一種智能園區(qū)多級能耗傳遞模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能源優(yōu)化管理模型。特別是涉及一種適用于智能園區(qū)能源優(yōu)化管 理的智能園區(qū)多級能耗傳遞模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 在面臨能源短缺困難及節(jié)能減排的壓力下，建設(shè)清潔、可靠、互動、高效的智能電 網(wǎng)成為推動時代經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要手段。智能園區(qū)作為現(xiàn)代城市中能源綜合 應(yīng)用的典型場所，其能源優(yōu)化管理得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。如何有效提升智能園區(qū)的能 源利用效率，成為備受關(guān)注的重要問題和技術(shù)難點(diǎn)。
[0003] 國內(nèi)外研宄和實(shí)踐證明，實(shí)施智能園區(qū)的能源優(yōu)化管理，提高終端用戶的能源利 用效率，可以有效緩解園區(qū)內(nèi)部電力供需的矛盾，還能最大程度地減少一次能源的消耗。目 前我國在智能園區(qū)多級能耗傳遞模型方面的研宄尚處于起步階段。首先，針對園區(qū)多級能 耗傳遞模型并沒有完全統(tǒng)一的定義與確定的數(shù)學(xué)模型。其次，關(guān)于能量流分析的研宄大多 集中于國家層面、省市層面和企業(yè)層面，鮮有針對園區(qū)的能量流分析。因此，有必要按照能 量輸入、能量在不同級別網(wǎng)絡(luò)流動及能量消耗和能量損耗的思路，提出一種智能園區(qū)的多 級能耗傳遞模型，以便深入分析智能園區(qū)的多元能源輸入和能量損耗、以及典型終端用戶 的能量流網(wǎng)絡(luò)，為智能園區(qū)的能源利用效率提升和能源優(yōu)化管理提供理論基礎(chǔ)。
[0004] 綜上所述，構(gòu)建智能園區(qū)多級能耗傳遞模型，是亟待解決的實(shí)際問題，具有良好的 理論價值和應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠提高智能園區(qū)的能源利用效率的智 能園區(qū)多級能耗傳遞模型。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種智能園區(qū)多級能耗傳遞模型，包括，能量輸入、 能量損耗和能量消耗三部分，所述的能量輸入是向智能園區(qū)輸入的多種類型的能源EI;所 述的能量損耗是輸入的能源在梯級利用時的損耗Ey所述的能量消耗是輸入的能源在智能 園區(qū)中各終端用戶的能量流動E。，其中：
[0007] Ej=Ec+El (1)。
[0008] 所述的能量輸入包括有電網(wǎng)供電、分布式電源、化石燃料和水，表示為：
[0009] Ej=Ep+ED+EF+Eff (2)
[0010] 式中，EP表不電網(wǎng)輸入，E肩不分布式電源輸入，E廣不化石燃料能源輸入，E￥表 示水能源輸入。
[0011] 所述的分布式電源包括有風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電。
[0012] 所述的能量損耗包括網(wǎng)級損耗、饋線級損耗和配變級損耗，表示為：
_4] 式中，Ejj= 1，2, ???，]!，其中，Ej表示能量在不同層級不同元件的損耗，j表示元 件編號，n表示元件數(shù)量，所述的網(wǎng)級損耗包括有線路損耗，所述的饋線級損耗和配變級損 耗均包括線路損耗和變壓器損耗。
[0015] 所述的線路損耗是能量輸入流經(jīng)導(dǎo)線時以熱能形式散發(fā)的功率損失，包括有：由 于電流流經(jīng)有電阻的導(dǎo)線造成的有功功率損耗，由于線路有電壓而線間和線對接之間的絕 緣有漏電造成的有功功率損耗，以及電暈損耗，其中，由于電流流經(jīng)有電阻的導(dǎo)線造成的有 功功率損耗是線損的最主要部分，計(jì)算公式見式如下，另外兩部分的損耗只占極少的比例， 不考慮，
[0017] 式中，AP表示線路損耗，P、Q分別為流經(jīng)路線的有功功率和無功功率；U為路線 上與P、Q同一點(diǎn)測得的電壓；R為線路的電阻，與導(dǎo)線的截面、導(dǎo)線的材料和線路的長度有 關(guān)。
[0018] 所述的變壓器損耗是指電能流經(jīng)變壓器時以熱能形式散發(fā)的功率損耗，包括鐵損 和銅損，其中，鐵損近似等于變壓器的額定電壓下的空載損耗，銅損進(jìn)行近似等于額定負(fù)載 下的短路損耗與平均負(fù)載系數(shù)平方的乘積，計(jì)算公式如下：
[0019] APT=PFe+Pcu=P〇+f32Pk (11)
[0020] 式中，APT表示變壓器損耗，PFe為鐵損，Peu為銅損，P^為空載損耗，PK為額定負(fù)載 損耗，0為平均負(fù)載系數(shù)。
[0021] 所述的能量消耗中的各終端用戶的能量流動E。包括有工業(yè)用戶、公共機(jī)構(gòu)和大型 數(shù)據(jù)中心的能量流動，表示為：
[0023] 式中，Eii= 1，2,…，m，其中，示能量在各典型終端用戶的消耗，i表示終端 用戶編號，m表示終端用戶數(shù)量。
[0024] 所述的工業(yè)用戶的能量流動包括有輸入端分別連接電網(wǎng)供電、分布式電源、化石 燃料的能量轉(zhuǎn)換模塊、能量利用模塊和能量回收模塊，所述的能量轉(zhuǎn)換模塊、能量利用模塊 和能量回收模塊的輸出均包括有向產(chǎn)品、副產(chǎn)品輸出的能量和回收自用能量。
[0025] 所述的公共機(jī)構(gòu)的能量流動是指冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，所述冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的能量輸 入端分別連接電網(wǎng)供電、化石燃料和水，所述冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的輸出端分別連接電能、熱能 和冷能。
[0026] 所述的大型數(shù)據(jù)中心的能量流動包括有分別連接電網(wǎng)供電的配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng) 和IT設(shè)備。
[0027] 本發(fā)明的一種智能園區(qū)多級能耗傳遞模型，能夠涵蓋能量輸入、能量在不同級別 網(wǎng)絡(luò)流動的消耗和損耗的整個能量流動過程，有助于深入了解智能園區(qū)能源的流動特性， 從而為智能園區(qū)的能源全局優(yōu)化利用提供支撐，進(jìn)而提高智能園區(qū)的能源利用效率，提升 智能園區(qū)能源優(yōu)化管理水平，促進(jìn)智能園區(qū)的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。
【附圖說明】
[0028] 圖1是智能園區(qū)多級能耗傳遞模型結(jié)構(gòu)；
[0029] 圖2是風(fēng)電機(jī)組的理想功率特性曲線；
[0030] 圖3是太陽能電池的輸出特性曲線；
[0031] 圖4是工業(yè)用戶的能量流網(wǎng)絡(luò)簡圖；
[0032] 圖5是公共機(jī)構(gòu)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)能量流網(wǎng)絡(luò)簡圖；
[0033] 圖6是大型數(shù)據(jù)中心能量流網(wǎng)絡(luò)簡圖；
[0034] 圖7是供熱系統(tǒng)能源消耗流向圖；
[0035] 圖8是供熱水系統(tǒng)能源消耗流向圖；
[0036] 圖9是供蒸汽系統(tǒng)能源消耗流向圖；
[0037] 圖10是Z園區(qū)多級能耗傳遞模型
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的一種智能園區(qū)多級能耗傳遞模型做出詳細(xì)說 明。
[0039] 本發(fā)明的一種智能園區(qū)多級能耗傳遞模型，用以指導(dǎo)智能園區(qū)能源利用效率提 升，包括園區(qū)能量輸入和園區(qū)能量利用兩部分，其中園區(qū)能源利用又可分為園區(qū)能量消耗 和園區(qū)能量損耗。
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明的一種智能園區(qū)多級能耗傳遞模型，包括，能量輸入、能量損 耗和能量消耗三部分，所述的能量輸入是向智能園區(qū)輸入的多種類型的能源EI;所述的能 量損耗是輸入的能源在梯級利用時的損耗Ey所述的能量消耗是輸入的能源在智能園區(qū)中 各終端用戶的能量流動E。，其中：
[0041] Ej=Ec+El (1)
[0042] 智能園區(qū)能量輸入是指園區(qū)的能量來源，傳統(tǒng)園區(qū)的能量來源主要有電網(wǎng)供電和 化石燃料，而智能園區(qū)引入了分布式電源，因此所述的能量輸入包括有電網(wǎng)供電、分布式電 源、化石燃料和水，表示為：
[0043] Ej=Ep+ED+EF+Eff (2)
[0044] 式（2)中，EP表不電網(wǎng)輸入，￡!)表不分布式電源輸入，￡[?表不化石燃料能源輸入，Ew 表示水能源輸入。
[0045] 所述的分布式電源包括有風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電。
[0046] 智能園區(qū)的能量來源包括電網(wǎng)供電、分布式能源、化石燃料、水等多元能源，其中， 電網(wǎng)供電是指由電網(wǎng)公司提供的能量；化石燃料包括煤炭、石油、天然氣等能源；分布式電 源是清潔可再生能源，包括太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能等能源。智能園區(qū)設(shè)置分布式電源接入 系統(tǒng)，最大限度的接納太陽能、風(fēng)能等清潔可再生能源。分布式電源在智能園區(qū)能量來源中 占據(jù)的比重呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢。分布式電源有不同的類型，包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃 料電池發(fā)電等。目前智能園區(qū)采用較多的分布式電源技術(shù)類型為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和光伏發(fā)電 技術(shù)。
[0047] 1)風(fēng)力發(fā)電
[0048] 風(fēng)力機(jī)組輸出功率的大小受風(fēng)速、葉片長度、葉片受風(fēng)面積等因素的影響。當(dāng)風(fēng)速 在額定值以下時可以通過控制葉片的槳距角來提高機(jī)組所捕獲的風(fēng)能，提高機(jī)組的輸出功 率；當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，可以利用葉片的失速特性或槳距角調(diào)節(jié)來控制捕獲的風(fēng)能，使 功率輸出保持額定值的范圍內(nèi)，不超過機(jī)組的容量限制。
[0049] 風(fēng)電機(jī)組是否處于發(fā)電狀態(tài)以及輸出功率的大小，取決于風(fēng)速的狀況。標(biāo)準(zhǔn)空氣 密度條件下，風(fēng)電機(jī)組的輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系曲線稱之為標(biāo)準(zhǔn)功率特性曲線。該曲線關(guān) 系是基于大量實(shí)測數(shù)據(jù)的一種平均近似，可以由廠家提供。事實(shí)上，受控制系統(tǒng)的延時、風(fēng) 速、風(fēng)向的頻繁波動及其它動態(tài)過程的影響，風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系不一 定與該曲線完全吻合，風(fēng)電機(jī)組真實(shí)的風(fēng)速-功率關(guān)系應(yīng)通過對聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組相關(guān)運(yùn)行 數(shù)據(jù)的分析來獲得。因此，在實(shí)際安裝地點(diǎn)還需對功率特性曲線進(jìn)行修正，以得到實(shí)際功率 特性曲線。圖2是某機(jī)型風(fēng)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)功率特性曲線。
[0050] 風(fēng)電機(jī)組的功率特性也可由式（3)表示：
[0052] 式⑶中，p是風(fēng)電機(jī)組輸出功率，V。^風(fēng)電機(jī)組切入風(fēng)速，V。。是切出風(fēng)速，V# 額定風(fēng)速。f(V)是風(fēng)速在UPVt之間時，風(fēng)電機(jī)組輸出功率與風(fēng)速之間的函數(shù)關(guān)系。
[0053] 在理想情況下，風(fēng)電機(jī)組的功率特性包括以下運(yùn)行狀態(tài)：
[0054] (1)當(dāng)V〈V。^，風(fēng)速小于切入風(fēng)速，風(fēng)輪處于靜止?fàn)顟B(tài)，機(jī)組的輸出功率為0。
[0055] (2)當(dāng)KV<Vt時，風(fēng)速處于切入風(fēng)速和額定風(fēng)速之間，機(jī)組運(yùn)行在部分負(fù)荷 狀態(tài)。理想情況下，機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)功率的最大轉(zhuǎn)換。
[0056] (3)當(dāng)Vt<V<V。。時，風(fēng)速處于額定風(fēng)速與切出風(fēng)速之間，考慮到風(fēng)電機(jī)組容量 的限制，機(jī)組運(yùn)行在額定負(fù)荷狀態(tài)。
[0057] (4)當(dāng)V彡 '。時，風(fēng)速超過切出風(fēng)速值，出于保護(hù)機(jī)組的目的，將使整個機(jī)組停止 運(yùn)行。
[0058] 風(fēng)速在切入風(fēng)速到額定風(fēng)速之間時，風(fēng)機(jī)的功率特性可以表示為一次函數(shù)、二次 函數(shù)和三次函數(shù)，分別對應(yīng)公式（4)、公式（5)和公式（6)。其中，Pt為風(fēng)電場裝機(jī)容量，A、 B、C為風(fēng)機(jī)功率特性曲線參數(shù)，不同型號風(fēng)機(jī)此參數(shù)稍有不同，近似計(jì)算時可認(rèn)為C為零， 即認(rèn)為風(fēng)速和出力呈線性關(guān)系。
[0059] f(V) =Pt(V-Vct)/(Vt-Vct) (4)
[0060] f(V) =A+BV+C2V2 (5)
[0061 ] f(V) =Pt (V3-Vct3) / (Vt3-Vct3) (6)
[0062] 2)光伏發(fā)電
[0063] 影響太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)出力的因素很多，太陽輻照強(qiáng)度是影響光伏系統(tǒng)出力的 最主要因素，太陽能光伏發(fā)電裝置的實(shí)際輸出功率隨太陽輻照強(qiáng)度的變化而變化，太陽輻 照強(qiáng)度的變化存在較大的隨機(jī)性，它不僅受季節(jié)與地理位置的影響，而且與觀測時刻的大 氣狀況、太陽時角、觀測日期、觀測時間及云量等因素密切相關(guān)。
[0064] 光伏電池組件