本發(fā)明涉及多能流共同運(yùn)行的能源信息技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真器。

背景技術(shù)：

隨著化石燃料的消耗過(guò)度，以及氣候變暖、空氣污染越來(lái)越嚴(yán)重，能源危機(jī)和環(huán)境污染亟待解決；為了解決以上問(wèn)題，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的概念；能源互聯(lián)網(wǎng)是指各種一次、二次能源的生產(chǎn)、傳輸、使用、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換裝置以及信息傳遞、控制和保護(hù)裝置直接或間接鏈接而成的網(wǎng)絡(luò)化物理結(jié)構(gòu)；橫跨電力、天然氣、熱力以及交通四大能量傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)能源互聯(lián)，打破了不同形式能源的界限，實(shí)現(xiàn)了能源的互聯(lián)，提高了能源的利用率，且不同形式的能源之間可以互相轉(zhuǎn)化，可以大大的削弱間歇式能源對(duì)電力系統(tǒng)的影響。

目前，天然氣管網(wǎng)模型與電網(wǎng)模型之間不能實(shí)現(xiàn)交互作用的實(shí)時(shí)仿真，不能開(kāi)展能源互聯(lián)中多能流系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)模型與電網(wǎng)模型交互作用的實(shí)時(shí)仿真，以及不能達(dá)到研究天然氣網(wǎng)模型與電網(wǎng)模型交互作用時(shí)微燃機(jī)模型實(shí)時(shí)工況的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真器，解決了不能開(kāi)展能源互聯(lián)中多能流系統(tǒng)中天然氣網(wǎng)模型與電網(wǎng)模型交互作用的實(shí)時(shí)仿真，以及不能達(dá)到研究天然氣網(wǎng)模型與電網(wǎng)模型交互作用時(shí)微燃機(jī)模型實(shí)時(shí)工況目的的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真器，包括桌子和控制柜，所述桌子的頂部設(shè)置有上位機(jī)，所述控制柜的內(nèi)部分別設(shè)置有第一工控機(jī)、第二工控機(jī)和交換機(jī)，所述上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)模塊分別與第一工控機(jī)、第二工控機(jī)和交換機(jī)連接，所述上位機(jī)的內(nèi)部分別構(gòu)建有天然氣管網(wǎng)模型、電網(wǎng)模型和微燃機(jī)模型。

所述天然氣管網(wǎng)模型包括恒壓氣源，所述恒壓氣源通過(guò)第一管道連通第有一分流器，所述第一管道上且位于恒壓氣源與有一分流器之間通過(guò)第一傳輸管道輸出負(fù)荷一，所述第一分流器一側(cè)的頂部通過(guò)第二管道連通有第二分流器，所述第二分流器通過(guò)第二傳輸管道輸出負(fù)荷二且第二分流器通過(guò)第二傳輸管道與第二管道連通，所述第二分流器一側(cè)的頂部通過(guò)第三管道輸出負(fù)荷三，所述第二分流器一側(cè)的底部通過(guò)第四管道輸出負(fù)荷四，所述第一分流器一側(cè)的底部通過(guò)第三傳輸管道連通有第三分流器，所述第三分流器一側(cè)的頂部通過(guò)第五管道輸出負(fù)荷五，所述第三分流器一側(cè)的底部通過(guò)第六管道輸出負(fù)荷六且第三分流器通過(guò)第六管道連通調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥通過(guò)第四傳輸管道連通有燃?xì)廨啓C(jī)。

所述電網(wǎng)模型包括發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)的輸入端與燃?xì)廨啓C(jī)的輸出端連接，所述發(fā)電機(jī)的輸出端電性連接有逆變器，所述逆變器的輸出端電性連接有整流器，所述整流器的輸出端通過(guò)三相電網(wǎng)模型與用戶(hù)電性連接，所述三相電網(wǎng)模型分別與鎖相環(huán)和工廠電性連接，所述鎖相環(huán)的輸出端分別通過(guò)轉(zhuǎn)換器、功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)和PWM器與整流器電性連接。

所述微然機(jī)模型包括壓氣機(jī)、燃燒室、透平、速度控制器、轉(zhuǎn)子和容積器，所述壓氣機(jī)的輸出端分別與燃燒室、容積器和轉(zhuǎn)子的輸入端連接，并且容積器的輸出端與燃燒室的輸入端連接，所述燃燒室的輸出端分別與透平和容積器的輸入端連接，所述透平的輸出端分別與燃燒室、轉(zhuǎn)子和速度控制器的輸入端連接，所述轉(zhuǎn)子的輸出端分別與壓力機(jī)、透平和速度控制器的輸入端連接，并且速度控制器的輸出端與燃燒室的輸入端連接。

優(yōu)選的，所述第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、第五管道和第六管道上均設(shè)置有節(jié)點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述第一工控機(jī)和第二工控機(jī)的規(guī)格尺寸均為U。

優(yōu)選的，所述上位機(jī)構(gòu)建的天然氣管網(wǎng)模型、電網(wǎng)模型和微燃機(jī)模型均利用Matlab/Simulink進(jìn)行構(gòu)建處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)仿真器模擬含微燃機(jī)模型的多能流系統(tǒng)中天然氣管網(wǎng)模型與電網(wǎng)模型的交互影響，實(shí)現(xiàn)了天然氣管網(wǎng)模型、微燃機(jī)模型、電網(wǎng)模型耦合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真，天然氣管網(wǎng)模型、微燃機(jī)模型、電網(wǎng)模型的狀態(tài)能夠被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，打破了原有的對(duì)天然氣管網(wǎng)模型的靜態(tài)分析的方法，同時(shí)也打破了傳統(tǒng)的不同形式能源之間相互分離的局限，將兩個(gè)不同形式的能源互聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)了不同形式的能源之間的相互轉(zhuǎn)換，是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)中多能流系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)時(shí)仿真器的仿真效果好，仿真結(jié)果貼近實(shí)際，具有可觀的實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明微燃機(jī)模型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-桌子、2-控制柜、3-上位機(jī)、4-第一工控機(jī)、5-第二工控機(jī)、6-交換機(jī)、7-以太網(wǎng)模塊、8-天然氣管網(wǎng)模型、81-恒壓氣源、82-第一管道、83-第一分流器、84-第一傳輸管道、85-第二管道、86-第二傳輸管道、87-第二分流器、88-第三管道、89-第四管道、810-第三傳輸管道、811-第三分流器、812-第五管道、813-第六管道、814-調(diào)壓閥、815-第四傳輸管道、816-燃?xì)廨啓C(jī)、9-電網(wǎng)模型、91-發(fā)電機(jī)、92-逆變器、93-整流器、94-三相電網(wǎng)模型、95-鎖相環(huán)、96-轉(zhuǎn)換器、97-功率外環(huán)、98-電流內(nèi)環(huán)、99-PWM器、10-微燃機(jī)模型、101-壓氣機(jī)、102-燃燒室、103-透平、104-速度控制器、105-轉(zhuǎn)子、106-容積器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的實(shí)施例：請(qǐng)參閱圖1-3，能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真器包括桌子1和控制柜2，桌子1的頂部設(shè)置有上位機(jī)3，上位機(jī)3構(gòu)建的天然氣管網(wǎng)模型8、電網(wǎng)模型9和微燃機(jī)模型10均利用Matlab/Simulink進(jìn)行構(gòu)建處理，控制柜2的內(nèi)部分別設(shè)置有第一工控機(jī)4、第二工控機(jī)5和交換機(jī)6，第一工控機(jī)4和第二工控機(jī)5的規(guī)格尺寸均為4U，4U為服務(wù)器的尺寸，4U為4.45厘米，上位機(jī)3通過(guò)以太網(wǎng)模塊7分別與第一工控機(jī)4、第二工控機(jī)5和交換機(jī)6連接，上位機(jī)3的內(nèi)部分別構(gòu)建有天然氣管網(wǎng)模型8、電網(wǎng)模型9和微燃機(jī)模型10，仿真裝置使用兩臺(tái)基于xPCtarget技術(shù)的PC機(jī)，第一工控機(jī)4運(yùn)行天然氣管網(wǎng)模型8以及微然機(jī)模型10的Simulink模型且使用大步長(zhǎng)仿真，第二工控機(jī)5運(yùn)行電網(wǎng)模型9Simulink模型且使用較小步長(zhǎng)仿真。

天然氣管網(wǎng)模型8包括恒壓氣源81，恒壓氣源81通過(guò)第一管道82連通第有一分流器83，第一管道82上且位于恒壓氣源81與有一分流器83之間通過(guò)第一傳輸管道84輸出負(fù)荷一，第一分流器83一側(cè)的頂部通過(guò)第二管道85連通有第二分流器87，第二分流器87通過(guò)第二傳輸管道86輸出負(fù)荷二且第二分流器87通過(guò)第二傳輸管道86與第二管道85連通，第二分流器87一側(cè)的頂部通過(guò)第三管道88輸出負(fù)荷三，第二分流器87一側(cè)的底部通過(guò)第四管道89輸出負(fù)荷四，第一分流器83一側(cè)的底部通過(guò)第三傳輸管道810連通有第三分流器811，第三分流器811一側(cè)的頂部通過(guò)第五管道812輸出負(fù)荷五，第三分流器811一側(cè)的底部通過(guò)第六管道813輸出負(fù)荷六且第三分流器811通過(guò)第六管道813連通調(diào)壓閥814，調(diào)壓閥814通過(guò)第四傳輸管道815連通有燃?xì)廨啓C(jī)816，第一管道82、第二管道85、第三管道88、第四管道89、第五管道812和第六管道813上均設(shè)置有節(jié)點(diǎn)。

電網(wǎng)模型9包括發(fā)電機(jī)91，發(fā)電機(jī)91的輸入端與燃?xì)廨啓C(jī)26的輸出端連接，發(fā)電機(jī)91的輸出端電性連接有逆變器92，逆變器92的輸出端電性連接有整流器93，整流器93的輸出端通過(guò)三相電網(wǎng)模型94與用戶(hù)電性連接，三相電網(wǎng)模型94分別與鎖相環(huán)95和工廠電性連接，鎖相環(huán)95的輸出端分別通過(guò)轉(zhuǎn)換器96、功率外環(huán)97、電流內(nèi)環(huán)98和PWM器99與整流器93電性連接。

微然機(jī)模型10包括壓氣機(jī)101、燃燒室102、透平103、速度控制器104、轉(zhuǎn)子105和容積器106，壓氣機(jī)101的輸出端分別與燃燒室102、容積器106和轉(zhuǎn)子105的輸入端連接，并且容積器106的輸出端與燃燒室102的輸入端連接，燃燒室102的輸出端分別與透平103和容積器106的輸入端連接，透平103的輸出端分別與燃燒室102、轉(zhuǎn)子105和速度控制器104的輸入端連接，轉(zhuǎn)子105的輸出端分別與壓力機(jī)101、透平103和速度控制器104的輸入端連接，并且速度控制器104的輸出端與燃燒室102的輸入端連接。

天然氣管網(wǎng)模型8通過(guò)調(diào)壓閥24與微燃機(jī)模型10耦合，向微燃機(jī)模型10提供恒定的壓力，微燃機(jī)模型10燃燒需要的天然氣流量反饋到調(diào)壓閥24，進(jìn)而反饋到天然氣管網(wǎng)模型8，作為管網(wǎng)的輸入，微燃機(jī)模型10通過(guò)發(fā)電機(jī)901與電網(wǎng)模型9連接，將輸出的機(jī)械功率通過(guò)發(fā)電機(jī)901轉(zhuǎn)化為電能。電網(wǎng)模型9負(fù)荷的投切影響燃?xì)廨啓C(jī)26輸出的機(jī)械功率，進(jìn)而影響天然氣管網(wǎng)模型8輸入燃?xì)廨啓C(jī)26的天然氣流量，實(shí)現(xiàn)天然氣管網(wǎng)模型8與電網(wǎng)模型9的交互作用。

通過(guò)實(shí)時(shí)仿真器模擬含微燃機(jī)模型10的多能流系統(tǒng)中天然氣管網(wǎng)模型8與電網(wǎng)模型9的交互影響，實(shí)現(xiàn)了天然氣管網(wǎng)模型8、微燃機(jī)模型10、電網(wǎng)模型9耦合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真，天然氣管網(wǎng)模型8、微燃機(jī)模型10、電網(wǎng)模型9的狀態(tài)能夠被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，打破了原有的對(duì)天然氣管網(wǎng)模型8的靜態(tài)分析的方法，同時(shí)也打破了傳統(tǒng)的不同形式能源之間相互分離的局限，將兩個(gè)不同形式的能源互聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)了不同形式的能源之間的相互轉(zhuǎn)換，是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)中多能流系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)時(shí)仿真器的仿真效果好，仿真結(jié)果貼近實(shí)際，具有可觀的實(shí)用價(jià)值。

主要用于研究含微然機(jī)模型10的多能流系統(tǒng)中電網(wǎng)模型9與天然氣管網(wǎng)模型8的交互影響，實(shí)現(xiàn)了天然氣管網(wǎng)模型8與微然機(jī)模型10的耦合以及微然機(jī)模型10與電網(wǎng)模型9的耦合，并完成了天然氣管網(wǎng)模型8、微然機(jī)模型10、電網(wǎng)模型9耦合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真，在該仿真模型下，天然氣管網(wǎng)模型8通過(guò)調(diào)壓閥814與微然機(jī)模型10進(jìn)行耦合，燃?xì)廨啓C(jī)816通過(guò)發(fā)電機(jī)91與電網(wǎng)模型9進(jìn)行連接，天然氣管網(wǎng)模型8、微然機(jī)模型10、電網(wǎng)模型9耦合系統(tǒng)能夠分析在天然氣負(fù)荷擾動(dòng)的情況下，微然機(jī)模型10的運(yùn)行工況和電網(wǎng)模型9功率變化情況，以及電網(wǎng)模型9擾動(dòng)對(duì)微然機(jī)模型10工況和天然氣管道變化的影響。

工作原理：首先在上位機(jī)3中利用Matlab/Simulink構(gòu)建天然氣管網(wǎng)模型8、微燃機(jī)模型10以及電網(wǎng)模型9的模型，通過(guò)以太網(wǎng)模塊7和交換機(jī)6將上位機(jī)3與仿真裝置進(jìn)行連接，仿真裝置分為第一工控機(jī)4和第二工控機(jī)5，且第一工控機(jī)4和第二工控機(jī)5是使用兩臺(tái)基于xPCtarget技術(shù)的工控機(jī)，第一工控機(jī)4運(yùn)行天然氣管網(wǎng)模型8和微燃機(jī)模型10系統(tǒng)的Simulink模型且使用大步長(zhǎng)仿真，第二工控機(jī)5運(yùn)行電網(wǎng)模型9Simulink模型且使用較小步長(zhǎng)仿真，第一工控機(jī)4和第二工控機(jī)5分別通過(guò)以太網(wǎng)模塊7和交換機(jī)6交換實(shí)時(shí)仿真變量，進(jìn)而可以對(duì)兩個(gè)不同形式的能流系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也可以對(duì)微燃機(jī)模型10運(yùn)行時(shí)的工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)在上位機(jī)3中調(diào)節(jié)電網(wǎng)模型9部分負(fù)荷，即可在上位機(jī)3顯示器上觀察天然氣管網(wǎng)模型8的實(shí)時(shí)變化以及微燃機(jī)模型10轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)變化，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)天然氣負(fù)荷的變化來(lái)實(shí)時(shí)觀察微燃機(jī)模型10工況和電網(wǎng)模型9各參數(shù)的變化。