基于行为感知的户用沼气热电联供在线运行方法和系统

本发明涉及户用沼气热电联供系统领域，尤其是涉及基于行为感知的户用沼气热电联供在线运行方法和系统。

背景技术：

1、户用沼气热电联供系统以沼气为燃料，通过小容量发动机带动发电机发电，余热用于住宅的供热和生活热水；与此同时，农户还可以将多余的电力上网，获得售电的收入。相对于传统分供系统，热电联供系统在能源利用、环境保护、经济民生等多方面均具有很大优势：

2、1、能源利用效率高；

3、热电联供系统将高品位的电能需求与低品位的热(冷)需求进行有效地统一，实现了能源的梯级利用，总效率可达到90％以上。

4、2、碳排放为零；

5、生物质中的碳成分均来自对空气中二氧化碳的光合作用吸收，因此整体上具有零碳排放的特点。农村地区根据资源禀赋来解决住户供能需求不仅对短期的清洁供热有现实作用。

6、3、系统成本低，农民可获得额外售电收入；

7、专利所涉及的户用沼气热电联供系统采用传统小型内燃机为发动机，经过少量改动调整为以沼气为燃料。由于内燃机的产业规模大，成本低，很适合农村户用热电联供机组使用；同时，农户还可以将多余的电力上网，获得售电的收入，从单纯的能源终端消费者转变为既消费又生产的能源“产销者”，对调动农民利用生物质的积极性有促进作用。

8、4、弥补农村电网不够完善的不足，使供能的可靠性高；

9、国内外的许多经验都表明：与其在集中能源上投入大量资源来满足非常分散的需求，不如大力发展分布式能源，与集中能源结合来改善供电质量，提升环境效益。传统分供系统是单输入单输出的供给模式，即电负荷由电网满足，冷负荷由电网驱动电制冷机满足，热负荷由燃煤或燃气锅炉满足。一旦遇到电网故障或意外灾害(如暴风雪、地震、人为破坏等)情况，能源供给则被切断。而热电联供系统往往配备多元输入多元输出，电能供给可由原动机和电网同时承担，冷能供给可由电制冷机和吸收式制冷机同时承担，热能供给可由余热设备和燃气锅炉同时承担。可见在chp系统中，每一条供能支路均有多路保障，极大提高了能源供给的可靠性。

10、针对大型、中型热电联供系统，国外的技术与市场已较为成熟，国内的应用也越来越多；但针对户用微型热电联供系统(micro-chp)，发达国家近年来投入了大量资金进行研究开发，少数技术领先的企业已经推出了自己的户用micro-chp品牌，而国内却还没有相关的应用实例。目前国际上的micro-chp产品多以内燃机、外燃机或燃料电池作为动力源，其中基于内燃机的代表机型有honda ecowill(1kwe)，remeha r-gen(sener tec dachs)(5.5k we)，vaillant ecopower(4.7k we)等。这些机组在运行上，均是“全空间”、“全时间”地运行，缺少对服务对象使用行为的感知和智能运行优化。

11、大量调查研究表明，人行为是影响建筑能耗的重要因素，也是评估建筑节能技术措施的重要参考基准。不同的人行为导致不同的用能水平，需要不同的措施与之相适应。而人的动作行为的随机性、多样性和复杂性的特征会给系统运行能耗带来充分的节能空间。

12、人的行为模型能细分为人的移动模型和人的用能行为模型，两者均对居住建筑能耗造成较大影响。人的移动特征模型的研究主要集中在固定作息法、随机作息法、时自相关的随机移动方法、基于事件的随机移动方法和基于马氏链与事件的随机移动模型。人的用能行为研究主要集中在照明和空调设备的使用习惯研究。上述模型都与数理统计学相关，模型相对较为复杂且个性化很强。然而由于建筑中人员行为私密性，人员行为偏好的长时间影响至今未被充分研究，并且缺乏在保护人员隐私的情况下有效采集行为数据的手段。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高了装置运行的稳定性，且能更好的满足农民的热需求的基于行为感知的户用沼气热电联供在线运行方法和系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于行为感知的户用沼气热电联供在线运行方法，包括以下步骤：

4、获取供暖房间中的感知参数，该感知参数包括房间内人员数量、室内co2浓度、室内照度值、房间内外温度差和历史供热总负荷值；

5、将获取的所述感知参数输入预先构建的神经网络模型中，获取逐时热负荷预测值；

6、根据所述逐时热负荷预测值确定所述供暖房间对应的户用沼气热电联供系统的供热模式，然后根据户用沼气热电联供系统的运行约束，获取户用沼气热电联供系统的运行方案。

7、进一步地，所述供暖房间中的感知参数的获取过程包括：

8、通过红外传感器判断房间内人员数量；

9、通过二氧化碳传感器获取室内co2浓度；

10、通过照度传感器获取室内照度值；

11、通过室内温度计感知房间内温度，通过室外温度传感器感知房间外温度，从而测得房间内外温度差。

12、进一步地，根据所述逐时热负荷预测值确定所述供暖房间对应的户用沼气热电联供系统的供热模式，具体为：

13、根据所述逐时热负荷预测值q1f、供暖房间对应的户用沼气热电联供系统中的微型热电联产机组的额定供热量q2以及水箱的蓄热量q3，确定沼气热电联供系统中微型热电联产机组、水箱及补热设备的状态，形成多种供热模式。

14、进一步地，所述供热模式的选取判断过程包括：根据所述逐时热负荷预测值q1f判断负荷是否进入峰值范围，若进入峰值范围，则微型热电联产机组供热，水箱蓄热，直到水箱蓄满热量后或q1f>q2+q3时，改为微型热电联产机组与水箱联合供热。

15、进一步地，判断负荷是否进入峰值范围的过程具体为：获取前一日供热负荷到达机组供热极限所对应时间减去水箱蓄满热所需时间h后所对应供热负荷值q1'max*α；将所述逐时热负荷预测值q1f与q1'max*α对比，判断负荷是否进入峰值范围。

16、进一步地，若负荷未进入峰值范围，则根据所述逐时热负荷预测值q1f判断负荷是否进入谷值范围，若进入谷值范围，则水箱单独供热，若水箱未达到最低蓄热放热量，则微型热电联产机组供热，水箱蓄热。

17、进一步地，判断负荷是否进入谷值范围的过程具体为：获取前一日水箱蓄满热后能满足的最大蓄热时间所对应的负荷值q1'min*β；将所述逐时热负荷预测值q1f与q1'min*β对比，判断负荷是否进入谷值范围。

18、进一步地，若q1f即非峰值范围，亦非谷值范围时，比较q1f与q2大小，若q1f<q2，则微型热电联产机组供热，水箱蓄热，当水箱蓄满热量后，采用水箱单独供热；若q1f>q2，则微型热电联产机组与水箱联合供热，若水箱未达到最低放热蓄热量，则微型热电联产机组与补热设备同时供热。

19、进一步地，根据户用沼气热电联供系统的运行约束，获取户用沼气热电联供系统的运行方案，具体为：

20、确定供热模式后，在现有的方案下计算综合优化指标ip，若ip值取得最优值，则按照当前方案运行；若ip值未取得最优值，重新调整供热模式下的负载率，重新计算新方案下的ip值，直到ip值取得最优；

21、所述综合优化指标ip的计算表达式为：

22、ip＝ω1*atc+ω2*pec+ω3*cde

23、式中，ω1+ω2+ω3＝1，atc为经济性比较指标，pec为能效比较指标，cde为环境比较指标。

24、本发明还提供一种如上所述的一种基于行为感知的户用沼气热电联供在线运行方法的运行系统，包括供暖房间、储热水箱和微型热电联产机组，所述供暖房间连接有补热设备，所述供暖房间设有末端散热器，所述储热水箱通过第一供热回路连接所述末端散热器，所述第一供热回路还包括第三阀门、第二泵体、第四阀门，所述第三阀门、第二泵体、第四阀门、储热水箱和末端散热器依次连接，第二泵体的供流方向朝向所述末端散热器，所述第三阀门、第二泵体和第四阀门的整体外侧并联有第二阀门，所述第二阀门的通流方向远离所述末端散热器；

25、所述微型热电联产机组通过第二供热支路，经过所述第一供热回路连接所述末端散热器，所述第二供热支路并联在第三阀门、第二泵体、第四阀门和储热水箱的两端，所述第二供热支路还包括第五阀门、第一泵体和第一阀门，所述第五阀门、第一泵体、微型热电联产机组和第一阀门依次连接，所述第一泵体的供流方向朝向所述末端散热器；

26、采用如上所述的一种基于行为感知的户用沼气热电联供在线运行方法运行所述系统。

27、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

28、(1)在热电联产装置运行前，在负荷预测中加入人员数量、新风负荷的修正和照明设备开关的，且在运行过程中考虑人员数量的变化，相比于传统仅仅按模型预测的人员数量及照明设备的开关而言，具有更高的实际性，且能大大减少能源的浪费，提高农民的舒适度。

29、(2)在热电联产装置运行中，考虑到了热负荷在一天中的规律性，让设备对于负荷峰值和谷值提前做出反应，这样提高了装置运行的稳定性，且能更好的满足农民的热需求。

30、(3)提高了能源利用效率，从而间接减少了碳排放，有利于改善农村生活环境。