多能源耦合控制系统CS-TECH知识概述

一、系统定义与架构

多能源耦合控制系统CS-TECH是一种集成冷、热、电、气等多种能源系统的综合控制平台，通过能源转换设备实现不同能源形式的协同互补。其核心架构包含能源转换层、控制管理层与调度优化层，其中能源转换层涵盖气-电转换（如微燃机）、光-电转换（分布式光伏）、电-热转换（空气源热泵）等设备，控制管理层采用分布式控制系统（DCS）与可编程逻辑控制器（PLC）实现设备级协同，调度优化层则基于多变量解耦控制算法实现能源供需动态平衡。

二、关键技术实现

能源转换设备建模
- 气-电转换：微燃机采用s级时间尺度可调型调度，负荷响应特性为同步电机型，输出功率与进气量呈线性关系（P_GT=α+βD_ST）。
- 光-电转换：分布式光伏受太阳辐照强度（G_AC）与环境温度（T_ref）影响，输出功率模型为P_PV=P_STC×(G_AC/G_STC)×[1+K×(T_C-T_ref)]。
- 电-热转换：空气源热泵通过电能枢纽实现分钟级大时间尺度调度，典型锅炉型负荷响应特性支持供热需求匹配。
惯量延时特性分析
系统通过数学建模量化各设备动态响应差异：微燃机惯量延时较大（响应时间常数约10-20s），分布式光伏惯量延时较小（ms级），分布式风机输出功率与实际风速呈分段线性关系。基于这些特性，系统采用自适应惯量补偿算法，实现不同响应时间尺度下的能源转换设备协同控制。
多能联储复合控制
储能蓄电池作为关键调节单元，通过电力电子设备实现电-气、电-热转换的双向调节。例如，在供冷季利用螺杆机、地源热泵、冰蓄冷供冷设备耦合运行，夜间蓄冷可降低螺杆机组最大负荷；供热季则通过燃气锅炉与余热锅炉协同供热，地源热泵作为可再生能源全天运行。

三、控制策略与优化算法

分层控制策略
- 设备层：基于模型预测控制（MPC）实现单设备优化调度，如燃气锅炉采用负荷-供水温度动态调节算法，当第一系统供水温度低于目标范围时，自动增加运行台数。
- 系统层：通过多目标优化算法（如混合整数线性规划）协调多设备运行，例如在供冷季优先调度螺杆机与溴冷机，冬季则强化地源热泵与燃气锅炉耦合。
优化算法应用
萤火虫优化算法（FA）被用于求解多能源系统运行优化问题，初始设置种群规模50、最大迭代次数200。典型日优化结果显示，夏季典型日总能源费用从4.81×10⁴元降至4.48×10⁴元，冬季则从6.29×10⁴元降至6.03×10⁴元。

四、典型应用场景

工业园区综合能源系统
某工业园区案例中，系统通过天然气内燃机（1250kW）与光伏发电（1200kW）耦合，实现电力自给率70%以上。冬季供热季采用燃气锅炉与余热锅炉协同，天然气费用降低至3.85×10⁴元/日。
电动汽车V2G应用
系统集成电动汽车充电负荷模型，基于分时电价机制实现需求侧管理。例如，在谷电时段（23:00-7:00）优先调度储能蓄电池充电，峰电时段（19:00-20:00）通过V2G技术向电网售电，售电收益达-112.1万元/年（负值表示收益）。
供暖设备控制
在燃气锅炉-热泵耦合系统中，通过除霜运行模式优化实现供水温度稳定。当热泵进入除霜模式时，系统自动计算辅助热源负荷增量，使供水温度波动幅度从±5℃降至±2℃。