部，所述第一目标机、第二目标机和第三目标机依次连接。

所述第一目标机包括恒压气源，并且恒压气源通过第一管道与第一分流器连通，所述第一分流器通过第二管道与第二分流器连通，并且第一分流器通过第二管道和第二分流器的输出端输出第一负荷，所述第二分流器的输出端分别通过第三管道和第四管道输出第二负荷和第三负荷，并且第一分流器通过第五管道连通有第三分流器，所述第三分流器的输出端通过第六管道输出第四负荷，并且第三分流器通过第七管道连通有燃气轮机，所述第七管道上且位于第三分流器与燃气轮机之间设置有调节阀。

所述第二目标机包括发电机，并且发电机与燃气轮机连接，所述发电机的输出端分别输出负荷一、负荷二和负荷三。

所述第三目标机包括电锅炉，并且电锅炉与发电机连接，所述电锅炉通过管道一连通有换热器，所述管道一上且位于电锅炉与换热器之间设置有阀门一，所述换热器的输出端均通过管道二分别输出一负荷、二负荷、三负荷、四负荷和五负荷，并且管道二上分别设置有温控阀、阀门二、阀门三、阀门四、阀门五和阀门六，所述电锅炉与循环泵连接，并且循环泵与除污器连接，所述除污器的进口连通有回水管，并且除污器的进水口通过输水管与补水泵连通，所述输水管上设置有阀门七。

优选的，所述桌面板底部的两侧均固定连接有支撑腿，并且支撑腿的底端固定连接有防滑套，所述外箱的底部固定连接有底座。

优选的，所述上位机基于simulink图形化环境建立综合能源系统仿真模型，并且第一目标机、第二目标机和第三目标机均为实时仿真装置运行数字模型。

优选的，所述仿真装置使用基于xPCtarget技术的第一目标机、第二目标机和第三目标机，并且第一目标机、第二目标机和第三目标机通过以太网交换机交换实时仿真变量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明打破了能源之间的分离，将不同形式的能源互联起来，将电网作为“主干网”，天然气管网与热力网作为“局域网”，将不同形式的能源实现互联；面向能源互联网领域，能源互联网是当前能源革命背景下的一个重要技术抓手，对以后能源互联网中多能源系统的研究具有指导意义与参考价值。

(2)本发明通过第一目标机、第二目标机和第三目标机通过以太网交换机交换实时仿真变量，进而可以对三个不同的系统进行实时监测；当改变天然气管网中的负荷来实时观察电网与热网的变化，也可以通过改变电网中的负荷来观察气网与热网的变化，同样可以通过改变热网中的负荷来观察电网与气网的变化。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明系统结构示意图；

图3为本发明第一目标机的系统结构示意图；

图4为本发明第二目标机的系统结构示意图；

图5为本发明第三目标机的系统结构示意图。

图中：1-桌面板、2-外箱、3-上位机、4-显示器、5-信号连接线、6-以太网交换机、7-第一目标机、71-恒压气源、72-第一管道、73-第一分流器、74-第二管道、75-第二分流器、76-第三管道、77-第四管道、78-第五管道、79-第三分流器、710-第六管道、711-第七管道、712-燃气轮机、713-调节阀、8-第二目标机、81-发电机、9-第三目标机、91-电锅炉、92-管道一、93-换热器、94-阀门一、95-管道二、96-温控阀、97-阀门二、98-阀门三、99-阀门四、910-阀门五、911-阀门六、912-循环泵、913-除污器、914-补水泵、915-阀门七、10-信号控制器、11-支撑腿、12-底座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的实施例：请参阅图1-5，本发明的综合能源系统实时仿真装置，包括桌面板1和外箱2，桌面板1底部的两侧均固定连接有支撑腿11，并且支撑腿11的底端固定连接有防滑套，外箱2的底部固定连接有底座12，桌面板1的顶部固定连接有上位机3，上位机3基于simulink图形化环境建立综合能源系统仿真模型，并且第一目标机7、第二目标机8和第三目标机9均为实时仿真装置运行数字模型，并且上位机3的顶部固定安装有显示器4，上位机3的一侧通过信号连接线5固定连接有以太网交换机6，并且以太网交换机6的一侧通过信号连接线5固定连接有信号控制器10，信号控制器10上均通过信号连接线5分别固定连接有第一目标机7、第二目标机8和第三目标机9，并且信号控制器10、第一目标机7、第二目标机8和第三目标机9从下至上依次固定连接在外箱2的内部，第一目标机7、第二目标机8和第三目标机9依次连接，仿真装置使用基于xPCtarget技术的第一目标机7、第二目标机8和第三目标机9，并且第一目标机7、第二目标机8和第三目标机9通过以太网交换机6交换实时仿真变量。

第一目标机7包括恒压气源71，并且恒压气源71通过第一管道72与第一分流器73连通，第一分流器73通过第二管道74与第二分流器75连通，并且第一分流器73通过第二管道74和第二分流器75的输出端输出第一负荷，第二分流器75的输出端分别通过第三管道76和第四管道77输出第二负荷和第三负荷，并且第一分流器73通过第五管道78连通有第三分流器79，第三分流器79的输出端通过第六管道710输出第四负荷，并且第三分流器79通过第七管道711连通有燃气轮机712，第七管道711上且位于第三分流器79与燃气轮机712之间设置有调节阀713。

第二目标机8包括发电机81，并且发电机81与燃气轮机712连接，发电机81的输出端分别输出负荷一、负荷二和负荷三。

第三目标机9包括电锅炉91，并且电锅炉91与发电机81连接，电锅炉91通过管道一92连通有换热器93，管道一92上且位于电锅炉91与换热器93之间设置有阀门一94，换热器93的输出端均通过管道二95分别输出一负荷、二负荷、三负荷、四负荷和五负荷，并且管道二95上分别设置有温控阀96、阀门二97、阀门三98、阀门四99、阀门五910和阀门六911，电锅炉91与循环泵912连接，并且循环泵912与除污器913连接，除污器913的进口连通有回水管，并且除污器913的进水口通过输水管与补水泵914连通，输水管上设置有阀门七915。

在该仿真模型下，通过燃气轮机712将天然气管网与电网进行耦合，通过电锅炉91实现电网与热力网的耦合，能够分析在各自负荷扰动的情况下对其它两个系统的影响。

本发明的工作原理：首先基于Simulink在上位机3中搭建天然气管网、电网以及热网模型，通过以太网交换机6将上位机3与第一目标机7、第二目标机8和第三目标机9进行连接；第一目标机7、第二目标机8和第三目标机9使用基于xPCtarget技术的工控机，一台运行天然气管网Simulink模型且使用大步长仿真，一台运行电网Simulink模型且使用较小步长仿真，另一台运行热网Simulink模型且使用大步长仿真。

恒压气源71输出天然气，经过第一管道72传输，再通过分第一流器73，一部分供用户使用，另一部分通过第五管道78和第七管道711传输到调压阀713，调压阀713控制燃气轮机712入口压力，燃气轮机712带动发电机81发电；发电机81发出的电能经过处理以后为用户供电，电能通过电锅炉91为第一管道92和管道二95中的液体加热，再通过换热器93、阀门一94、循环水泵912等部件为用户供暖，从用户出来的管道最后再流回电锅炉91，形成供热环网。本发明通过燃气轮机712与电锅炉91将天然气管网、电网、热网连接起来。当某一个系统发生变化后，通过耦合作用，可以观察对另外两个系统的影响。