本发明属于分布式供能技术领域，尤其涉及一种热电联供系统稳态等效电路建立方法及系统。
背景技术：
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
能源和环境危机促使传统能源结构转变和可再生能源的发展。其中，综合能源系统基于能源分级利用原理，进行热能和电能的多梯度利用，在满足用户冷热电的需求状况下，极大地提高了能源利用率，成为未来能源结构的重要组成部分。
综合能源系统包含电能和热能异质能源系统，电、热的不同物理属性和研究方法等，给综合能源系统的分析、设计与优化带来挑战。
发明人在研究中发现，传统的电热分析方法，例如互为边界、叠加分析等，只是基于能量守恒定律对能量数量进行分析，未涉及能量间的耦合性、非线性等特性。所以，利用热传导和电传导过程中的欧姆定律，傅里叶导热定律等的相似性，进行热电比拟，通过同质化研究建立综合能源系统的统一模型，成为当前综合能源系统的研究热点。但是，现有热电同质化方法，大多停留在能量流层面，建立综合能源系统单向能量流统一模型，无法表示完整热流回路以及完整电流回路，总之，现有模型非完全热电比拟，建立的单向能量流模型，未能完整映射实际热电联供系统的电能及热能的关系。
技术实现要素：
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，所建立的等效电路能完整映射实际系统。
一方面，为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，包括：
对同为电源和热源的质子交换膜燃料电池堆进行等效处理：
基于质子交换膜燃料电池堆发出为直流电，等效为发出恒定电流的直流电流源；
通过冷却系统带走的热能，与质子交换膜燃料电池堆所发电能正相关，所以其热流用受控电压源等效，其中受控电压源的值表示热流的初始温度；
利用数据拟合的方法，建立直流电流源的恒定电流与受控电压源的值的关系式。
进一步的技术方案，在建模时，将以受控源的形式耦合起来的电能和热能，分别用第一回路和第二回路表示。
进一步的技术方案，第一回路由电流源及第一电阻串联构成，电流源发出的电流表示为质子交换膜燃料电池堆发出的电流，第一电阻表示质子交换膜燃料电池堆供给的电负荷。
进一步的技术方案，第二回路由电压源、第二电阻、第三电阻串联构成，以电流控制电压源的电压v比拟质子交换膜燃料电池堆的冷却水初始温度；
第二回路的电路比拟热容流，即流体比热容和流率的乘积；
第二电阻，比拟用户通过换热器利用的热能；
以第三电阻，比拟从换热器二次侧出口流出系统的热能。
进一步的技术方案，第二电阻通过数据拟合，建立电压源的电压v与第二电阻之间的数量关系。
进一步的技术方案，基于电压源的电压v与第二电阻之间的数量关系，建立第二电阻与第三电阻的数量关系。
另一方面，为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种热电联供系统稳态等效电路建立系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
对同为电源和热源的质子交换膜燃料电池堆进行等效处理：
基于质子交换膜燃料电池堆发出为直流电，等效为发出恒定电流的直流电流源；
通过冷却系统带走的热能，与质子交换膜燃料电池堆所发电能正相关，所以其热流用受控电压源等效，其中受控电压源的值表示热流的初始温度；
利用数据拟合的方法，建立直流电流源的恒定电流与受控电压源的值的关系式。
再一方面，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种热电联供系统稳态等效电路，所述等效电路采用一种热电联供系统稳态等效电路建立方法来建立。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本公开对同为电源和热源的质子交换膜燃料电池pemfc堆进行等效处理。由于pemfc电堆发出为直流电，可等效为发出恒定电流i1的直流电流源；通过冷却系统带走的热能，与pemfc电堆所发电能正相关，所以其热流可以用受控电压源ccvs等效，其中受控电压源ccvs的值v表示热流的初始温度，另，由于pemfc内部的复杂电化学反应，电能与热能的机理关系难以推导，所以此处利用数据拟合的方法，建立i1与v的关系式，能完整映射实际系统。
本公开统一了热电表征形式，利用同质化分析和热电比拟方法，建立了较完整的热电联供系统的等效电路模型，为热电联供系统的分析、设计和控制建立了坚实的模型基础。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例基于pemfc的热电联供系统示意图；
图2为本发明实施例热电联供系统的稳态等效电路图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例公开了一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，针对一个由质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell,pemfc)电堆、电负荷和热负荷组成的热电联供系统，燃料电池电堆工作，发出电能和热能，供给电负荷和热负荷。如图1所示，建立其稳态等效电路。该等效电路实现热电统一表征，可用于热电联供系统的控制策略设计，或者复杂热电联供系统的模型分析等。
具体包括以下步骤：
对同为电源和热源的pemfc堆进行等效处理。由于pemfc电堆发出为直流电，可等效为发出恒定电流i1的直流电流源；由于当燃料电池电堆工作时，发出的电流(电能)越大(电堆中单片燃料电池数量一定，则发出电压一定)，说明其电化学反应速率越快，进而，电化学反应过程中产生的热量效率也越多，因此通过冷却系统带走的热能，与pemfc电堆所发电能正相关，工作中的燃料电池电堆，通过冷却系统产生的多余热量。所以，冷却系统进来的是冷水，经过循环，流走的是热水，所以其热流可以用受控电压源ccvs等效，其中受控电压源ccvs的电压值v表示热流的初始温度即把温度等效为电压，另，由于pemfc内部的复杂电化学反应，电能与热能的机理关系难以推导，所以此处利用数据拟合的方法，建立i1与v的关系式。
v＝f(i1，a，b，……n)(1)
式中，a，b，……n为常数。通过数据拟合，例如可以通过最小二乘法拟合出这些常数。受控源ccvs，即受电流控制的电压源，需要电流和电压之间的关系式来表示两者之间的受控数量关系。
为了便于分析和建模，将以受控源的形式耦合起来的电能和热能，分别用第一回路和第二回路表示，如图2所示。
在第一回路中，电负荷即电功率，可通过电阻平方和电流乘积(p＝r2i)得到，所以可利用电阻来表示电负荷的大小。r1表示pemfc电堆供给的电负荷，i1表示pemfc电堆发出的电流；
在表示热流网络的第二回路中，结合基尔霍夫定律和热力网络流体特性，以电流控制电压源ccvs的电压v，比拟pemfc堆的冷却水初始温度，电压与温度为等效关系，即此处在数量上，电压＝温度；以电流i2，比拟热容流cp，即流体比热容和流率的乘积，电流与热容流为等效关系，即此处在数量上，电流＝热容流；以电阻r2，比拟用户通过换热器利用的热能，电阻2与热能为等效关系，即在数量上，r2(电阻2)×i2(热容流)＝v2(电阻2所承受的电压，即等效该处热流的温度)；r22×i2＝p2(用户通过换热器利用的热能)。未知参数r2与v有关，可通过数据拟合，建立v与r2之间的数量关系，如式2所示；以电阻r3，比拟从换热器二次侧出口流出系统的热能，建立r2与r3的数量关系，如式3所示。
r2＝f(v，a1，b1，……n1)(2)
式中，a1，b1，……n1为常数。
r3＝(v-r2*i2)/i2(3)
实施例二
本实施例的目的是提供一种热电联供系统稳态等效电路建立系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
对同为电源和热源的质子交换膜燃料电池堆进行等效处理：
基于质子交换膜燃料电池堆发出为直流电，等效为发出恒定电流的直流电流源；
通过冷却系统带走的热能，与质子交换膜燃料电池堆所发电能正相关，所以其热流用受控电压源等效，其中受控电压源的值表示热流的初始温度；
利用数据拟合的方法，建立直流电流源的恒定电流与受控电压源的值的关系式。
另一实施例子中公开了一种热电联供系统稳态等效电路，所述等效电路采用实施例子一中的一种热电联供系统稳态等效电路建立方法来建立。
具体例子中，再参见附图2所示，一种热电联供系统稳态等效电路，包括第一回路和第二回路，所述第一回路的电流源控制第二回路的电压，所述第一回路由电流源及第一电阻串联构成，电流源发出的电流表示为质子交换膜燃料电池堆发出的电流，第一电阻表示质子交换膜燃料电池堆供给的电负荷；
第二回路由电压源、第二电阻、第三电阻串联构成，以电流控制电压源的电压v比拟质子交换膜燃料电池堆的冷却水初始温度；
所述第二回路的电路比拟热容流，即流体比热容和流率的乘积；
第二电阻，比拟用户通过换热器利用的热能；
以第三电阻，比拟从换热器二次侧出口流出系统的热能。
以上实施例的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
1.一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，其特征是，包括：
对同为电源和热源的质子交换膜燃料电池堆进行等效处理：
基于质子交换膜燃料电池堆发出为直流电，等效为发出恒定电流的直流电流源；
通过冷却系统带走的热能，与质子交换膜燃料电池堆所发电能正相关，所以其热流用受控电压源等效，其中受控电压源的值表示热流的初始温度；
利用数据拟合的方法，建立直流电流源的恒定电流与受控电压源的值的关系式。
2.如权利要求1所述的一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，其特征是，在建模时，将以受控源的形式耦合起来的电能和热能，分别用第一回路和第二回路表示。
3.如权利要求2所述的一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，其特征是，第一回路由电流源及第一电阻串联构成，电流源发出的电流表示为质子交换膜燃料电池堆发出的电流，第一电阻表示质子交换膜燃料电池堆供给的电负荷。
4.如权利要求2所述的一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，其特征是，第二回路由电压源、第二电阻、第三电阻串联构成，以电流控制电压源的电压v比拟质子交换膜燃料电池堆的冷却水初始温度；
第二回路的电路比拟热容流，即流体比热容和流率的乘积；
第二电阻，比拟用户通过换热器利用的热能；
以第三电阻，比拟从换热器二次侧出口流出系统的热能。
5.如权利要求3所述的一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，其特征是，所述第一回路的电流源控制第二回路的电压源。
6.如权利要求4所述的一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，其特征是，第二电阻通过数据拟合，建立电压源的电压v与第二电阻之间的数量关系。
7.如权利要求4所述的一种热电联供系统稳态等效电路建立方法，其特征是，基于电压源的电压v与第二电阻之间的数量关系，建立第二电阻与第三电阻的数量关系。
8.一种热电联供系统稳态等效电路建立系统，其特征是，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
对同为电源和热源的质子交换膜燃料电池堆进行等效处理：
基于质子交换膜燃料电池堆发出为直流电，等效为发出恒定电流的直流电流源；
通过冷却系统带走的热能，与质子交换膜燃料电池堆所发电能正相关，所以其热流用受控电压源等效，其中受控电压源的值表示热流的初始温度；
利用数据拟合的方法，建立直流电流源的恒定电流与受控电压源的值的关系式。
9.一种热电联供系统稳态等效电路，其特征是，所述等效电路采用权利要求1-7任一所述的一种热电联供系统稳态等效电路建立方法来建立。
10.如权利要求9所述的一种热电联供系统稳态等效电路，其特征是，包括第一回路和第二回路，所述第一回路的电流源控制第二回路的电压，所述第一回路由电流源及第一电阻串联构成，电流源发出的电流表示为质子交换膜燃料电池堆发出的电流，第一电阻表示质子交换膜燃料电池堆供给的电负荷；
第二回路由电压源、第二电阻、第三电阻串联构成，以电流控制电压源的电压v比拟质子交换膜燃料电池堆的冷却水初始温度；
所述第二回路的电路比拟热容流，即流体比热容和流率的乘积；
第二电阻，比拟用户通过换热器利用的热能；
以第三电阻，比拟从换热器二次侧出口流出系统的热能。
技术总结