太阳能—燃气热泵与热网互补供热系统的调控研究

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随着生产发展、生活水平提高,能量消耗迅速增长,高效、合理的利用多种能源联合供热已经是当今社会迫切需要解决的热点问题。目前,天然气是世界上众多能源中较为清洁的一种能源,由于其储量丰富,天然气的开发与利用越来越得到世界各国的高度重视。而太阳能作为一种洁净能源,不仅是一次能源,同时也是可再生能源,太阳能资源丰富,对环境污染很小。因此本文选取太阳能-燃气热泵与热网互补供热系统作为对象,进行多热源联合供热系统的调控研究。本文首先制定互补供热系统在整个供暖季的控制模式。之后通过利用TRNSYS及MATLAB仿真模拟软件,对太阳能-燃气热泵与热网互补供热系统以及改进PSO-PID算法后的控制系统进行了仿真模拟。研究改进PSO-PID算法后控制器在互补供热系统中的性能优势,以及在互补供热系统中加入改进控制器后系统的性能优势。由模拟所得出的结果可知,改进后的PSO-PID算法在快速搜寻最佳位置与避免无法摆脱局部最佳位置两方面效果更好。且通过利用改进后的粒子群算法可更快的搜索到控制系统中最合理的控制参数,由此可证明PSO-PID算法能够明显的提升控制效果。主要表现在以下三个方面:增强了抗干扰性,在热源经历短暂的小波动之后,可以使其迅速回到稳定状态,体现了其自适应性、鲁棒性较强和收敛速度较快的特点;提升了阶跃响应性能指标,阶跃控制虽然也产生了超调量,但其值较小且在合理范围内,与此同时还缩短了调节时间与上升时间,加快了响应速度;增强了解耦性,改进后的控制器可以较好的应对互补供热系统产生的水力耦合现象,避免了整个互补供热系统由于耦合现象产生振荡甚至于产生发散的情况。由模拟结果还可知,加入改进控制器后互补供热系统的性能得到了明显的提升。首先,加入改进控制器后互补供热系统的逐时供热量与用户的逐时热负荷更加接近,减弱了滞后性,进而使得用户的室温更加稳定舒适。而互补供热系统运行过程中的各项参数,如蒸发器的过热度等都得到了较好的控制,其中过热度的最大超调量仅为0.4°C,低于传统控制器控制下的0.9°C,调节时间也从70s左右减少至50s左右,进而使得互补供热系统在整个供暖季都保持高效、稳定的运行。其次,由于电子膨胀阀、水泵变频器等的性能均得到了提升,进而使得太阳能-燃气热泵系统中蒸发器制冷剂的流量能够随着燃气机转速的改变进行更加合理的调节。而蒸发器的进出口水温为影响热泵机组性能的一个重要因素,使得热泵机组的性能系数COP与一次能源利用率均得到提升,其中COP值从3.94上升到4.87,PER值从1.62上升到2.25。最后系统各组成部分的效率也都有所提高,且能够根据用户热负荷的不断变化更加合理、及时的调节系统供热量。使得系统的能耗也有所降低,其在整个供暖季所消耗的标煤量仅为采用传统控制器的互补供热系统的93%,达到了良好的节能效果。由此可得出结论,PSO-PID控制器在改进算法后其性能得到了显著的提升。将改进算法后的PSO-PID控制器应用于太阳能-燃气热泵与热网互补供热系统之中可以更好的提升其性能。同时互补供热系统在采用改进控制器后其在整个供暖季均可以更加高效、稳定的运行。
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