终端综合能源系统建模、仿真与能量管理

摘要

终端综合能源系统涉及多种供能单元以及能源形式特性各异的多种用能单元。针对终端综合能源系统开展能量控制与管理对于缓解能源供需矛盾，提高能源使用效率具有重要意义。本文工作实现对其“源”侧和“荷”侧的建模仿真，并对终端综合能源系统内部的组成结构，能源供应，用能预测，热量交互以及控制方式展开协调优化及能量管理研究，实现从“源”侧到“荷”侧一体化优化、调度、控制，充分发挥多种能源的互补替代特性。本文的主要工作如下： (1) 针对目前终端综合能源系统微型燃气轮机环节，在仿真预测中难以有效地反映天然气和电力系统动态影响的缺点，本文提出了一种基于子空间辨识方法的微型燃气轮机型供能系统的通用建模方法，实现对其电功率输出和出口烟气温度的动态模拟，为终端综合能源系统建模奠定了基础。 (2) 为充分利用建筑的蓄热特性所带来的灵活性，本文提出了一种考虑楼宇热动态特性的预测模型。进一步，利用模型预测控制方法并充分考虑运行时的不确定性因素，通过结合模型预测和短期控制来最小化智能楼宇的总能耗，同时保证用户的温度舒适度水平，为终端综合能源系统的优化控制提供了简便的决策方案。 (3) 基于上述预测模型，本文提出了一种分层优化能量管理策略。在用户端，将每个滚动预测时域的预测结果上传到主控端。在主控端，在每个控制时域内进行滚动优化，获得城市综合体各个组件的最优控制列表，实现对终端综合能源系统供能、用能环节的有效管理。

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摘 要

ABSTRACT

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 微型燃气轮机建模及仿真

1.2.2 智能楼宇能耗分析及能量管理

1.2.3 城市综合体能量管理

1.3 本文的主要工作

第2章 微型燃气轮机型供能系统的建模与辨识

2.1 系统结构

2.2 建模方法

2.3 模型辨识

2.3.1 实验设计与数据预处理

2.3.2 基于子空间算法的供能系统辨识

2.3.3 模型验证

2.4 算例分析

2.4.1 数值仿真验证

2.4.2 实证分析

2.5 本章小结

第3章 基于模型预测控制的智能楼宇能量管理

3.1 单体智能楼宇系统结构

3.2 单体智能楼宇预测模型

3.2.1 热动态预测模型

3.2.2 负荷预测模型

3.2.3 屋顶光伏预测模型

3.2.4 模型输出

3.3 基于模型预测控制的单体智能楼宇能量管理

3.3.1 单体智能楼宇能量管理传统模式

3.3.2 基于模型预测控制的单体智能楼宇能量管理模式

3.4 算例分析

3.4.1 算例介绍

3.4.2 单体智能楼宇能量管理传统模式

3.4.3 基于模型预测控制的单体智能楼宇能量管理模式

3.4.4 结果对比

3.5 本章小结

第4章 城市综合体的能量管理

4.1 城市综合体结构

4.1.1 能量管理系统

4.1.2 核心组件

4.1.3 模型输出

4.2 城市综合体分层优化能量管理策略

4.2.1 传统能量管理策略

4.2.2 分层优化能量管理策略

4.3 算例分析

4.3.1 算例介绍

4.3.2 传统能量管理策略

4.3.3 分层优化能量管理策略

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢