冷熱電三聯供系統的負荷輸出端擾動抑制方法

張蒙

摘要：傳統的擾動抑制方法在設置的補償結構時存在數據偏離的問題，導致抑制負荷輸出端擾動的效果較差，為此提出對冷熱電三聯供系統的負荷輸出端擾動抑制方法。該方法利用運動象函數確定擾動數據，根據耦合分析理論建立耦合坐標系，分析負荷輸出端擾動頻率特性;使用傳遞函數優化冷熱電三聯供系統的靈敏度，完善系統的分析反饋能力;通過了解冷熱電負荷的不確定性，計算負荷在輸出端口的表現形式，以此設置補償結構，實現對輸出端的擾動抑制。實驗結果表明：與傳統抑制方法相比，在所研究方法的抑制下，負荷輸出端的擾動占比降低了46.83%，對擾動的抑制效果更佳。由此可見，所研究的輸出端擾動抑制方法，更適用于冷熱電三聯供系統的工作要求。

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.

關鍵詞：冷熱電三聯供系統;負荷輸出端;擾動數據;補償抑制

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

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0225-05

0? 引言

在城市中對于能源的供應均采用冷熱電三聯供系統。該系統控制將天然氣作為主要燃料的燃氣輪機、微燃機或內燃機發電機等燃氣發電設備運行，并將產生的電力，供應給使用用戶，而系統發電后排出的余熱，通過余熱回收利用設備，向用戶供熱、供冷，形成一套完整的冷熱電供應體系，但在實際的使用過程中，冷熱電三聯供系統的負荷輸出端存在數據擾動，為此相關學者在負荷輸出與擾動抑制方面設計出補償結構，實現對電荷輸出端的擾動抑制。文獻[1]針對系統頻率波動幅度大的問題，提出基于云神經網絡系統的電負荷頻率控制方法，分析并建立電力系統負荷頻率控制模型，減小過重負荷引起的擾動。文獻[2]探討出一種抑擾控制方法，其建立了Z軸升降系統的動力學模型，并構建出一個交流伺服驅動的全閉環機電位置伺服系統，進一步提高系統的抗擾能力。

但由于大多研究忽略了系統自身靈敏度、以及擾動頻率特性這兩個關鍵要素，導致設計的補償結構偏離實際，難以與干擾數據之間呈現具有關聯性的對應關系，致使該方法在實際抑制中的效果并不理想，難以滿足該系統的正常運行管理要求。

因此針對這一問題，提出冷熱電三聯供系統在負荷輸出端的新式擾動抑制方法。該方法緩解了傳統方法補償結構偏離實際擾動的問題，為冷熱電三聯供系統提供技術保障，也為其他系統在負荷輸出端的擾動提供抑制方法的研究思路。

1? 冷熱電三聯供系統的負荷輸出端擾動抑制方法

1.1 耦合分析負荷輸出端擾動頻率特性

當前的冷熱電三聯供系統，由于負荷輸出端存在擾動問題，導致該系統在執行冷熱電負荷的輸出上出現波動，因此依據耦合分析方法，研究負荷輸出端的擾動頻率特性。根據耦合分析函數特點建立耦合坐標系，通過系統運動象函數得出擾動數據的特性分析函數：

上述公式中：M表示負荷輸出端口的輸出數據總量;X表示耦合坐標系中的水平橫軸坐標;Y表示耦合坐標系中的水平縱軸坐標;Z表示該坐標系的垂直方向坐標;αM表示輸出端口在一定時間內，數據通過的角速度;εXM、εYM、εZM表示在不同坐標上，經由輸出端口輸出的輸出負荷耦合系數;k表示對這些數據的耦合約束條件;εXk、εYk、εZk表示被約束的負荷輸出值[3]。建立的耦合坐標系如圖1所示。

根據圖1建立的坐標系，得出公式（1）的計算結果，同理根據上述計算過程，建立不同角速度下的輸出端負荷輸出值，默認所有負荷輸出值為εi，得出輸出端擾動頻率特征系數：

公式中：εi表示頻率特征系數;εmax表示負荷在輸出端的最大輸出值;p表示一個描述常量;t表示平緩常量。通過上述分析，得出負荷輸出端擾動頻率特征系數，根據該系數判斷擾動頻率特性，選擇對應參量[4-5]。

1.2 優化冷熱電三聯供系統靈敏度

為了降低干擾頻率，在完成上述分析后，優化冷熱電三聯供系統的靈敏性分析反饋功能。優化后的分析反饋運行方式，如圖2所示。

根據圖3可知，當補償曲線與擾動曲線滿足上述的對應關系，根據每一數據的變化量大小，設置對應節點，使補償曲線與擾動曲線一一對應，生成可以彌補擾動的補償數據，以此提升對擾動的抑制效果，至此實現冷熱電三聯供系統，負荷輸出端擾動的抑制方法[10]。

2? 實驗分析

提出仿真實驗，對比所提出的輸出端擾動抑制方法，與文獻[1]，文獻[2]擾動抑制方法的區別，分析導致這一區別的根本原因，得出所提出方法優越于文獻[1]，文獻[2]擾動抑制方法的創新之處。

2.1 實驗準備

由于冷熱電負荷之間的動態耦合關系，會對冷熱電三聯供系統的端口輸出造成影響，因此在實驗開始之前，要正確計算出該系統的冷熱電負荷數值。此次實驗選取某一能源控制中心作為實驗對象，利用DeST模擬計算該建筑物的冷熱負荷。該控制中心由于地處北方，在冬季時所需的熱負荷多，在夏季時所需要的冷負荷多，由于過渡季節所需的冷熱負荷較少，因此對4月1日-5月31日，以及10月份的冷熱負荷忽略不計。為了便于分析統計，模擬所需的冷、熱負荷時間為20小時，對于電負荷的需求則設置為全年24小時。實驗模擬的大樓三維平面圖，如圖4所示。

已知該控制中心共10層，建筑面積達到28650m2，空調面積為25504m2。控制中心所處城市的冬季采暖時間為11月1日-3月31日;夏季制冷時間為6月1日-9月30日;其他時間為過渡期，使用產生的冷熱負荷不計入此次實驗。根據該城市的具體實況，統計該控制中心上一年的負荷實際數據，如表1所示。

將上一年度的冷熱電負荷，作為此次實驗數據，上傳到實驗用的計算機數據庫中。所選取的兩臺計算機型號為ASUS-5300，該計算機的硬盤容量為256GB，運行內存為16GB，操作系統為Windows xp，滿足此次實驗規格。利用MATLAB軟件模擬實驗環境，同時模擬設置影響冷熱電三聯供系統的輸出端擾動數據，模擬值如表2所示。

表2中為強度不同的擾動數據值，將數據值投入到實驗中，模擬冷熱電三聯供系統，負荷輸出端的擾動狀態，設置理想狀態下的擾動占比為40%。分別用三種抑制方法進行實驗測試，根據得出的測試結果，分析三個個方法的優劣程度。

2.2 結果分析

此次實驗結果取平均值，并以曲線圖的形式呈現，如圖5所示，其中圖（a）是所研究方法下的測試結果，圖（b）、圖（c）分別是文獻[1]方法和文獻[2]方法下的對比測試結果。

分析上述兩組實驗測試結果可知，圖（a）中的擾動曲線，在所提出方法的抑制下，在第0.5s左右，做出抑制反應，將四個類型不同的擾動曲線，有效抑制在安全標準線以下，使該輸出端受到的擾動強度變低。經計算可知，該方法抑制下的輸出端平均擾動占比為38.3%，低于理想標準值1.7%。而圖（b）中的擾動曲線，雖然在文獻[1]方法的抑制下，在第5s作出抑制反應，但根據曲線的走向可知，該方法并沒有將擾動抑制在合理范圍內，只對擾動數值較小的曲線，起到了微弱抑制效果，計算可知該方法抑制下的平均擾動占比為85.13%，遠高于理想標準值，超出結果為45.13%。而圖（c）的測試結果在文獻[2]方法的抑制下，在第0.8秒開始擾動，依舊只擾動較小數值曲線，擾動結果不明顯。

綜合上述分析，所提出的抑制方法下的輸出端擾動占比，比文獻[1]方法下的測試結果低了46.83%，比文獻[2]方法下的測試結果低了43.60%可見所提出方法對擾動的抑制效果能力更強，符合研究要求。

3? 結束語

此次研究參考傳統抑制方法中存在的問題，提出通過耦合分析方法，設置冷熱電三聯供系統的靈敏度參數，設計補償結構實現對負荷輸出端擾動的抑制，緩解了傳統系統抑制效果差這一問題。通過實驗測試結果驗證了所提出方法的抑制能力，該方法不僅僅可以抑制低頻率的擾動，同時對高頻率擾動也同樣具有理想的抑制效果。但此次實驗還存在一定局限性，沒有考慮冷熱電負荷用量較少時輸出端的擾動問題，因此今后的實驗還要詳細分析這一方面的數據變化情況。

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