冷热电三联供系统的负荷输出端扰动抑制方法

张蒙

摘要：传统的扰动抑制方法在设置的补偿结构时存在数据偏离的问题，导致抑制负荷输出端扰动的效果较差，为此提出对冷热电三联供系统的负荷输出端扰动抑制方法。该方法利用运动象函数确定扰动数据，根据耦合分析理论建立耦合坐标系，分析负荷输出端扰动频率特性;使用传递函数优化冷热电三联供系统的灵敏度，完善系统的分析反馈能力;通过了解冷热电负荷的不确定性，计算负荷在输出端口的表现形式，以此设置补偿结构，实现对输出端的扰动抑制。实验结果表明：与传统抑制方法相比，在所研究方法的抑制下，负荷输出端的扰动占比降低了46.83%，对扰动的抑制效果更佳。由此可见，所研究的输出端扰动抑制方法，更适用于冷热电三联供系统的工作要求。

Abstract： The traditional disturbance rejection method has the problem of data deviation when setting the compensation structure， which leads to the poor effect of load output disturbance rejection. Therefore， the load output disturbance rejection method for CCHP system is proposed. This method uses the motion image function to determine the disturbance data， establishes the coupling coordinate system according to the coupling analysis theory， and analyzes the frequency characteristics of the disturbance at the output end of the load; uses the transfer function to optimize the sensitivity of the CCHP system and improve the analysis feedback ability of the system; through understanding the uncertainty of the CCHP load， calculates the manifestation of the load at the output port， and sets the compensation accordingly Structure， to achieve the output of disturbance suppression. The experimental results show that： compared with the traditional method， the load output disturbance ratio is reduced by 46.83%， and the effect of disturbance suppression is better. It can be seen that the output disturbance rejection method is more suitable for the requirements of the CCHP system.

關键词：冷热电三联供系统;负荷输出端;扰动数据;补偿抑制

Key words： combined cooling heating and power;load output end;disturbed data;compensation inhibition

中图分类号：TP273                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）12-0225-05

0  引言

在城市中对于能源的供应均采用冷热电三联供系统。该系统控制将天然气作为主要燃料的燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，并将产生的电力，供应给使用用户，而系统发电后排出的余热，通过余热回收利用设备，向用户供热、供冷，形成一套完整的冷热电供应体系，但在实际的使用过程中，冷热电三联供系统的负荷输出端存在数据扰动，为此相关学者在负荷输出与扰动抑制方面设计出补偿结构，实现对电荷输出端的扰动抑制。文献[1]针对系统频率波动幅度大的问题，提出基于云神经网络系统的电负荷频率控制方法，分析并建立电力系统负荷频率控制模型，减小过重负荷引起的扰动。文献[2]探讨出一种抑扰控制方法，其建立了Z轴升降系统的动力学模型，并构建出一个交流伺服驱动的全闭环机电位置伺服系统，进一步提高系统的抗扰能力。

但由于大多研究忽略了系统自身灵敏度、以及扰动频率特性这两个关键要素，导致设计的补偿结构偏离实际，难以与干扰数据之间呈现具有关联性的对应关系，致使该方法在实际抑制中的效果并不理想，难以满足该系统的正常运行管理要求。

因此针对这一问题，提出冷热电三联供系统在负荷输出端的新式扰动抑制方法。该方法缓解了传统方法补偿结构偏离实际扰动的问题，为冷热电三联供系统提供技术保障，也为其他系统在负荷输出端的扰动提供抑制方法的研究思路。

1  冷热电三联供系统的负荷输出端扰动抑制方法

1.1 耦合分析负荷输出端扰动频率特性

当前的冷热电三联供系统，由于负荷输出端存在扰动问题，导致该系统在执行冷热电负荷的输出上出现波动，因此依据耦合分析方法，研究负荷输出端的扰动频率特性。根据耦合分析函数特点建立耦合坐标系，通过系统运动象函数得出扰动数据的特性分析函数：

上述公式中：M表示负荷输出端口的输出数据总量;X表示耦合坐标系中的水平横轴坐标;Y表示耦合坐标系中的水平纵轴坐标;Z表示该坐标系的垂直方向坐标;αM表示输出端口在一定时间内，数据通过的角速度;εXM、εYM、εZM表示在不同坐标上，经由输出端口输出的输出负荷耦合系数;k表示对这些数据的耦合约束条件;εXk、εYk、εZk表示被约束的负荷输出值[3]。建立的耦合坐标系如图1所示。

根据图1建立的坐标系，得出公式（1）的计算结果，同理根据上述计算过程，建立不同角速度下的输出端负荷输出值，默认所有负荷输出值为εi，得出输出端扰动频率特征系数：

公式中：εi表示频率特征系数;εmax表示负荷在输出端的最大输出值;p表示一个描述常量;t表示平缓常量。通过上述分析，得出负荷输出端扰动频率特征系数，根据该系数判断扰动频率特性，选择对应参量[4-5]。

1.2 优化冷热电三联供系统灵敏度

为了降低干扰频率，在完成上述分析后，优化冷热电三联供系统的灵敏性分析反馈功能。优化后的分析反馈运行方式，如图2所示。

根据图3可知，当补偿曲线与扰动曲线满足上述的对应关系，根据每一数据的变化量大小，设置对应节点，使补偿曲线与扰动曲线一一对应，生成可以弥补扰动的补偿数据，以此提升对扰动的抑制效果，至此实现冷热电三联供系统，负荷输出端扰动的抑制方法[10]。

2  实验分析

提出仿真实验，对比所提出的输出端扰动抑制方法，与文献[1]，文献[2]扰动抑制方法的区别，分析导致这一区别的根本原因，得出所提出方法优越于文献[1]，文献[2]扰动抑制方法的创新之处。

2.1 实验准备

由于冷热电负荷之间的动态耦合关系，会对冷热电三联供系统的端口输出造成影响，因此在实验开始之前，要正确计算出該系统的冷热电负荷数值。此次实验选取某一能源控制中心作为实验对象，利用DeST模拟计算该建筑物的冷热负荷。该控制中心由于地处北方，在冬季时所需的热负荷多，在夏季时所需要的冷负荷多，由于过渡季节所需的冷热负荷较少，因此对4月1日-5月31日，以及10月份的冷热负荷忽略不计。为了便于分析统计，模拟所需的冷、热负荷时间为20小时，对于电负荷的需求则设置为全年24小时。实验模拟的大楼三维平面图，如图4所示。

已知该控制中心共10层，建筑面积达到28650m2，空调面积为25504m2。控制中心所处城市的冬季采暖时间为11月1日-3月31日;夏季制冷时间为6月1日-9月30日;其他时间为过渡期，使用产生的冷热负荷不计入此次实验。根据该城市的具体实况，统计该控制中心上一年的负荷实际数据，如表1所示。

将上一年度的冷热电负荷，作为此次实验数据，上传到实验用的计算机数据库中。所选取的两台计算机型号为ASUS-5300，该计算机的硬盘容量为256GB，运行内存为16GB，操作系统为Windows xp，满足此次实验规格。利用MATLAB软件模拟实验环境，同时模拟设置影响冷热电三联供系统的输出端扰动数据，模拟值如表2所示。

表2中为强度不同的扰动数据值，将数据值投入到实验中，模拟冷热电三联供系统，负荷输出端的扰动状态，设置理想状态下的扰动占比为40%。分别用三种抑制方法进行实验测试，根据得出的测试结果，分析三个个方法的优劣程度。

2.2 结果分析

此次实验结果取平均值，并以曲线图的形式呈现，如图5所示，其中图（a）是所研究方法下的测试结果，图（b）、图（c）分别是文献[1]方法和文献[2]方法下的对比测试结果。

分析上述两组实验测试结果可知，图（a）中的扰动曲线，在所提出方法的抑制下，在第0.5s左右，做出抑制反应，将四个类型不同的扰动曲线，有效抑制在安全标准线以下，使该输出端受到的扰动强度变低。经计算可知，该方法抑制下的输出端平均扰动占比为38.3%，低于理想标准值1.7%。而图（b）中的扰动曲线，虽然在文献[1]方法的抑制下，在第5s作出抑制反应，但根据曲线的走向可知，该方法并没有将扰动抑制在合理范围内，只对扰动数值较小的曲线，起到了微弱抑制效果，计算可知该方法抑制下的平均扰动占比为85.13%，远高于理想标准值，超出结果为45.13%。而图（c）的测试结果在文献[2]方法的抑制下，在第0.8秒开始扰动，依旧只扰动较小数值曲线，扰动结果不明显。

综合上述分析，所提出的抑制方法下的输出端扰动占比，比文献[1]方法下的测试结果低了46.83%，比文献[2]方法下的测试结果低了43.60%可见所提出方法对扰动的抑制效果能力更强，符合研究要求。

3  结束语

此次研究参考传统抑制方法中存在的问题，提出通过耦合分析方法，设置冷热电三联供系统的灵敏度参数，设计补偿结构实现对负荷输出端扰动的抑制，缓解了传统系统抑制效果差这一问题。通过实验测试结果验证了所提出方法的抑制能力，该方法不仅仅可以抑制低频率的扰动，同时对高频率扰动也同样具有理想的抑制效果。但此次实验还存在一定局限性，没有考虑冷热电负荷用量较少时输出端的扰动问题，因此今后的实验还要详细分析这一方面的数据变化情况。

参考文献：

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