基于低温余热回收的复杂热电联产供热系统及电热负荷调节方法与流程

本发明涉及集中供热技术领域，具体涉及一种基于低温余热回收的复杂热电联产供热系统及电热负荷调节方法。

背景技术：

集中供热系统是城市的基础设施之一，也是城市的现代化水平标志之一。集中供热事业在我国快速发展，截止2016年底，我国集中供暖面积约70亿平方米，其中热电联产集中供暖面积约35亿平方米，集中供热系统的高质量发展，直接关系到城市的现代化建设、人民生活水平的提升。针对热电联产集中供热系统来说，不仅肩负着热网侧的供热需求，也肩负着电网的发电调度要求。由于热电联产机组的电力调峰能力很小，无法及时响应电网侧的电力调峰，特别是热网侧的热负荷处于频繁波动状态，这给热电联产机组响应电网的发电调度要求带来了极大的挑战。当前传统的热电联产机组，具有约30％的汽轮机冷端乏汽余热被直接排放至环境中而被浪费，这部分余热若被回收用于供热，将会产生巨大的节能效益。目前，普遍采用了吸收式热泵技术来回收这部分余热，特别是吸收式热泵具有良好热电解耦能力的特性，推动了吸收式热泵技术在热电联产系统的推广应用。另外，当前全国电网中因弃风弃光等造成电量损失十分巨大。在提升热电联产机组调峰能力的同时，只有精准预测热电联产集中供热系统的热网侧热负荷需求并进行供热系统的电热负荷匹配调节，才能合理安排热电联产机组的运行工况，输出既能满足电网调度要求的电负荷，又能满足热网用热需求的热负荷；一方面提升电网消纳新能源的能力，减少弃风弃电损失，另一方面实现精准高效的供热调节，提升居民采暖的质量。

现有利用吸收式热泵同时实现余热回收和热电解耦的专利技术包括：“一种热电解耦系统及运行方法(申请号201711498480.9)”、“一种基于吸收式热泵的热电解耦系统及运行方法(申请号201910788911.8)”、“一种电厂梯级供热系统(申请号201810264089.0)”、“一种储热罐耦合吸收式热泵的热电解耦系统及运行方法(申请号201910760222.6)”。申请号201711498480.9的专利技术是取消了汽轮机的抽汽供热，通过引射器利用主蒸汽和再热蒸汽作为吸收式热泵的驱动蒸汽来源，来回收汽轮机排汽的余热对外供热，并通过调节进入吸收式热泵中的主蒸汽量和再热蒸汽量，来实现热电机组的热电解耦运行。申请号201910788911.8的专利技术是取消了抽汽供热，通过引射器利用主蒸汽和已做功的低品位蒸汽作为吸收式热泵的驱动蒸汽来源，来回收汽轮机排汽的余热对外供热；利用低品位蒸汽替代高品位的主蒸汽，有效降低了高品位能的消耗，另外通过调节进入吸收式热泵中的主蒸汽量和再热蒸汽量，还实现热电机组的热电解耦运行。申请号201810264089.0的专利技术是一方面通过吸收式热泵回收凝汽器的低温循环水余热来供热，另一方面通过蒸汽喷射器利用高参数的蒸汽来提升汽轮机排汽的乏汽，从而回收汽轮机的乏汽余热来供热，然后通过吸收式热泵供热与蒸汽喷射器供热的耦合，灵活调节不同装置的运行顺序来实现供热温度的控制。申请号201910760222.6的专利技术是通过储热罐与吸收式热泵的耦合，提升储热罐的蓄放热能力，从而提升整个系统的调峰能力，并借助吸收式热泵进一步提升整个系统的热电解耦能力。然而上述各项专利技术中，并未考虑在外界供热负荷变化时如何保证热电机组运行工况的稳定性，如何利用吸收式热泵平衡外界需求热负荷与热电机组供出热负荷间的差距，同时还需保证吸收式热泵的高效稳定运行。本发明则是通过技术的发明创造，开发了基于外界远期热负荷预测，合理安排热电机组的运行工况，再利用吸收式热泵来平衡热网侧实时热负荷波动与热电机组供出热负荷间的差异，同时采取有效的技术措施，合理控制吸收式热泵的热网水进出口温度，从而实现吸收式热泵的高效运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、性能可靠、基于低温余热回收的复杂热电联产供热系统及电热负荷调节方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于低温余热回收的复杂热电联产供热系统，其特征是，包括热电机组、凝汽器、冷却塔、热网首站、吸收式热泵、换热站、一号水水换热器和二号水水换热器，所述热电机组的排汽口与凝汽器的乏汽入口连接，所述凝汽器的凝结水出口与二号水水换热器的凝结水进口连接，所述热电机组的抽汽口同时与热网首站的进汽口和吸收式热泵的驱动蒸汽进口连接，且在热电机组的抽汽口安装有电动调节阀门、物联网压力仪和物联网温度仪，在热网首站的进汽口安装有电动调节阀门和物联网流量计，在吸收式热泵的驱动蒸汽进口安装有电动调节阀门和物联网流量计，所述热网首站的蒸汽疏水出口和吸收式热泵的蒸汽疏水出口均安装有物联网温度仪，所述凝汽器的循环水侧通过循环供水管和循环回水管与冷却塔连接，且在循环供水管和循环回水管上均安装有电动调节阀门，所述凝汽器的循环水侧还通过循环供水支管和循环回水支管分别与吸收式热泵的循环水进口和循环水出口连接，且在循环供水支管和循环回水支管上均安装有电动调节阀门，在吸收式热泵的循环水进口安装有物联网流量计和物联网温度仪，在吸收式热泵的循环水出口安装有物联网温度仪，所述吸收式热泵的循环水进口和循环水出口还分别与一号水水换热器的低温侧水出口和低温侧水进口连接，且在一号水水换热器的低温侧水出口安装有物联网温度仪和电动调节阀门，在一号水水换热器的低温侧水进口安装有电动调节阀门、物联网温度仪和物联网流量计，所述换热站的一次网侧通过热网回水管和热网供水管分别与热网首站的热网水进口和热网水出口连接，且在热网回水管上安装有热网循环水泵，在热网首站的热网水进口安装有电动调节阀门、物联网流量计和物联网温度仪，在热网首站的热网水出口安装有物联网温度仪和电动调节阀门，所述热网回水管的出水端通过热网回水支管与吸收式热泵的热网水进口连接，且在热网回水支管上沿着水流动方向依次安装有电动调节阀门、物联网流量计、物联网温度仪和电动调节阀，在吸收式热泵的热网水进口安装有物联网流量计和物联网温度仪，所述热网供水管的进水端通过热网供水支管与吸收式热泵的热网水出口连接，且在热网供水支管上安装有物联网温度仪和电动调节阀门，所述电动调节阀的进水口和出水口通过第一回水支管和第二回水支管同时与一号水水换热器的高温侧和二号水水换热器的高温侧连接，且在一号水水换热器的高温侧水进口安装有电动调节阀门和物联网流量计，在一号水水换热器的高温侧水出口安装有物联网温度仪和电动调节阀门，在二号水水换热器的高温侧水进口安装有电动调节阀门和物联网流量计，在二号水水换热器的高温侧水出口安装有物联网温度仪和电动调节阀门。

所述的基于低温余热回收的复杂热电联产供热系统的电热负荷调节方法，包括电热负荷匹配预测和电热负荷实时调节，其特征是，电热负荷匹配预测是指进入采暖期时，根据未来日的预测气象参数，气象参数包括室外环境温度、太阳辐射、室外环境风速和室外环境相对湿度，并结合供热系统的历史供热负荷和未来日的热用户室内温度目标值，获取未来日供热系统的预测供热负荷，统计每天每次调节时流入吸收式热泵的循环水余热负荷和驱动蒸汽供热负荷，利用循环水余热负荷和驱动蒸汽供热负荷计算吸收式热泵的性能系数历史数据，在吸收式热泵性能系数大于1.4的情况下，统计吸收式热泵的性能系数历史数据，以及对应的吸收式热泵历史运行数据，包括蒸汽压力、热网水进出口温度和循环水进出口温度，构成一个采暖期的数据集，建立吸收式热泵的性能系数预测模型，将数据集分为训练数据集和测试数据集，利用训练数据集和测试数据集对性能系数预测模型进行训练和检验，得出性能系数预测模型的各项参数，再选择热电机组的背压和热电机组的抽汽压力两个变量为约束函数，以背压和抽汽压力两个变量的选定值与计算值的误差不大于5％为约束条件，利用性能系数预测模型迭代计算未来某一天的吸收式热泵性能系数预测值，直到计算出合格的性能系数预测值，然后根据供热系统的预测供热负荷确定热电机组的运行工况参数、吸收式热泵的供热负荷、热网首站的供热负荷；电热负荷实时调节是指在采暖期的当天，根据电热负荷匹配预测确定热电机组的运行工况参数，然后在每次调节时，通过调节流入吸收式热泵的热网水温度和流量，利用吸收式热泵性能系数预测模型计算得出大于1.4的吸收式热泵性能系数预测值，根据该次调节时的预测气象参数、热用户室内温度目标值和供热系统的历史供热负荷，获取该次调节时供热系统的实时预测供热负荷，然后比较当天的预测供热负荷与该次调节时的实时预测供热负荷，当当天的预测供热负荷大于该次调节时的实时预测供热负荷时，减小吸收式热泵的循环水余热回收量，当当天的预测供热负荷小于该次调节时的实时预测供热负荷时，增加吸收式热泵的循环水余热回收量，然后经过管网热力输送延迟时间后，监测与采集热用户的室内温度，当室内温度超过规定的标准室内温度24℃时，进一步减小吸收式热泵的余热回收量，并减小换热站的供热负荷，当室内温度低于规定的标准室内温度16℃时，进一步增加吸收式热泵的余热回收量，并增加换热站的供热负荷，一直到热用户的室内温度符合标准室内温度范围16℃-24℃时，此次调节完成。

进一步的，所述电热负荷匹配预测，其步骤如下：

s1：确定当地的采暖期天数为n，在当前采暖期内，根据未来日第m天的预测气象参数，气象参数包括室外环境温度、太阳辐射、室外环境风速和室外环境相对湿度，并结合供热系统的历史供热负荷数据和第m天的热用户室内温度目标值，获取第m天供热系统的预测供热负荷

统计每次采暖期的第m天每次调节时流入吸收式热泵的循环水余热负荷量和驱动蒸汽供热负荷量利用每次调节获得的和计算得出每次调节时吸收式热泵的性能系数实际值在吸收式热泵性能系数大于1.4的情况下，统计每次采暖期的第m天的吸收式热泵性能系数平均值以及对应的流入吸收式热泵的蒸汽压力平均值流入吸收式热泵的热网水温度平均值和循环水温度平均值流出吸收式热泵的热网水温度平均值和循环水温度平均值构成一个数据集n，其中：

式中：nm为每次采暖期内第m天的数据集，n为从当前采暖期第m天开始过去最近一个采暖期内所有nλ组成的数据集；当从当前采暖期第1天开始时，若m＝1，则为过去最近一个采暖期之前的采暖期中最后一天的吸收式热泵性能系数平均值；

进入s2步骤的操作；

s2：确定吸收式热泵的性能系数的预测模型为：

式中：a、b、c、d、e、f和g均为常数，为第m天吸收式热泵的性能系数预测平均值，m＝1,2,……,n；

在当前采暖期第m天，从数据集n中抽取训练数据集n^训和测试数据集n^测，其中：训练数据集n^训为由从当前采暖期第m天开始过去最近一个采暖期内最远x天中所有nλ组成的数据集，测试数据集n^测为由从当前采暖期第m天开始过去最近一个采暖期内最近y天中所有nλ组成的数据集，x+y＝n；

进入s3步骤的操作；

s3：利用训练数据集n^训和测试数据集n^测对预测模型公式(3)进行模型训练和检验，其中：为输出量，和为输入量；

首先利用训练数据集n^训对预测模型公式(3)进行模型训练，得出计算模型公式(3)中a、b、c、d、e、f和g的7个常数值；

然后将得出的a、b、c、d、e、f和g的数值代入预测模型公式(3)中之后，再利用测试数据集n^测对预测模型公式(3)检验，计算预测模型的性能指标，包括相关系数r和平均绝对误差k，计算公式分别为：

式中：为测试数据集内第i天的吸收式热泵性能系数预测平均值，为吸收式热泵性能系数预测平均值在y天内的平均值，为测试数据集内第i天的吸收式热泵性能系数实际平均值，为吸收式热泵性能系数实际平均值在y天内的平均值；

进入s4步骤的操作；

s4：辨别预测模型公式(3)的拟合优度的约束函数为：

0.95≤r≤1(6)

辨别预测模型公式(3)的计算误差的约束函数为：

0≤k≤5％(7)

当相关系数r满足公式(6)且平均绝对误差k满足公式(7)时，模型训练得出的a、b、c、d、e、f和g的数值符合要求，从而确定性能系数预测模型，然后进入s5步骤的操作；

当相关系数r不满足公式(6)时，通过模型训练得出的性能系数预测模型不符合要求，此时参照s3步骤继续对预测模型公式(3)进行训练和检验，一直到相关系数r满足公式(6)且平均绝对误差k满足公式(7)，得出此时的a、b、c、d、e、f和g的数值符合要求，从而确定性能系数预测模型，此时进入s5步骤的操作；

当平均绝对误差k不满足公式(7)时，通过模型训练得出的性能系数预测模型不符合要求，此时参照s3步骤继续对预测模型公式(3)进行训练和检验，一直到相关系数r满足公式(6)且平均绝对误差k满足公式(7)，得出此时的a、b、c、d、e、f和g的数值符合要求，从而确定性能系数预测模型，然后进入s5步骤的操作；

s5：根据电网调度，得出热电机组第m天的预测发电负荷为pm；

第一步，选定热电机组的背压来确定第m天流入吸收式热泵的循环水温度预测平均值和流出吸收式热泵的循环水温度预测平均值根据吸收式热泵性能、气象参数和历史热网供水温度与回水温度确定第m天流入吸收式热泵的热网水温度预测平均值和流出吸收式热泵的热网水温度预测平均值

第二步，选定第m天热电机组的抽汽压力作为流入吸收式热泵的驱动蒸汽压力预测平均值，然后利用第一步的所有预测值和吸收式热泵的性能系数平均值通过由s4步骤得出的吸收式热泵性能系数预测模型，计算得出吸收式热泵的性能系数预测平均值

第三步，辨别性能系数预测值的大小，当时，吸收式热泵的性能系数满足要求，确定吸收式热泵的性能系数值为此时进入第四步；当时，吸收式热泵的性能系数不能满足要求，此时重新从第一步开始，直到第二步得出的值满足后，确定吸收式热泵的性能系数值为再进入第四步；

第四步，设定进入热网首站的蒸汽供热负荷为设定进入吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷为则第m天预测供热负荷与热电机组预测输出热负荷qm的关系式为：

根据最大程度回收供热系统中循环水余热的原则和吸收式热泵供热容量符合吸收式热泵性能的要求来选取进入吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷值然后利用公式(8)依次确定进入热网首站的蒸汽供热负荷值与热电机组的预测输出热负荷值qm；

第五步，根据热电机组的预测输出热负荷值qm与预测发电负荷值pm，利用热电机组的电、热负荷匹配工况图，确定热电机组的主蒸汽进汽流量hm、热电机组的抽汽压力值和热电机组的背压

第六步，根据公式(9)和公式(10)进行与的比较和与的比较：

当与的值不满足公式(10)时，利用替代同时利用替代重新从第一步开始计算，直到与的值满足公式(10)且与的值满足公式(9)，此时确定热电机组的未来运行工况参数，包括：热电机组主蒸汽进汽流量为hm、热电机组发电负荷为pm、热电机组输出热负荷为qm、热电机组抽汽压力为和热电机组的背压以及进入热网首站的蒸汽供热负荷值和进入吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷值同时确定流入吸收式热泵的热网水温度边界值和流出吸收式热泵的热网水温度边界值

当与的值不满足公式(9)时，利用替代同时利用替代重新从第一步开始计算，直到与的值满足公式(10)且与的值满足公式(9)，此时确定热电机组的未来运行工况参数，包括：热电机组主蒸汽进汽流量为hm、热电机组发电负荷为pm、热电机组输出热负荷为qm、热电机组抽汽压力为和热电机组的背压以及进入热网首站的蒸汽供热负荷值和进入吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷值同时确定流入吸收式热泵的热网水温度边界值和流出吸收式热泵的热网水温度边界值

当与的值满足公式(9)且与的值满足公式(10)时，此时直接确定热电机组的未来运行工况参数，包括：热电机组主蒸汽进汽流量为hm、热电机组发电负荷为pm、热电机组输出热负荷为qm、热电机组抽汽压力为和热电机组的背压以及进入热网首站的蒸汽供热负荷值和进入吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷值同时确定流入吸收式热泵的热网水温度边界值和流出吸收式热泵的热网水温度边界值

进一步的，所述电热负荷实时调节，其步骤如下：

v1：在采暖期第m天的当天，热电机组的运行工况参数为：热电机组主蒸汽进汽流量为hm、热电机组发电负荷为pm、热电机组输出热负荷为qm、热电机组抽汽压力为和热电机组的背压根据第m天当天的热电机组运行工况参数，确定流入吸收式热泵的驱动蒸汽压力流入吸收式热泵的循环水温度和流出吸收式热泵的循环水温度其中：

在第τ次开始调节时，测量与采集流入吸收式热泵的热网水温度和流出吸收式热泵的热网水温度通过由s4步骤得出的吸收式热泵性能系数预测模型，计算得出吸收式热泵的性能系数预测值其中：当τ＝1时，为第m天的前一天最后一次调节完成时的吸收式热泵的性能系数实际值；

此时，辨别吸收式热泵的性能系数预测值的大小：

当时，吸收式热泵的性能系数满足要求，此时进入v3步骤；

当时，吸收式热泵的性能系数不满足要求，此时进入v2步骤；

v2：进行与的比较和与的比较：

当时，流出吸收式热泵的热网水温度过高使得吸收式热泵的性能系数预测值偏低，此时减小流入热网首站的热网水流量，并增加流入吸收式热泵的热网水流量，使得流出吸收式热泵的热网水温度降低，然后重新测量与采集流出吸收式热泵的热网水温度并利用吸收式热泵性能系数预测模型重新计算吸收式热泵的性能系数预测值直到时，吸收式热泵的性能系数满足要求，此时进入v3步骤；

当时，流入吸收式热泵的热网水温度过高使得吸收式热泵的性能系数预测值偏低，此时利用一号水水换热器和二号水水换热器对流入吸收式热泵的热网水进行冷却，使得流入吸收式热泵的热网水温度降低，然后重新测量与采集流入吸收式热泵的热网水温度并利用吸收式热泵性能系数预测模型重新计算吸收式热泵的性能系数预测值直到时，吸收式热泵的性能系数满足要求，此时进入v3步骤；

v3：第τ次进行调节时，参照第τ-1次调节完成时热用户的实际室内温度值，确定第τ次调节时的室内温度目标值，并根据第τ次调节到第τ+1次调节时间间隔内的预测气象参数和供热系统的历史供热负荷数据，获取第τ次调节时供热系统的实时预测供热负荷修正值其中：当τ＝1时，第τ-1次调节为第m天的前一天最后一次调节；

进入v4步骤的操作；

v4：进行预测供热负荷与实时预测供热负荷修正值的比较：

当时，此时直接进入v5步骤的操作；

当时，减小进入吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷量并同时增加进入热网首站的蒸汽供热负荷量，减小量和增加量均为此时还须减小进入吸收式热泵的循环水余热负荷量，减小量为从而减小吸收式热泵的供热负荷，然后进入v5步骤的操作；

当时，增加进入吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷量并同时减小进入热网首站的蒸汽供热负荷量，增加量和减小量均为此时还须增加进入吸收式热泵的循环水余热负荷量，增加量为从而增加吸收式热泵的供热负荷，然后进入v5步骤的操作；

v5：经过管网热力输送延迟时间ζ后，监测与采集热用户的室内温度，当室内温度超过规定的标准室内温度24℃时，参照v4步骤的方法进一步减小吸收式热泵的供热负荷，并将吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷减小量输送至热网首站作为热网首站的蒸汽供热负荷，同时减小换热站的供热负荷；当室内温度低于规定的标准室内温度16℃时，参照v4步骤的方法进一步增加吸收式热泵的供热负荷，并且吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷增加量来自于热网首站的蒸汽供热负荷，同时增加换热站的供热负荷；一直到热用户的室内温度符合标准室内温度范围16℃-24℃时，第τ次的电热负荷实时调节完成，然后统计流入吸收式热泵的循环水余热负荷量和驱动蒸汽供热负荷量计算得出第τ次调节完成时的吸收式热泵性能系数实际值

进一步的，所述s5步骤中，在第四步选取进入吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷值时，的最大值须满足：

的最小值须满足：

进一步的，所述v2步骤中，当时，优先选择二号水水换热器对流入吸收式热泵的热网水进行冷却，其次选择一号水水换热器对流入吸收式热泵的热网水进行冷却。

进一步的，当时，选择一号水水换热器对流入吸收式热泵的热网水进行冷却，则需保证热网水在一号水水换热器内损失的热量小于因一号水水换热器使得热网水温度降低而增加吸收式热泵性能系数所产生的余热回收增加量。

进一步的，所述v4步骤中：

当时，减小进入吸收式热泵的驱动蒸汽流量，并将吸收式热泵的驱动蒸汽流量减小量输送至热网首站，从而减小吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷量和增加热网首站的蒸汽供热负荷量，供热负荷减小量和供热负荷增加量均为还减小进入吸收式热泵的循环水余热负荷量，减小量为从而减小吸收式热泵的供热负荷，此时进行如下操作：

当保持吸收式热泵性能系数不变时，通过调节并减小流入吸收式热泵的热网水流量，来保证流出吸收式热泵的热网水温度保持不变；

当保持吸收式热泵性能系数变化时，通过调节并减小流入吸收式热泵的热网水流量，来获得较低的流出吸收式热泵的热网水温度，利用吸收式热泵性能系数预测模型重新计算得出吸收式热泵的性能系数预测值并利用替代

当时，增加进入吸收式热泵的驱动蒸汽流量，并且吸收式热泵的驱动蒸汽流量增加量来自于进入热网首站的蒸汽流量，从而增加吸收式热泵的驱动蒸汽供热负荷量和减小热网首站的蒸汽供热负荷量，供热负荷增加量和供热负荷减小量均为还增加进入吸收式热泵的循环水余热负荷量，增加量为从而增加吸收式热泵的供热负荷，此时进行如下操作：

当保持吸收式热泵性能系数不变时，通过调节并增加流入吸收式热泵的热网水流量，来保证流出吸收式热泵的热网水温度保持不变；

当保持吸收式热泵性能系数变化时，通过调节并增加流入吸收式热泵的热网水流量，来获得较低的流出吸收式热泵的热网水温度，利用吸收式热泵性能系数预测模型重新计算得出吸收式热泵的性能系数预测值并利用替代

进一步的，在每次采暖期结束后，均对吸收式热泵的机组性能进行改善与优化，包括：抽除不凝性气体和调节工质溶液循环量，保证吸收式热泵在采暖期内高效率运行。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)本发明设计合理，结构简单，性能可靠，创造了一种基于低温余热回收的复杂热电联产供热系统及电热负荷调节方法；(2)基于进出吸收式热泵的蒸汽、热网水和循环水等因素的参数变化，建立吸收式热泵性能系数预测模型，实现吸收式热泵性能系数的精准预测，一方面基于吸收式热泵性能系数的精准预测，通过控制进出吸收式热泵的热网水参数，提升吸收式热泵的性能系数，实现吸收式热泵的实时高效率运行，另一方面基于吸收式热泵性能系数的精准预测，并结合供热系统的热负荷预测，合理安排热电联产机组的运行工况，同时输出满足要求的电负荷和热负荷，实现热电联产机组的高效稳定运行；(3)结合供热系统的实时热负荷需求，有效利用吸收式热泵的热电解耦能力来调节供热系统输出的供热负荷，以满足供热系统的热用户实时热负荷需求，实现精准供热，同时采取有效的技术措施，再保证整体系统节能高效的同时，合理控制吸收式热泵的热网水进出口温度，从而实现吸收式热泵的高效运行。

附图说明

图1是本发明实施例中的供热系统结构示意图。

图2是本发明实施例中供热系统抽汽压力为px时的热电机组电、热负荷匹配工况图。

图3是本发明实施例中供热系统所接待热用户在典型日的总热负荷波动曲线图。

图中：热电机组01、凝汽器02、冷却塔03、热网首站04、吸收式热泵05、热网循环水泵06、换热站07、一号水水换热器08、二号水水换热器09、循环供水管10、循环回水管11、循环供水支管12、循环回水支管13、热网回水管14、热网供水管15、热网回水支管16、热网供水支管17、第一回水支管18、第二回水支管19、第一蒸汽阀门21、第一蒸汽压力仪22、第一蒸汽温度仪23、第二蒸汽阀门24、第一蒸汽流量计25、第一疏水温度仪26、第三蒸汽阀门27、第二蒸汽流量计28、第二疏水温度仪29、第一回水阀门31、第一回水流量计32、第一回水温度仪33、第一供水温度仪34、第一供水阀门35、第二回水阀门41、第二回水流量计42、第二回水温度仪43、第三回水阀门44、第三回水流量计45、第三回水温度仪46、第二供水温度仪47、第二供水阀门48、第四回水阀门51、第四回水流量计52、第四回水温度仪53、第五回水阀门54、第六回水阀门55、第五回水流量计56、第五回水温度仪57、第七回水阀门58、第一循环水阀门61、第二循环水阀门62、第三循环水阀门63、第四循环水阀门64、第一循环水流量计71、第一循环水温度仪72、第二循环水温度仪73、第五循环水阀门74、第三循环水温度仪75、第二循环水流量计76、第四循环水温度仪77、第六循环水阀门78。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，本实施例涉及一种基于低温余热回收的复杂热电联产供热系统及电热负荷调节方法，供热系统包括：热电机组01、凝汽器02、冷却塔03、热网首站04、吸收式热泵05、换热站07、一号水水换热器08和二号水水换热器09，热电机组01的排汽口与凝汽器02的乏汽入口连接，凝汽器02的凝结水出口与二号水水换热器09的凝结水进口连接，热电机组01的抽汽口同时与热网首站04的进汽口和吸收式热泵05的驱动蒸汽进口连接，且在热电机组01的抽汽口安装有第一蒸汽阀门21、第一蒸汽压力仪22和第一蒸汽温度仪23，在热网首站04的进汽口安装有第二蒸汽阀门24和第一蒸汽流量计25，在吸收式热泵05的驱动蒸汽进口安装有第三蒸汽阀门27和第二蒸汽流量计28，热网首站04的蒸汽疏水出口和吸收式热泵05的蒸汽疏水出口分别安装有第一疏水温度仪26和第二疏水温度仪29，凝汽器02的循环水侧通过循环供水管10和循环回水管11与冷却塔03连接，且在循环供水管10和循环回水管11上分别安装有第一循环水阀门61和第二循环水阀门62，凝汽器02的循环水侧还通过循环供水支管12和循环回水支管13分别与吸收式热泵05的循环水进口和循环水出口连接，且在循环供水支管12和循环回水支管13上分别安装有第三循环水阀门63和第四循环水阀门64，在吸收式热泵05的循环水进口安装有第一循环水流量计71和第一循环水温度仪72，在吸收式热泵05的循环水出口安装有第二循环水温度仪73，吸收式热泵05的循环水进口和循环水出口还分别与一号水水换热器08的低温侧水出口和低温侧水进口连接，且在一号水水换热器08的低温侧水出口安装有第四循环水温度仪77和第六循环水阀门78，在一号水水换热器08的低温侧水进口安装有第五循环水阀门74、第三循环水温度仪75和第二循环水流量计76，换热站07的一次网侧通过热网回水管14和热网供水管15分别与热网首站04的热网水进口和热网水出口连接，且在热网回水管14上安装有热网循环水泵06，在热网首站04的热网水进口安装有第一回水阀门31、第一回水流量计32和第一回水温度仪33，在热网首站04的热网水出口安装有第一供水温度仪34和第一供水阀门35，热网回水管14的出水端通过热网回水支管16与吸收式热泵05的热网水进口连接，且在热网回水支管16上安装沿着水流动方向依次安装有第二回水阀门41、第二回水流量计42、第二回水温度仪43和第三回水阀门44，在吸收式热泵05的热网水进口安装有第三回水流量计45和第三回水温度仪46，热网供水管15的进水端通过热网供水支管17与吸收式热泵05的热网水出口连接，且在热网供水支管17上安装第二供水温度仪47和第二供水阀门48，第三回水阀门44的进水口和出水口通过第一回水支管18和第二回水支管19同时与一号水水换热器08的高温侧和二号水水换热器09的高温侧连接，且在一号水水换热器08的高温侧水进口安装有第四回水阀门51和第四回水流量计52，在一号水水换热器08的高温侧水出口安装有第四回水温度仪53和第五回水阀门54，在二号水水换热器09的高温侧水进口安装有第六回水阀门55和第五回水流量计56，在二号水水换热器09的高温侧水出口安装有第五回水温度仪57和第七回水阀门58。

在本实施例中，供热系统中的所有阀门均为电动调节阀门，所有流量计均为物联网流量计，所有温度仪均为物联网温度仪，所有压力表均为物联网压力仪。

在本实施例中，热用户侧设置有室内温度监测系统，用于实时监测与采集热用户的室内温度。

在本实施例中，参见图2，查找热电机组01的特性书，筛选统计出热电机组01在不同抽汽压力下的机组电、热负荷匹配工况图，然后输入到本实施例中供热系统的电热负荷调节方法中，作为预测热电机组01运行工况参数的依据。

在本实施例中，参见图3，采集并统计供热系统最近过去1到3个采暖期的热网侧所接待热用户每一天的总热负荷波动曲线图，筛选出典型日的热网侧热用户总热负荷波动曲线图，并绘制出典型日曲线图的较高热负荷区、临界热负荷曲线和较低热负荷区，使得最高热负荷减去临界热负荷后的数值等于临界热负荷减去最低热负荷后的数值，利用典型日的热网侧热用户总热负荷波动曲线图作为吸收式热泵05的供热负荷选择依据。

在本实施例中，供热系统的电热负荷调节方法包括电热负荷匹配预测和电热负荷实时调节，首先进行电热负荷匹配预测，然后进行电热负荷实时调节；通过电热负荷匹配预测获取吸收式热泵05的性能系数预测模型、吸收式热泵05的未来日供热负荷和热电机组01的未来日运行工况参数，通过电热负荷实时调节获取实时预测供热负荷，进行供热系统中对应电动阀门的调节，并利用吸收式热泵05平衡热网侧实时热负荷需求与热电机组01输出热负荷之间的差异，得到合格的热用户室内温度。

在本实施例中，电热负荷匹配预测是指进入采暖期时，根据未来日的预测气象参数，气象参数包括室外环境温度、太阳辐射、室外环境风速和室外环境相对湿度，并结合供热系统的历史供热负荷和未来日的热用户室内温度目标值，获取未来日供热系统的预测供热负荷，统计每天每次调节时流入吸收式热泵05的循环水余热负荷和驱动蒸汽供热负荷，利用循环水余热负荷和驱动蒸汽供热负荷计算吸收式热泵05的性能系数历史数据，在吸收式热泵05性能系数大于1.4的情况下，统计吸收式热泵05的性能系数历史数据，以及对应的吸收式热泵05历史运行数据，包括蒸汽压力、热网水进出口温度和循环水进出口温度，构成一个采暖期的数据集，建立吸收式热泵05的性能系数预测模型，将数据集分为训练数据集和测试数据集，利用训练数据集和测试数据集对性能系数预测模型进行训练和检验，得出性能系数预测模型的各项参数，再选择热电机组01的背压和热热电机组01的抽汽压力两个变量为约束函数，以背压和抽汽压力两个变量的选定值与计算值的误差不大于5％为约束条件，利用性能系数预测模型迭代计算未来某一天的吸收式热泵05性能系数预测值，直到计算出合格的性能系数预测值，然后根据供热系统的预测供热负荷确定热电机组01的运行工况参数、吸收式热泵05的供热负荷、热网首站04的供热负荷。电热负荷匹配预测的具体步骤如下：

s1：确定当地的采暖期天数为n，在当前采暖期内，根据未来日第m天的预测气象参数，气象参数包括室外环境温度、太阳辐射、室外环境风速和室外环境相对湿度，并结合供热系统的历史供热负荷数据和第m天的热用户室内温度目标值，获取第m天供热系统的预测供热负荷

统计每次采暖期的第m天每次调节时流入吸收式热泵05的循环水余热负荷量和驱动蒸汽供热负荷量利用每次调节获得的和计算得出每次调节时吸收式热泵05的性能系数实际值在吸收式热泵05性能系数大于1.4的情况下，统计每次采暖期的第m天的吸收式热泵05性能系数平均值以及对应的流入吸收式热泵05的蒸汽压力平均值流入吸收式热泵05的热网水温度平均值和循环水温度平均值流出吸收式热泵05的热网水温度平均值和循环水温度平均值构成一个数据集n，其中：

式中：nm为每次采暖期内第m天的数据集，n为从当前采暖期第m天开始过去最近一个采暖期内所有nλ组成的数据集；当从当前采暖期第1天开始时，若m＝1，则为过去最近一个采暖期之前的采暖期中最后一天的吸收式热泵05性能系数平均值；

进入s2步骤的操作；

s2：确定吸收式热泵05的性能系数的预测模型为：

式中：a、b、c、d、e、f和g均为常数，为第m天吸收式热泵05的性能系数预测平均值，m＝1,2,……,n；

在当前采暖期第m天，从数据集n中抽取训练数据集n^训和测试数据集n^测，其中：训练数据集n^训为由从当前采暖期第m天开始过去最近一个采暖期内最远x天中所有nλ组成的数据集，测试数据集n^测为由从当前采暖期第m天开始过去最近一个采暖期内最近y天中所有nλ组成的数据集，x+y＝n；

进入s3步骤的操作；

s3：利用训练数据集n^训和测试数据集n^测对预测模型公式(3)进行模型训练和检验，其中：为输出量，和为输入量；

首先利用训练数据集n^训对预测模型公式(3)进行模型训练，得出计算模型公式(3)中a、b、c、d、e、f和g的7个常数值；

然后将得出的a、b、c、d、e、f和g的数值代入预测模型公式(3)中之后，再利用测试数据集n^测对预测模型公式(3)检验，计算预测模型的性能指标，包括相关系数r和平均绝对误差k，计算公式分别为：

式中：为测试数据集内第i天的吸收式热泵05性能系数预测平均值，为吸收式热泵05性能系数预测平均值在y天内的平均值，为测试数据集内第i天的吸收式热泵05性能系数实际平均值，为吸收式热泵05性能系数实际平均值在y天内的平均值；

进入s4步骤的操作；

s4：辨别预测模型公式(3)的拟合优度的约束函数为：

0.95≤r≤1(6)

辨别预测模型公式(3)的计算误差的约束函数为：

0≤k≤5％(7)

当相关系数r满足公式(6)且平均绝对误差k满足公式(7)时，模型训练得出的a、b、c、d、e、f和g的数值符合要求，从而确定性能系数预测模型，然后进入s5步骤的操作；

当相关系数r不满足公式(6)时，通过模型训练得出的性能系数预测模型不符合要求，此时参照s3步骤继续对预测模型公式(3)进行训练和检验，一直到相关系数r满足公式(6)且平均绝对误差k满足公式(7)，得出此时的a、b、c、d、e、f和g的数值符合要求，从而确定性能系数预测模型，此时进入s5步骤的操作；

当平均绝对误差k不满足公式(7)时，通过模型训练得出的性能系数预测模型不符合要求，此时参照s3步骤继续对预测模型公式(3)进行训练和检验，一直到相关系数r满足公式(6)且平均绝对误差k满足公式(7)，得出此时的a、b、c、d、e、f和g的数值符合要求，从而确定性能系数预测模型，然后进入s5步骤的操作；

s5：根据电网调度，得出热电机组01第m天的预测发电负荷为pm；

第一步，选定热电机组01的背压来确定第m天流入吸收式热泵05的循环水温度预测平均值和流出吸收式热泵05的循环水温度预测平均值根据吸收式热泵05性能、气象参数和历史热网供水温度与回水温度确定第m天流入吸收式热泵05的热网水温度预测平均值和流出吸收式热泵05的热网水温度预测平均值

第二步，选定第m天热电机组01的抽汽压力作为流入吸收式热泵05的驱动蒸汽压力预测平均值，然后利用第一步的所有预测值和吸收式热泵05的性能系数平均值通过由s4步骤得出的吸收式热泵05性能系数预测模型，计算得出吸收式热泵05的性能系数预测平均值

第三步，辨别性能系数预测值的大小，当时，吸收式热泵05的性能系数满足要求，确定吸收式热泵05的性能系数值为此时进入第四步；当时，吸收式热泵05的性能系数不能满足要求，此时重新从第一步开始，直到第二步得出的值满足后，确定吸收式热泵05的性能系数值为再进入第四步；

第四步，设定进入热网首站04的蒸汽供热负荷为设定进入吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷为则第m天预测供热负荷与热电机组01预测输出热负荷qm的关系式为：

根据最大程度回收供热系统中循环水余热的原则和吸收式热泵05供热容量符合吸收式热泵05性能的要求来选取进入吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷值然后利用公式(8)依次确定进入热网首站04的蒸汽供热负荷值与热电机组01的预测输出热负荷值qm；

第五步，根据热电机组01的预测输出热负荷值qm与预测发电负荷值pm，利用热电机组01的电、热负荷匹配工况图，确定热电机组01的主蒸汽进汽流量hm、热电机组01的抽汽压力值和热电机组01的背压

第六步，根据公式(9)和公式(10)进行与的比较和与的比较：

当与的值不满足公式(10)时，利用替代同时利用替代重新从第一步开始计算，直到与的值满足公式(10)且与的值满足公式(9)，此时确定热电机组01的未来运行工况参数，包括：热电机组01主蒸汽进汽流量为hm、热电机组01发电负荷为pm、热电机组01输出热负荷为qm、热电机组01抽汽压力为和热电机组01的背压以及进入热网首站04的蒸汽供热负荷值和进入吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷值同时确定流入吸收式热泵05的热网水温度边界值和流出吸收式热泵05的热网水温度边界值

当与的值不满足公式(9)时，利用替代同时利用替代重新从第一步开始计算，直到与的值满足公式(10)且与的值满足公式(9)，此时确定热电机组01的未来运行工况参数，包括：热电机组01主蒸汽进汽流量为hm、热电机组01发电负荷为pm、热电机组01输出热负荷为qm、热电机组01抽汽压力为和热电机组01的背压以及进入热网首站04的蒸汽供热负荷值和进入吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷值同时确定流入吸收式热泵05的热网水温度边界值和流出吸收式热泵05的热网水温度边界值

当与的值满足公式(9)且与的值满足公式(10)时，此时直接确定热电机组01的未来运行工况参数，包括：热电机组01主蒸汽进汽流量为hm、热电机组01发电负荷为pm、热电机组01输出热负荷为qm、热电机组01抽汽压力为和热电机组01的背压以及进入热网首站04的蒸汽供热负荷值和进入吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷值同时确定流入吸收式热泵05的热网水温度边界值和流出吸收式热泵05的热网水温度边界值

在本实施例中，电热负荷实时调节是指在采暖期的当天，根据电热负荷匹配预测确定热电机组01的运行工况参数，然后在每次调节时，通过调节流入吸收式热泵05的热网水温度和流量，利用吸收式热泵05性能系数预测模型计算得出大于1.4的吸收式热泵05性能系数预测值，根据该次调节时的预测气象参数、热用户室内温度目标值和供热系统的历史供热负荷，获取该次调节时供热系统的实时预测供热负荷，然后比较当天的预测供热负荷与该次调节时的实时预测供热负荷，当当天的预测供热负荷大于该次调节时的实时预测供热负荷时，减小吸收式热泵05的循环水余热回收量，当当天的预测供热负荷小于该次调节时的实时预测供热负荷时，增加吸收式热泵05的循环水余热回收量，然后经过管网热力输送延迟时间后，监测与采集热用户的室内温度，当室内温度超过规定的标准室内温度24℃时，进一步减小吸收式热泵05的余热回收量，并减小换热站07的供热负荷，当室内温度低于规定的标准室内温度16℃时，进一步增加吸收式热泵05的余热回收量，并增加换热站07的供热负荷，一直到热用户的室内温度符合标准室内温度范围16℃-24℃时，此次调节完成。电热负荷实时调节的具体步骤如下：

v1：在采暖期第m天的当天，热电机组01的运行工况参数为：热电机组01主蒸汽进汽流量为hm、热电机组01发电负荷为pm、热电机组01输出热负荷为qm、热电机组01抽汽压力为和热电机组01的背压根据第m天当天的热电机组01运行工况参数，确定流入吸收式热泵05的驱动蒸汽压力流入吸收式热泵05的循环水温度和流出吸收式热泵05的循环水温度其中：

在第τ次开始调节时，测量与采集流入吸收式热泵05的热网水温度和流出吸收式热泵05的热网水温度通过由s4步骤得出的吸收式热泵05性能系数预测模型，计算得出吸收式热泵05的性能系数预测值其中：当τ＝1时，为第m天的前一天最后一次调节完成时的吸收式热泵05的性能系数实际值；

此时，辨别吸收式热泵05的性能系数预测值的大小：

当时，吸收式热泵05的性能系数满足要求，此时进入v3步骤；

当时，吸收式热泵05的性能系数不满足要求，此时进入v2步骤；

v2：进行与的比较和与的比较：

当时，流出吸收式热泵05的热网水温度过高使得吸收式热泵05的性能系数预测值偏低，此时减小流入热网首站04的热网水流量，并增加流入吸收式热泵05的热网水流量，使得流出吸收式热泵05的热网水温度降低，然后重新测量与采集流出吸收式热泵05的热网水温度并利用吸收式热泵05性能系数预测模型重新计算吸收式热泵05的性能系数预测值直到时，吸收式热泵05的性能系数满足要求，此时进入v3步骤；

当时，流入吸收式热泵05的热网水温度过高使得吸收式热泵05的性能系数预测值偏低，此时利用一号水水换热器08和二号水水换热器09对流入吸收式热泵05的热网水进行冷却，使得流入吸收式热泵05的热网水温度降低，然后重新测量与采集流入吸收式热泵05的热网水温度并利用吸收式热泵05性能系数预测模型重新计算吸收式热泵05的性能系数预测值直到时，吸收式热泵05的性能系数满足要求，此时进入v3步骤；

v3：第τ次进行调节时，参照第τ-1次调节完成时热用户的实际室内温度值，确定第τ次调节时的室内温度目标值，并根据第τ次调节到第τ+1次调节时间间隔内的预测气象参数和供热系统的历史供热负荷数据，获取第τ次调节时供热系统的实时预测供热负荷修正值其中：当τ＝1时，第τ-1次调节为第m天的前一天最后一次调节；

进入v4步骤的操作；

v4：进行预测供热负荷与实时预测供热负荷修正值的比较：

当时，此时直接进入v5步骤的操作；

当时，减小进入吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷量并同时增加进入热网首站04的蒸汽供热负荷量，减小量和增加量均为此时还须减小进入吸收式热泵05的循环水余热负荷量，减小量为从而减小吸收式热泵05的供热负荷，然后进入v5步骤的操作；

当时，增加进入吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷量并同时减小进入热网首站04的蒸汽供热负荷量，增加量和减小量均为此时还须增加进入吸收式热泵05的循环水余热负荷量，增加量为从而增加吸收式热泵05的供热负荷，然后进入v5步骤的操作；

v5：经过管网热力输送延迟时间ζ后，监测与采集热用户的室内温度，当室内温度超过规定的标准室内温度24℃时，参照v4步骤的方法进一步减小吸收式热泵05的供热负荷，并将吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷减小量输送至热网首站04作为热网首站04的蒸汽供热负荷，同时减小换热站07的供热负荷；当室内温度低于规定的标准室内温度16℃时，参照v4步骤的方法进一步增加吸收式热泵05的供热负荷，并且吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷增加量来自于热网首站04的蒸汽供热负荷，同时增加换热站07的供热负荷；一直到热用户的室内温度符合标准室内温度范围16℃-24℃时，第τ次的电热负荷实时调节完成，然后统计流入吸收式热泵05的循环水余热负荷量和驱动蒸汽供热负荷量计算得出第τ次调节完成时的吸收式热泵05性能系数实际值

在本实施例电热负荷匹配预测具体步骤的s5步骤中，参见图3，在第四步选取进入吸收式热泵05的蒸汽供热负荷值时，的最大值须满足：

的最小值须满足：

在本实施例电热负荷实时调节具体步骤的v2步骤中，当时，优先选择二号水水换热器09对流入吸收式热泵05的热网水进行冷却，其次选择一号水水换热器08对流入吸收式热泵05的热网水进行冷却。当选择一号水水换热器08对流入吸收式热泵05的热网水进行冷却，则需保证热网水在一号水水换热器08内损失的热量小于因一号水水换热器08使得热网水温度降低而增加吸收式热泵05性能系数所产生的余热回收增加量。

在本实施例电热负荷实时调节具体步骤的v4步骤中：

当时，减小进入吸收式热泵05的驱动蒸汽流量，并将吸收式热泵05的驱动蒸汽流量减小量输送至热网首站04，从而减小吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷量和增加热网首站04的蒸汽供热负荷量，供热负荷减小量和供热负荷增加量均为还须减小进入吸收式热泵05的循环水余热负荷量，减小量为从而减小吸收式热泵05的供热负荷，此时进行如下操作：

当保持吸收式热泵05性能系数不变时，通过调节并减小流入吸收式热泵05的热网水流量，来保证流出吸收式热泵05的热网水温度保持不变；

当保持吸收式热泵05性能系数变化时，通过调节并减小流入吸收式热泵05的热网水流量，来获得较低的流出吸收式热泵05的热网水温度，利用吸收式热泵05性能系数预测模型重新计算得出吸收式热泵05的性能系数预测值并利用替代

当时，增加进入吸收式热泵05的驱动蒸汽流量，并且吸收式热泵05的驱动蒸汽流量增加量来自于进入热网首站04的蒸汽流量，从而增加吸收式热泵05的驱动蒸汽供热负荷量和减小热网首站04的蒸汽供热负荷量，供热负荷增加量和供热负荷减小量均为还须增加进入吸收式热泵05的循环水余热负荷量，增加量为从而增加吸收式热泵05的供热负荷，此时进行如下操作：

当保持吸收式热泵05性能系数不变时，通过调节并增加流入吸收式热泵05的热网水流量，来保证流出吸收式热泵05的热网水温度保持不变；

当保持吸收式热泵05性能系数变化时，通过调节并增加流入吸收式热泵05的热网水流量，来获得较低的流出吸收式热泵05的热网水温度，利用吸收式热泵05性能系数预测模型重新计算得出吸收式热泵05的性能系数预测值并利用替代

在本实施例供热系统的电热负荷调节方法中，吸收式热泵05疏水出口的第二疏水温度仪(29)的读数，须保持与热网首站04疏水出口的第一疏水温度仪(26)的读数一致。

在本实施例供热系统的电热负荷调节方法中，在每次采暖期结束后，均对吸收式热泵的机组性能进行改善与优化，包括：抽除不凝性气体和调节工质溶液循环量，保证吸收式热泵在采暖期内高效率运行。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。