CN117996602A - 一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，涉及柔性直流换流站技术领域，其包括阀外冷水系统、PLC、工控机、智能压控系统、系统配电模组以及智能温控系统，所述PLC与阀外冷水系统、工控机、智能压控系统以及智能温控系统电性连接，所述阀外冷水系统内部设置有检测单元，所述智能温控系统用于检测并稳定所述阀外冷水系统的温差，所述工控机用于在人机界面上显示所述阀外冷水系统数据的检测值，所述智能压控系统与阀外冷水系统电性连接，所述智能压控系统用于控制所述阀外冷水系统压差，所述系统配电模组与阀外冷水系统电性连接，所述系统配电模组用于为所述智能压控系统和智能温控系统提供电源。

Description

一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法

技术领域

本发明涉及柔性直流换流站技术领域，具体为一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法。

背景技术

近年来，柔性直流换流站满负荷运行的时间持续增长，柔性直流换流站换流阀工作时产生的热量持续增大，柔性直流换流站外水冷系统采用水喷淋方式对换流阀设备进行降温，在此过程中水会大量蒸发造成水资源的浪费。

但传统柔性直流换流站外冷水系统节水措施未对外冷水风机功率、环境温度、节水装置能量消耗综合考虑，无法充分发挥设备的效能，造成能源浪费。因此设计一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法是很有必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，包括以下步骤，

1)采集柔性直流换流站内冷水温度信息、外冷水风机功率、外冷水蒸发速率；

2)计算柔性直流换流站不同内冷水温度及外冷水风机功率下的外冷水蒸发速率的影响值，得到实际外冷水蒸发速率与柔性直流换流站内冷水温度、外冷水风机功率之间的对应关系，构建外冷水蒸发速率与内冷水温度及外冷水风机功率关系模型；

3)采集外冷水系统节水器功率信息、节水器输出温度信息、冷凝水速率、水蒸气温度信息；

4)计算蒸汽温度、节水器功率对冷凝水速率的影响值，得到实际冷凝水速率与节水器功率、蒸汽温度之间的对应关系，构建冷凝水速率与节水器功率关系模型；

5)根据上述信息得出内冷水温度、节水器冷凝水速率、节水器功率、外冷水风机功率之间的关系模型；

6)根据冷凝水速率大于外冷水蒸发速率、外冷水风机功率与节水器功率消耗最小为目标，采用模型算法控制利用差分进化算法求解节水器输出功率模型，实时更新节水器输出功率。

优选地，所述步骤1)得到柔性直流换流站不同内冷水温度 及外冷水风机功率(P_min,…,P_i,…,P_max)下的外冷水蒸发速率E_zq，P_min为外冷水风机功率最小值，P_max为功率最大值，P_i为某一时刻功率值，/>为换流站停运时内冷水温度，/>为换流站内冷水温度最小值，/>为内冷水温度最大值，/>为换流站某一时刻内冷水温度。

优选地，所述步骤2)中外冷水蒸发速率与柔性直流换流站内冷水温度、外冷水风机功率关系模型表达式为：

式中，E_zq为根据拟合模型计算的内冷水温度为外冷水风机功率为P_i时外冷水的蒸发速率，K₁、K₂、K₃分别为拟合参数。

优选地，所述步骤3)得到柔性直流换流站外冷水系统中不同时刻下水蒸气温度与不同节水器功率/>下的冷凝水速率(N_min,…,N_i,…,N_max)；/>为外冷水系统中水蒸气温度最小值，/>为某一时刻外冷水系统中水蒸气温度值，/>为某一时刻外冷水系统水蒸气温度最大值；/>为节水器最小功率，P_i ^j为节水器某一时刻功率，/>为节水器最大功率；N_min为节水器冷凝速率最低值，N_max为冷凝速率最高值。

优选地，所述外冷水蒸发速率与外冷水蒸汽温度间的关系，表示为：

优选地，所述步骤4)中冷凝水速率与外冷水系统中蒸汽温度、节水器功率间关系模型表达式为：

式中，N_i为根据拟合模型计算的蒸汽温度为节水器功率为P_i ^j时冷凝水速率，K₄、K₅、K₆为拟合参数，L为节水器设备属性系数。

优选地，所述步骤5)将上述三式结合可得出内冷水温度、节水器冷凝水速率、节水器功率、外冷水风机功率之间的关系为：

优选地，所述步骤6)的具体步骤为：

61)确定柔性直流换流站一天内各个时刻内冷水温度 外冷水风机功率P_min,…,P_i,…,P_max、外冷水蒸发速率E_zq、节水器功率/>节水器冷凝速率N_min,…,N_i,…,N_max；

62)设置种群规模，根据约束条件，产生初设种群；

63)根据当前时刻柔性直流换流站输送负荷，计算节水器功率、节水器冷凝速率，并以此为基础，对当代种群进行迭代计算；

64)进行变异、选择差分进化操作，设置变异因子；

65)将父代个体与子代个体进行判断和更新操作，选择更优化个体；进行迭代，返回至63)，当迭代次数到达设定值停止。

优选地，所述步骤62)中产生的初试种群约束条件为：

节水器功率约束：

外冷水风机功率约束：

0≤P_i≤P_max

节水器冷凝速率约束：

N_min≤N_i≤N_max

节水器冷凝速率与外冷水的蒸发速率之间的约束：

N_i≥E_zq

E_zq与N_i之和最小；

该约束条件目的是为在节水器冷凝速率大于外冷水的蒸发速率时，取得外冷水风机功率与节水器功率之和最小值。

本发明提供了一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，具备以下有益效果：

1、该发明能通过采集柔性直流换流站直流输送功率、环境温度、节水器功率、节水器冷凝速率等信息综合考虑，充分发挥设备的效能，有效降低柔性直流换流站外冷水系统水资源浪费，提高能源利用率；

2、该发明与传统节水方式相比，能提前通过当前柔性直流换流站输送功率，提前自主调节节水器功率，实现换流站外冷水系统水资源动态循环，提高电力系统的整体能效；

3、本发明提出的基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理策略和方法具有良好的拓展性和适应性，能通过调节系统参数迅速适应不同的运行条件；

4、本发明能有效降低柔性直流换流站阀外冷水系统的运维成本，提高设备使用寿命。

具体实施方式

所述实施例的示例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种技术方案：一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，包括步骤如下：

步骤一：柔性直流换流站外冷水系统相关参数与节水装置信息采集；

收集柔性直流换流站当天各个时刻外冷水风机功率、内冷水温度值、外冷水蒸发速率数据，并将数值进行标准化处理。

步骤二：外冷水蒸发速率与内冷水温度、外冷水风机功率关系模型构建；

对于柔性直流换流站，外冷水蒸发速率会受到内冷水温度、外冷水风机功率等的影响，而这些影响都会侧面反映到外冷水蒸发速率上。因此，有必要构建外冷水蒸发速率与内冷水温度、外冷水风机功率间的关系模型，该模型考虑了环境温度、管线材料、水的质量的影响。

步骤三：换流站外冷水系统节水器相关信息采集；

收集换流站外冷水节水器功率信息、冷凝水速率、水蒸气温度等信息，并将数值进行标准化处理。

步骤四：换流站外冷水节水器冷凝水速率与节水器功率关系模型构建；

对于柔性直流换流站，节水器冷凝水速率会受到节水器功率、节水器模型特征等有关系。因此，有必要构建外冷水蒸发速率与节水器功率关系模型，该模型考虑了节水器功率、蒸汽温度、节水器设备结构属性的影响。

步骤五：基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源优化方案；

对于换流站内冷水温度，外冷水风机功率P_i，外冷水蒸发速率E_zq，节水器功率P_i ^j，节水器冷凝水速率N_i的数据进行多目标优化设计。多目标优化模型的目标是在节水器冷凝速率大于外冷水的蒸发速率时，取得外冷水风机功率与节水器功率之和最小值，求解算法为差分进化算法。

外冷水蒸发速率与换流站内冷水温度、外冷水风机功率的模型主要通过柔性直流外冷水系统设计过程中的仿真计算、模型试验、日常运维数据测算等得到一系列的换流站不同内冷水温度及外冷水风机功率下，对应的外冷水蒸发速率等数据。得到实际外冷水蒸发速率与内冷水温度、外冷水风机功率的关系。

根据上述数据，得到柔性直流换流站内冷水温度不同外冷水风机功率(P_min,…,P_i,…,P_max)下的外冷水蒸发速率E_zq。

以上对应关系并没有用函数的关系表示出来，不利于作为换流站阀外冷水系统能源管理的一部分进行能量优化调控，因此，需要对以上数据进行拟合可得到外冷水蒸发速率与内冷水温度、外冷水风机功率间的经验估算模型，并测试后，改模型可表示为：

式中，E_zq为根据拟合模型计算的内冷水温度为、外冷水风机功率为P_i时外冷水的蒸发速率，K₁、K₂、K₃分别为拟合参数；

换流站外冷水节水器冷凝水速率与节水器功率关系模型主要通过柔性直流外冷水系统节水器设计过程中的仿真计算、模型试验等得到的一系列不同时刻下，水蒸气温度、节水器功率、节水器冷凝水速率等数据。得到实际的节水器冷凝水速率、水蒸气温度与节水器功率关系。

根据上述数据，得到柔性直流换流站外冷水系统中不同时刻下水蒸气温度与不同节水器功率/>下的冷凝水速率(N_min,…,N_i,…,N_max)；/>为外冷水系统中水蒸气温度最小值，/>为某一时刻外冷水系统中水蒸气温度值，/>为某一时刻外冷水系统水蒸气温度最大值；/>为节水器最小功率，P_i ^j为节水器某一时刻功率，/>为节水器最大功率；N_min为节水器冷凝速率最低值，N_max为冷凝速率最高值。

以上对应关系并没有用函数的关系表示出来，不利于作为换流站阀外冷水系统节水器能源管理的一部分进行能量优化调控，因此，需要对以上数据进行拟合可得到节水器冷凝水速率、水蒸气温度与节水器功率间的经验估算模型，并测试后，改模型可表示为：

式中，N_i为根据拟合模型计算的蒸汽温度为节水器功率为P_i ^j时冷凝水速率，K₄、K₅、K₆为拟合参数，L为节水器设备属性系数。

将上述三式结合可得出节水器冷凝水速率、节水器功率、内冷水温度、外冷水风机功率之间的关系为：

1)确定柔性直流换流站一天内各个时刻内冷水温度外冷水风机功率P_min,…,P_i,…,P_max、外冷水蒸发速率E_zq、节水器功率/> 节水器冷凝速率N_min,…,N_i,…,N_max。

2)设置种群规模，根据约束条件，产生初设种群；

3)根据当前时刻柔性直流换流站输送负荷，计算节水器功率、节水器冷凝速率，并以此为基础，对当代种群进行迭代计算；

4)进行变异、选择差分进化操作，设置变异因子；

4)将父代个体与子代个体进行判断和更新操作，选择更优化个体；进行迭代，返回至3)，当迭代次数到达设定值停止；

优选地，所述步骤2)中产生的初试种群约束条件为：

节水器功率约束：

外冷水风机功率约束：

0≤P_i≤P_max

节水器冷凝速率约束：

N_min≤N_i≤N_max

节水器冷凝速率与外冷水的蒸发速率之间的约束：

N_i≥E_zq

E_zq与N_i之和最小

该约束条件目的是为在节水器冷凝速率大于外冷水的蒸发速率时，取得外冷水风机功率与节水器功率之和最小值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)采集柔性直流换流站内冷水温度信息、外冷水风机功率、外冷水蒸发速率；

2)计算柔性直流换流站不同内冷水温度及外冷水风机功率下的外冷水蒸发速率的影响值，得到实际外冷水蒸发速率与柔性直流换流站内冷水温度、外冷水风机功率之间的对应关系，构建外冷水蒸发速率与内冷水温度及外冷水风机功率关系模型；

3)采集外冷水系统节水器功率信息、节水器输出温度信息、冷凝水速率、水蒸气温度信息；

4)计算蒸汽温度、节水器功率对冷凝水速率的影响值，得到实际冷凝水速率与节水器功率、蒸汽温度之间的对应关系，构建冷凝水速率与节水器功率关系模型；

5)根据上述信息得出内冷水温度、节水器冷凝水速率、节水器功率、外冷水风机功率之间的关系模型；

6)根据冷凝水速率大于外冷水蒸发速率、外冷水风机功率与节水器功率消耗最小为目标，采用模型算法控制利用差分进化算法求解节水器输出功率模型，实时更新节水器输出功率。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，其特征在于：所述步骤1)得到柔性直流换流站不同内冷水温度及外冷水风机功率(P_min,…,P_i,…,P_max)下的外冷水蒸发速率E_zq，P_min为外冷水风机功率最小值，P_max为功率最大值，P_i为某一时刻功率值，/>为换流站停运时内冷水温度，/>为换流站内冷水温度最小值，/>为内冷水温度最大值，/>为换流站某一时刻内冷水温度。

3.根据权利要求2所述的一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，其特征在于：所述步骤2)中外冷水蒸发速率与柔性直流换流站内冷水温度、外冷水风机功率关系模型表达式为：

式中，E_zq为根据拟合模型计算的内冷水温度为外冷水风机功率为P_i时外冷水的蒸发速率，K₁、K₂、K₃分别为拟合参数。

4.根据权利要求3所述的一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，其特征在于：所述步骤3)得到柔性直流换流站外冷水系统中不同时刻下水蒸气温度与不同节水器功率/> 下的冷凝水速率(N_min,…,N_i,…,N_max)；/>为外冷水系统中水蒸气温度最小值，T_i ^zheng为某一时刻外冷水系统中水蒸气温度值，/>为某一时刻外冷水系统水蒸气温度最大值；/>为节水器最小功率，P_i ^j为节水器某一时刻功率，/>为节水器最大功率；N_min为节水器冷凝速率最低值，N_max为冷凝速率最高值。

5.根据权利要求4所述的一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，其特征在于：所述外冷水蒸发速率与外冷水蒸汽温度间的关系，表示为：E_zq＝K₄T_i ^zheng。

6.根据权利要求5所述的一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，其特征在于：所述步骤4)中冷凝水速率与外冷水系统中蒸汽温度、节水器功率间关系模型表达式为：

式中，N_i为根据拟合模型计算的蒸汽温度为T_i ^zheng，节水器功率为P_i ^j时冷凝水速率，K₄、K₅、K₆为拟合参数，L为节水器设备属性系数。

7.根据权利要求6所述的一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，其特征在于：所述步骤5)将上述三式结合可得出内冷水温度、节水器冷凝水速率、节水器功率、外冷水风机功率之间的关系为：

8.根据权利要求7所述的一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，其特征在于：所述步骤6)的具体步骤为：

61)确定柔性直流换流站一天内各个时刻内冷水温度 外冷水风机功率P_min,…,P_i,…,P_max、外冷水蒸发速率E_zq、节水器功率/>…,P_i ^j,…,/>节水器冷凝速率N_min,…,N_i,…,N_max；

62)设置种群规模，根据约束条件，产生初设种群；

63)根据当前时刻柔性直流换流站输送负荷，计算节水器功率、节水器冷凝速率，并以此为基础，对当代种群进行迭代计算；

64)进行变异、选择差分进化操作，设置变异因子；

65)将父代个体与子代个体进行判断和更新操作，选择更优化个体；进行迭代，返回至63)，当迭代次数到达设定值停止。

9.根据权利要求8所述的一种基于柔性直流换流站阀外冷水系统的能源管理方法，其特征在于：所述步骤62)中产生的初试种群约束条件为：

节水器功率约束：

外冷水风机功率约束：

0≤P_i≤P_max

节水器冷凝速率约束：

N_min≤N_i≤N_max

节水器冷凝速率与外冷水的蒸发速率之间的约束：

N_i≥E_zq

E_zq与N_i之和最小；

该约束条件目的是为在节水器冷凝速率大于外冷水的蒸发速率时，取得外冷水风机功率与节水器功率之和最小值。