本發(fā)明涉及能源互聯(lián)網(wǎng)和綜合能源系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種能源互聯(lián)網(wǎng)中電網(wǎng)聯(lián)合熱力網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真模型及裝置。

背景技術(shù)：

風(fēng)能、太陽能是分布廣泛、用之不竭的能源，我國風(fēng)能資源豐富，且盛行季風(fēng)。當(dāng)今我國風(fēng)電大多還是用于并網(wǎng)，但是這樣會(huì)造成電網(wǎng)電能質(zhì)量的下降，對(duì)用戶用電提出了較大的挑戰(zhàn)。我國現(xiàn)在大多數(shù)地區(qū)仍是采用化石能源取暖，化石能源是一次能源，不可再生，用完以后還會(huì)向空氣中排放溫室氣體，污染環(huán)境，并且電能不易儲(chǔ)存，這就導(dǎo)致風(fēng)能利用率非常低。

當(dāng)用戶住處比較偏僻，不易利用電網(wǎng)供電時(shí)，可以利用風(fēng)力發(fā)電來滿足用戶的需求，但是風(fēng)電具有波動(dòng)性，不能穩(wěn)定的為用戶供能。并且在北方冬季寒冷，供暖也成為一種日常需要。因此如何在孤島運(yùn)行狀態(tài)下有效的利用風(fēng)能來供暖供電，并且如何減小用電與供暖時(shí)的波動(dòng)，如何實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與熱力網(wǎng)的連接都是亟待解決的問題。

在進(jìn)行熱力網(wǎng)和電網(wǎng)聯(lián)合實(shí)時(shí)仿真時(shí)，由于熱力網(wǎng)是慢動(dòng)態(tài)，而電力網(wǎng)是快動(dòng)態(tài)，很難確定合適的步長(zhǎng)；同時(shí)，熱力和電力分屬不同學(xué)科，目前沒有一種有效工具可以完成熱力網(wǎng)和電網(wǎng)的聯(lián)合實(shí)時(shí)仿真。為此，本發(fā)明提出了能源互聯(lián)網(wǎng)中電網(wǎng)聯(lián)合熱力網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真模型及裝置。

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)中電網(wǎng)聯(lián)合熱力網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真模型及裝置，解決了由于熱力網(wǎng)是慢動(dòng)態(tài)，而電力網(wǎng)是快動(dòng)態(tài)，很難確定合適的步長(zhǎng)；同時(shí)，熱力和電力分屬不同學(xué)科，目前沒有一種有效工具可以完成熱力網(wǎng)和電網(wǎng)的聯(lián)合實(shí)時(shí)仿真的問題。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種能源互聯(lián)網(wǎng)中電網(wǎng)聯(lián)合熱力網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真模型及裝置，包括固定板和箱本體，所述固定板底部的兩側(cè)均固定連接有支撐腿，并且固定板的頂部固定連接有上位機(jī)，所述上位機(jī)的頂部固定連接有顯示器，并且上位機(jī)基于simulink圖形化環(huán)境建立熱網(wǎng)和電網(wǎng)耦合仿真模型。

所述箱本體的底部固定連接有箱體底座，并且箱本體的頂部固定連接有頂板，所述箱本體內(nèi)壁的兩側(cè)之間從下至上依次固定連接有連接控制器、第一目標(biāo)機(jī)和第二目標(biāo)機(jī)，并且上位機(jī)通過信號(hào)連接線經(jīng)以太網(wǎng)與連接控制器固定連接，所述連接控制器分別通過信號(hào)連接線與第一目標(biāo)機(jī)和第二目標(biāo)機(jī)固定連接。

所述第一目標(biāo)機(jī)和第二目標(biāo)機(jī)為實(shí)時(shí)仿真裝置運(yùn)行數(shù)字模型，并且第一目標(biāo)機(jī)和第二目標(biāo)機(jī)交接處設(shè)置有用戶，所述第二目標(biāo)機(jī)包括補(bǔ)給水泵，并且補(bǔ)給水泵通過連接管與回水管連通，所述連接管的一端從右至左依次連通有除污器和循環(huán)水泵，并且連接管的內(nèi)部分別設(shè)置有溫度互感器和閥門，所述溫度互感器的一側(cè)與溫度控制開關(guān)連接，并且連接管的一端與用戶連接，所述連接管上且位于閥門與用戶之間設(shè)置有換熱器,所述溫度互感器和閥門之間設(shè)置有儲(chǔ)熱水罐。

優(yōu)選的，所述熱力網(wǎng)模型為模塊化結(jié)構(gòu)，熱力管網(wǎng)參數(shù)可以自行定義，通過熱力-電力耦合元件使電網(wǎng)和熱力網(wǎng)組成聯(lián)合系統(tǒng)模型。

優(yōu)選的，所述通過電加熱器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與熱力網(wǎng)的耦合，電網(wǎng)通過為電加熱器輸入功率繼而為熱網(wǎng)供熱。

優(yōu)選的，所述仿真裝置使用兩臺(tái)基于xPCtarget技術(shù)的工控機(jī)，一臺(tái)運(yùn)行熱網(wǎng)Simulink模型且使用大步長(zhǎng)仿真，另一臺(tái)運(yùn)行電網(wǎng)Simulink模型且使用較小步長(zhǎng)仿真，兩臺(tái)仿真機(jī)通過以太網(wǎng)交換機(jī)交換實(shí)時(shí)仿真變量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明構(gòu)建了綜合能源系統(tǒng)中熱力網(wǎng)和電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行與控制的實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。電網(wǎng)與熱網(wǎng)模型在上位機(jī)中運(yùn)用simulink進(jìn)行建模，編譯下載到兩臺(tái)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行，上位機(jī)通過以太網(wǎng)交換機(jī)分別與兩臺(tái)不同步長(zhǎng)目標(biāo)機(jī)連接，兩臺(tái)目標(biāo)機(jī)(仿真機(jī))交換實(shí)時(shí)仿真變量進(jìn)而模擬出電網(wǎng)與熱網(wǎng)的耦合作用。本發(fā)明具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、實(shí)用性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。此外，本發(fā)明通過第一目標(biāo)機(jī)和第二目標(biāo)機(jī)模擬電力網(wǎng)與熱力網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了熱網(wǎng)與電網(wǎng)耦合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真。

附圖說明

圖1為本發(fā)明控制結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明熱力網(wǎng)simulink仿真圖。

附圖標(biāo)記說明：1-固定板、2-箱本體、3-支撐腿、4-上位機(jī)、5-顯示器、6-箱體底座、7-頂板、8-連接控制器、9-第一目標(biāo)機(jī)、10-第二目標(biāo)機(jī)、101-補(bǔ)給水泵、102-除污器、103-循環(huán)水泵、104-溫度互感器、105-閥門、106-溫度控制開關(guān)、107-換熱器、108-儲(chǔ)熱水罐、11-信號(hào)連接線、12-以太網(wǎng)。

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)說明。

參見圖1～4，本發(fā)明提供的能源互聯(lián)網(wǎng)中電網(wǎng)聯(lián)合熱力網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真模型及裝置，包括固定板1和箱本體2，固定板1底部的兩側(cè)均固定連接有支撐腿3，并且固定板1的頂部固定連接有上位機(jī)4，上位機(jī)4的頂部固定連接有顯示器5，并且上位機(jī)4基于simulink圖形化環(huán)境建立熱網(wǎng)和電網(wǎng)耦合仿真模型。

箱本體2的底部固定連接有箱體底座6，并且箱本體2的頂部固定連接有頂板7，箱本體2內(nèi)壁的兩側(cè)之間從下至上依次固定連接有連接控制器8、第一目標(biāo)機(jī)9和第二目標(biāo)機(jī)10，并且上位機(jī)4通過信號(hào)連接線11經(jīng)以太網(wǎng)12與連接控制器8固定連接，連接控制器8分別通過信號(hào)連接線11與第一目標(biāo)機(jī)9和第二目標(biāo)機(jī)10固定連接。

第一目標(biāo)機(jī)9和第二目標(biāo)機(jī)10為實(shí)時(shí)仿真裝置運(yùn)行數(shù)字模型，并且第一目標(biāo)機(jī)9和第二目標(biāo)機(jī)10交接處設(shè)置有用戶，第二目標(biāo)機(jī)10包括補(bǔ)給水泵101，并且補(bǔ)給水泵101通過連接管與回水管連通，連接管的一端從右至左依次連通有除污器102和循環(huán)水泵103，并且連接管的內(nèi)部分別設(shè)置有溫度互感器104和閥門105，溫度互感器104的一側(cè)與溫度控制開關(guān)106連接，并且連接管的一端與用戶連接，連接管上且位于閥門105與用戶之間設(shè)置有換熱器107，溫度互感器104和閥門105之間設(shè)置有儲(chǔ)熱水罐108。

本發(fā)明中，熱力網(wǎng)模型為模塊化結(jié)構(gòu)，熱力管網(wǎng)參數(shù)可以自行定義，通過熱力-電力耦合元件使電網(wǎng)和熱力網(wǎng)組成聯(lián)合系統(tǒng)模型。

本發(fā)明中，通過電加熱器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與熱力網(wǎng)的耦合，電網(wǎng)通過為電加熱器輸入功率繼而為熱網(wǎng)供熱。

本發(fā)明中，仿真裝置使用兩臺(tái)基于xPCtarget技術(shù)的工控機(jī)，一臺(tái)運(yùn)行熱網(wǎng)Simulink模型且使用大步長(zhǎng)仿真，另一臺(tái)運(yùn)行電網(wǎng)Simulink模型且使用較小步長(zhǎng)仿真，兩臺(tái)仿真機(jī)通過以太網(wǎng)交換機(jī)交換實(shí)時(shí)仿真變量。

本發(fā)明的具體方案：根據(jù)熱力學(xué)方程和水力學(xué)方程，在上位機(jī)4上，基于MATLAB/simulink建立熱力管網(wǎng)的圖形化模型，編譯下載到第一目標(biāo)機(jī)9，采用xPCtarget技術(shù)第一目標(biāo)機(jī)9實(shí)時(shí)模擬熱力網(wǎng)；在上位機(jī)4上，基于MATLAB/simulink建立電力系統(tǒng)的圖形化模型，編譯下載到第二目標(biāo)機(jī)10，采用xPCtarget技術(shù)第二目標(biāo)機(jī)10實(shí)時(shí)模擬電力系統(tǒng)；由于熱力網(wǎng)動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)大，采用較大步長(zhǎng)運(yùn)行，電力網(wǎng)動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)小，采用較小步長(zhǎng)運(yùn)行。

熱力網(wǎng)主要包括電加熱器、管道、換熱器、地?zé)峁芫W(wǎng)散熱器、回水、儲(chǔ)熱罐等模塊，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的功率通過電加熱器為管道中的液體加熱，加熱后的液體通過管道流經(jīng)換熱器，換熱結(jié)束后通過地?zé)峁芫W(wǎng)的形式為用戶供熱，從用戶流出的液體最后經(jīng)過回水泵流回電加熱器，形成一個(gè)熱力循環(huán)網(wǎng)絡(luò)。另外儲(chǔ)熱罐也可以在風(fēng)力較小時(shí)代替電加熱器為用戶供暖；在電加熱器后設(shè)置溫控閥門，當(dāng)電加熱器出口溫度較小時(shí)，關(guān)閉閥門，由儲(chǔ)熱罐為用戶供熱；另外在儲(chǔ)熱罐之前設(shè)置溫控開關(guān)，當(dāng)儲(chǔ)熱罐內(nèi)液體溫度達(dá)到上限后，控制開關(guān)關(guān)斷，停止功率輸入；本發(fā)明中電加熱器作為耦合元件將電網(wǎng)與熱力網(wǎng)耦合起來，電網(wǎng)將功率輸入電加熱器，然后電加熱器將管道內(nèi)的液體加熱從而為用戶供熱；建立起電網(wǎng)與熱力網(wǎng)的耦合系統(tǒng)；最后再通過實(shí)時(shí)仿真器運(yùn)行監(jiān)測(cè)風(fēng)速變化時(shí)熱力網(wǎng)與電網(wǎng)參數(shù)的變化。

綜上所述，該能源互聯(lián)網(wǎng)中電網(wǎng)聯(lián)合熱力網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真模型及裝置，通過在固定板1的頂部固定連接有的上位機(jī)4，上位機(jī)4的頂部固定連接有的顯示器5，上位機(jī)4通過信號(hào)連接線11經(jīng)以太網(wǎng)12與連接控制器8連接，以及連接控制器8通過信號(hào)連接線11分別與第一目標(biāo)機(jī)9和第二目標(biāo)機(jī)10連接，構(gòu)建了綜合能源系統(tǒng)中熱力網(wǎng)和電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行與控制的實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。電網(wǎng)與熱網(wǎng)模型在上位機(jī)4中運(yùn)用simulink進(jìn)行建模，編譯下載到兩臺(tái)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行，上位機(jī)4通過以太網(wǎng)交換機(jī)分別與兩臺(tái)不同步長(zhǎng)目標(biāo)機(jī)連接，兩臺(tái)目標(biāo)機(jī)(仿真機(jī))交換實(shí)時(shí)仿真變量進(jìn)而模擬出電網(wǎng)與熱網(wǎng)的耦合作用。與現(xiàn)有能源互聯(lián)網(wǎng)仿真技術(shù)相比，本發(fā)明通過第一目標(biāo)機(jī)9和第二目標(biāo)機(jī)10模擬電力網(wǎng)與熱力網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了熱網(wǎng)與電網(wǎng)耦合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真。