一种电锅炉外特性等值模型的构建方法与流程

本发明涉及模型构建，尤其是一种电锅炉外特性模型的构建方法。

背景技术：

1、目前，在涉及由电锅炉耦合的电热混合系统中，通常基于“功率等值”的理念将电锅炉两侧的功率通过效率参数进行等值，从而对电热混合能流，电热混合系统规划优化，电热系统联合运行调度等进行研究。

2、尽管使用这种“功率等值”能够使上述研究成为一种可能，但由于在进行相应研究时需将电锅炉的效率参数固化为常数，所以既无法表征电锅炉在各种运行条件下固有的有功、无功特性，也无法描述电锅炉制热效率随电热混合系统运行状态变化的非线性特点，因此是目前电热混合能流进行相关研究的关键技术难题。

技术实现思路

1、为解决现有技术既无法表征电锅炉在各种运行条件下固有的有功、无功特性，也无法描述电锅炉制热效率随电热混合系统运行状态变化的非线性特点的问题，本发明的目的在于提供一种可实现电锅炉在不同运行条件下的有功、无功特性分析、能够表征电锅炉随不同混合系统运行状态变化的非线性特点的电锅炉外特性模型的构建方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电锅炉外特性模型的构建方法，该方法包括下列顺序的步骤：

3、(1)建立热力系统流体质量流量与电力系统电功率的等值关系；

4、(2)根据热力系统流体质量流量与电力系统电功率的等值关系，构建电制热设备的外特性模型；

5、所述步骤(1)具体是指：在电热混合系统中，电力潮流采用电功率表示，而供热管网系统的热力潮流则结合带有温度的流体流量进行计算，为进行统一混合潮流分析，先将两者进行等值：

6、供热管网系统的热量质量计算如下：

7、q＝cpm(tsy-tot)        (1)

8、式中，q为管网节点吸收或放出的热量，cp为物质的比热容，m为管网节点中物质的质量，tsy为管网节点物质吸收或放出热量后达到的温度，tot为管网节点的初始温度；

9、将式(1)两端同时对时间th求导：

10、

11、其中，th为时间；gfl为供热管网系统源节点流量；ph为热功率；

12、等值条件下，电能转换为热能的效率为100％，即3600q＝wel，wel为供热管网节点吸收的电能，根据电制热设备制热原理的不同，引入ηcop，则供热管网源节点吸收的电功率pel＝3600·ηcop·dwel/dth，则式(2)变为：

13、

14、其中，κ为等值条件下的温差变量即等值温差变量；ηcop为电制热设备的性能系数，式(3)为热力系统流体质量流量与电力系统电功率的等值关系。

15、所述步骤(2)具体是指：外特性等值建模的前提是对电、热参数进行等值，根据供热管网水力计算基本原理，流体的流量和压强在稳态下的瞬时值均是恒定的，计及电制热设备的性能系数ηcop＝1，将供热管网源节点吸收的电功率pel表示为直流电压um和直流电流im的乘积，或者表示为：

16、

17、其中，rd为电锅炉的发热电阻，rd＝um/im；gfl为供热管网系统源节点流量；cp为物质的比热容，tsy为管网节点物质吸收或放出热量后达到的温度，tot为管网节点的初始温度；κ为等值条件下的温差变量即等值温差变量；

18、根据park变换的思想，定义过渡向量：

19、

20、当下标γ为v时，表示对电压向量进行变换，ζ＝α1；当下标γ为c时，表示对电流向量进行变换，ζ＝β1；其a相相量记为其中上角标a表示相别；α1、β1分别为过渡向量中各相的相角；ω为电力系统侧频率；

21、因此，等值交流电压、电流由供热管网节点流量表示为：

22、

23、经式(6)等值后，为满足直流特性，各相等值交流电压uabc和电流iabc的相角必须相同，即vv＝vc，列向量uabc＝[ua ub uc]t，iabc＝[ia ib ic]t，ua、ub、uc和ia、ib、ic分别为供热管网系统节点流量gfl等值的三相交流电压、电流瞬时值；

24、以等值a相为例，将式(4)带入(6)，得到等值交流电压和等值交流电流的关系如下：

25、

26、因此对于串联等值支路有据此得到等值a相电压为：

27、

28、式中，为注入电锅炉的电流相量；

29、对于并联等值支路有据此得到等值a相电流为：

30、

31、式中，为注入电锅炉的电压相量；

32、式(8)、(9)即为电、热参数的等值关系；

33、将电锅炉的外特性用γ型电路来等值，以下为各个元件的参数：

34、电锅炉的单相串联等值阻抗为：

35、

36、式中，rel_hs、xel_hs分别为电锅炉外特性模型的等值电阻、电抗；

37、将式(8)及带入式(10)，并将结果分为实部和虚部，得到：

38、

39、采用流量表示如下：

40、

41、其中，为的幅值um；

42、电锅炉的单相并联等值电纳为：

43、

44、其中，bel_hs为电锅炉外特性模型的等值电纳；im(·)表示取(·)中复数的虚部，将式(7)中的及带入式(13)，得到：

45、

46、采用gfl表示如下：

47、

48、电锅炉采用电路等值后，其制热效率为gfl等值电功率比等值电功率与电锅炉运行损耗的和；

49、公式(12)和公式(15)组成电制热设备的外特性模型。

50、由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，本发明首次提出了电锅炉的外特性等值模型，不仅定义了其在不同电热混合系统的具体结构，还回避了现有电锅炉模型只能通过功率进行等值而无法描述电、热系统状态变量间的耦合关系；第二，本发明可实现电锅炉在不同运行条件下的有功、无功特性分析，更加贴切电锅炉在电热混合系统中的实际运行情况；第三，本发明的外特性模型的各参数由电、热系统的功率、流量、温度等状态变量决定，因此能够表征电锅炉随不同混合系统运行状态变化的非线性特点。

技术特征：

1.一种电锅炉外特性模型的构建方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

2.根据权利要求1所述的电锅炉外特性模型的构建方法，其特征在于：所述步骤(1)具体是指：在电热混合系统中，电力潮流采用电功率表示，而供热管网系统的热力潮流则结合带有温度的流体流量进行计算，为进行统一混合潮流分析，先将两者进行等值：

3.根据权利要求1所述的电锅炉外特性模型的构建方法，其特征在于：所述步骤(2)具体是指：外特性等值建模的前提是对电、热参数进行等值，根据供热管网水力计算基本原理，流体的流量和压强在稳态下的瞬时值均是恒定的，计及电制热设备的性能系数ηcop＝1，将供热管网源节点吸收的电功率pel表示为直流电压um和直流电流im的乘积，或者表示为：

技术总结
本发明涉及一种电锅炉外特性模型的构建方法，其特征在于：包括：建立热力系统流体质量流量与电力系统电功率的等值关系；根据热力系统流体质量流量与电力系统电功率的等值关系，构建电制热设备的外特性模型。本发明首次提出了电锅炉的外特性等值模型，不仅定义了其在不同电热混合系统的具体结构，还回避了现有电锅炉模型只能通过功率进行等值而无法描述电、热系统状态变量间的耦合关系；本发明可实现电锅炉在不同运行条件下的有功、无功特性分析，更加贴切电锅炉在电热混合系统中的实际运行情况；本发明的外特性模型的各参数由电、热系统的功率、流量、温度等状态变量决定，因此能够表征电锅炉随不同混合系统运行状态变化的非线性特点。

技术研发人员：潘东,施天成,王绪利,朱刘柱,王承民,谢宁,黄淳驿,杨欣,代磊,张辉,种亚林,周帆,李志伟,赵锋,郭汶璋,聂元弘,胡斌,王华伟,黄凤标,王球,季益俊,王政
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17