基于动态负荷预测的建筑冷热电联供系统动态特性研究

冷热电联供是近些年国内外蓬勃发展的一种能源供应形式。它可以利用低品位余热，实现能源梯级利用。因此，将其应用到建筑中去节能潜力巨大。然而由于缺乏对建筑物负荷的准确预测，致使设备选型不合理，系统长期处于较低部分负荷率下运行；此外对系统的动态变工况性能的研究很少，使得系统缺乏有效的动态控制，可靠性较差。围绕上述问题，该项目首先研究人员分布和流动以及外部气候参数动态变化对建筑物各区冷、热、电负荷的影响，建立综合考虑人员和气候随机因素的建筑物分区动态负荷预测模型；其次，建立基于最优化控制策略的建筑冷热电联供系统动态数学模型，确立高效数值算法；再次，研究建筑冷热电联供系统全年工况的控制算法以及系统内部各参量的动态变化特性；最后，通过构建实验平台，对模型进行验证。通过上述研究，形成一套包括建筑物动态负荷预测、系统动态控制和变工况优化运行在内的建筑冷热电联供系统分析设计理论，为相关研究提供指导和理论支撑。

冷热电联供技术在近些年得到了广泛的发展，但一些示范工程表明，实际应用中存在负荷率低下、系统适应性不强、综合效益不明显等问题。一个重要原因是系统实际运行不能与实际负荷需求形成有效的匹配。其涉及用户负荷预测、系统优化设计、变工况运行策略及性能评价等多方面，尤其有必要对系统变工况下运行特性进行研究以应对实际运行中复杂多变的负荷。为此，本项目主要做了以下几个方面工作。第一，基于人员流动和气候随机变化，建立了建筑分区动态负荷预测模型，通过动态负荷预测可以为系统变工况运行提供重要参考；第二，提出了一种基于最小距离的系统优化设计方法，研究表明基于这种方法优化的系统性能要优于其它常用方法；第三，研究了冷热电联供系统中典型部件的数学模型，为系统建模和变工况性能预测提供了理论依据；第四，对变工况下的系统动态特性进行了实验研究，并将实验结果与理论预测进行了对比；第五，研究了变工况下系统最优化运行策略和性能分布，为系统在实际变工况运行中提供理论依据，同时对全年下的系统变工况性能进行了分析；第六，研究了孤岛模式下的系统独立运行及能量输出特性，提出了三种调节能量输出的策略；第七，分别提出了基于模糊区间和层次分析法、基于聚类与判别分析的冷热电联供后评估模型及方法。