一种光伏蓄冰储能系统的能源供需的建模方法

本发明属于能源管理，尤其涉及一种光伏蓄冰储能系统的能源供需的建模方法。

背景技术：

1、当前全球对传统化石燃料的依赖度依旧很高，而且燃料的燃烧对地球环境造成严重污染，据统计，全球每年30～50％的电力消耗用于空调和制冷，而其中80％的电力仍然是通过燃烧化石燃料产生的。由此可见，人们对于清洁能源的需求大大提升。太阳能作为一种清洁能源，具有储量丰富、清洁环保、分布广泛、使用安全等特点，是最具发展潜力的新能源。

2、随着分布式光伏发电的应用逐步提升，也带来一些难题，传统设计方法中经常造成耦合系统设计容量偏高，在实际应用时有两种设计原则，一是以热定电，二是以电定热，但其实这两种方式都会造成能源效率偏低，可再生能源的波动性和间歇性会导致耦合系统的不稳定等问题。为了解决上述的问题，将分布式光伏发电系统与蓄冷、蓄热技术相结合就显得尤为重要，不仅可以调节冷热负荷与电负荷的耦合关系，还可以移峰填谷，适应用户需求、平移太阳能带来的波动性，提高能源利用效率，使系统更平稳更安全。

3、随着我国人民生活水平的提升，空调能耗迅速增加，如今正快速地逼近国际能耗限定标准。空调用电主要集中在日间阳照时段，夜间用电需求相对较低，导致用电峰谷负荷差较大。近年来，各国主网负荷差已达25～30％，造成电站日间缺峰、夜间冗余的问题，而电站需要在低负荷、低效率的条件下运行，使得电网的平均负荷效率较低。发展冰蓄冷空调是解决这一矛盾的有效途径。冰蓄冷空调系统可以减少制冷机的容量，使空调系统高效率、满负荷运行。采用廉价的夜间用电，平衡电网负荷。蓄冰空调技术是一种相变储能技术，通过在非高峰时段蓄冰储能，在高峰时段释放储存的冷量，有效地将高峰时段电力需求转移到非高峰时段，达到了“削峰填谷”的目的。

4、同时，蓄电池在光伏发电中的作用为平抑太阳辐照的波动性，在满足负载运行的情况下，储存多余的电能，并且当光照不充分时可随时向负载供电。在整个系统中，蓄电池的意义在于保证电压的稳定性，起到缓冲的效果。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种光伏蓄冰储能系统的能源供需的建模方法，旨在解决以热定电和以电定热两种方式都会造成能源效率偏低，可再生能源的波动性和间歇性会导致耦合系统不稳定的问题。

2、本发明是这样实现的，一种光伏蓄冰储能系统的能源供需的建模方法，包括以下步骤：

3、步骤一、基于simulink软件建立光伏阵列发电系统模型，并得到工作时间内光伏阵列的总发电量qpv；

4、步骤二、基于simulink软件建立制冷系统冷负荷需求模型，并得到制冷系统冷负荷需求qc(τ)；

5、步骤三、基于simulink软件建立制冷系统总效率模型，并得到光伏冰蓄冷空调系统总效率η；

6、步骤四、基于simulink软件并根据qpv、qc(τ)和η建立蓄电池系统模型，并得到电池荷电状态soct+1变化曲线。

7、进一步的技术方案，所述步骤一具体步骤为：根据公式(1)在simulink软件中建立光伏阵列发电模型，公式(1)根据输入的相关光伏阵列数据，可得到当天内的发电量；

8、qpv＝ηpv*q*t*sc*n  (1)

9、公式(1)中，qpv为光伏阵列的总发电量，w；q为单位时间内测得的平均太阳辐照强度，w/m2；n为光伏阵列中光伏电池板的块数；ηpv为光伏电池板的光电转换效率；t为工作时间；sc为单块光伏电池板的面积，m2。

10、进一步的技术方案，所述步骤二具体步骤为：根据公式(2)至(7)在simulink软件中建立制冷系统冷负荷需求模型：

11、qc(τ)1＝k1*f*(t1τ-tn)  (2)

12、qc(τ)2＝k2*f*(t2τ-tn)  (3)

13、qc(τ)3＝k3*f*(t3τ-tn)  (4)

14、qc(τ)4＝ca*aw*cs*ci*djmax*ci，q  (5)

15、qc(τ)5＝qs*n*φ*cl，q  (6)

16、qc(τ)＝qc(τ)1+qc(τ)2+qc(τ)3+qc(τ)4  (7)

17、k1为外墙传热系数，w/(m2·℃)；t1τ为一天各时刻墙体温度，℃；qc(τ)1为外墙冷负荷需求，w；k2为屋面传热系数，w/(m2·℃)；t2τ为一天各时刻屋面温度，℃；qc(τ)2为屋面冷负荷需求，w；k3为玻璃窗传热系数，w/(m2·℃)；t3τ为一天各时刻玻璃窗温度，℃；qc(τ)3为玻璃穿瞬变传热引起的冷负荷需求；ca为传热系数；aw为窗口面积，m2；ci为窗户遮阳系数；cs为玻璃遮挡系数；qc(τ)4为通过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷需求，w；qs为人体散热量，cl，q为人体显热散热冷负荷系数；cl，q为窗玻璃冷负荷系数；qc(τ)5为人员散热冷负荷需求，w；qc(τ)为制冷系统冷负荷需求，w；通过公式(7)可得制冷系统冷负荷需求。

18、进一步的技术方案，所述步骤三具体操作为：通过公式(8)至(12)在simulink软件中建立制冷系统总效率模型；供冷过程中的供冷量通过循环水的进出口水温计算，如公式(8)：

19、qw＝cw*mw*(tin-tout)  (8)

20、mw为蓄冰槽供冷过程管道内水的质量流量，kg/s；tin为供冷过程流回蓄冰槽的水温，k；tout为供冷过程中流出蓄冰槽的水温,k；

21、供冷过程能量利用效率,如公式(9)：

22、

23、式中，qfan为风机盘管功耗，w；qpump为水泵功耗，w；

24、蓄冰槽内获得冷量为计算公式(10)：

25、qc＝cw*mw*(taw-tew)+cw*mi*(taw-tai)+mi*hi+ci*mi*(tai-tei)  (10)

26、式中，cw为水的比热容，取4200j/(kg·k)；ci为冰的比热容，取2100j/(kg·k)；mw为水的质量，kg；mi为冰的质量，kg；taw为实验前水的初始温度，k；tew为实验结束后水的温度，k；tai为冰的初始温度，取273.15k；tei为冰的过冷度，k；hi为水的固化潜热，取335kj/kg；

27、光伏制冷性能系数为公式(11)，

28、

29、式中，qr为实验期间制冷机组消耗的总能量，w，主要为压缩机功耗和冷凝器风机功耗；

30、最终计算光伏冰蓄冷空调系统总效率为公式(12)，

31、η＝copsalor*ηs  (12)。

32、进一步的技术方案，所述步骤四具体操作为：

33、通过公式(13)得下一时刻的电池荷电状态soct+1，根据判定条件，来得到soct+1变化曲线，从而系统的调节能量供需情况；

34、qa＝qc(τ)/η  (13)

35、soct+1＝soct*(1-δ)+qpv*η1/ebess-qa/(η1*ebess)  (14)

36、soct为t时刻的电池荷电状态；qpv为光伏阵列的发电量，w；δ为电池的自放电率；ebess为电池功率，w；η1为电池充放电效率；qa为制冷系统所需负荷，w。

37、本发明实施例提供的一种光伏蓄冰储能系统的能源供需的建模方法，该系统包括光伏发电系统、制冷系统和蓄电池系统，通过该建模方法所构建的系统模型，能够根据光照强度预测出光伏模块的产电量，并且预测的结果具有准确性。该系统可以应用在光伏发电工程，预测出产电量，指导了工程实践，降低了成本。创新性地把光伏发电和冰蓄冷空调技术相结合，并应用到总能耗和碳排放的大户(建筑行业)中。使用光伏发电可以大大减少火电厂燃煤的使用，建筑的碳排放量得到有效降低；同时能够柔性调节电网负荷，实现“削峰填谷”。一种光伏蓄冰储能系统的能源供需的建模方法，对于模拟光伏发电和储冰蓄能有重大意义，可以根据预计产生电量和所需的制冷负荷进而来得到电池荷电状态变化，以实现能源利用最优化。