(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111433286.9 (22)申请日 2021.11.29 (71)申请人 云南电网有限责任公司电力科 学研 究院 地址 650217 云南省昆明市经济技 术开发 区云大西路10 5号 (72)发明人 梁俊宇　袁兴宇　杨洋　 (74)专利代理 机构 北京弘权知识产权代理有限 公司 11363 代理人 逯长明　许伟群 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种高温蒸气热泵动态建模方法及系统 (57)摘要 本申请属于综合能源系统应用领域， 提供一 种高温蒸气热泵动态建模方法及系统， 包括： 确 定高温蒸气热泵系统各组成部件， 选取制冷剂， 结合实际工业对于蒸气温度以及系统能耗的要 求， 确定高温蒸气热泵系统的初始参数， 以作为 系统动态建模的初始状态， 利用移动边界法和集 中参数法对蒸发器、 第一冷凝器、 第二冷凝器和 闪蒸罐建立集中参数模型， 利用经验公式对涡旋 压缩机、 螺杆压缩机、 第一热力膨胀阀和第二热 力膨胀阀建立稳态模型， 在仿真平台上开发数学 模型对应的仿真模块， 进行仿真模拟。 上述一种 高温蒸气热泵动态建模方法及系统更准确的分 析了系统的稳态性能以及更好地优化和控制高 温蒸气热泵系统。 权利要求书2页 说明书11页 附图2页 CN 114036692 A 2022.02.11 CN 114036692 A 1.一种高温蒸气热泵动态建模方法， 其特 征在于， 包括： 根据高温蒸气热泵系统的结构， 确定高温蒸气热泵系统各组成部件， 所述高温蒸气热 泵系统的结构包括水源热泵模块、 蒸气产生模块和用户方， 其中， 所述水源热泵模块的部件 包括蒸发器、 涡旋压缩机、 第一冷凝器和第一热力膨胀阀， 所述蒸气产生模块的部件包括闪 蒸罐、 螺杆压缩机、 第二冷凝器、 液体收集器和第二热力膨胀阀； 根据所述高温蒸气热泵系统的结构， 确定工质交互状态， 选取所述高温蒸气热泵系统 的制冷剂； 结合实际工业对于蒸气温度 以及系统能耗的要求， 确定高温蒸气热泵系统的初始参 数， 以作为系统动态建模的初始状态； 建立高温蒸气热泵系统中各个部件的数学模型， 其中， 利用移动边界法和集中参数法 对所述蒸发器、 所述第一冷凝器、 所述第二冷凝器和所述闪蒸 罐建立集中参数模 型， 利用经 验公式对所述涡旋压缩机、 所述螺杆压缩机、 所述第一热力膨胀阀和所述第二热力膨胀阀 建立稳态模型； 根据高温蒸气热泵系统中各个部件的数学模型， 在仿真平台上开发各个部件的数学模 型对应的仿真模块， 以及， 根据高温蒸气热泵的系统结构， 在仿真平台上利用仿真模块， 进 行仿真模拟。 2.根据权利要求1所述的一种高温蒸气热泵动态建模方法， 其特征在于， 所述根据 所述 高温蒸气热泵系统的结构， 确定 工质交互状态， 选取制冷剂， 包括： 筛选常用的热泵工质， 建立工质理论循环计算模型， 利用REFPROP， 确定常用的热泵工 质中具体工质的物性参数， 计算具体工质的性能参数， 所述性能参数包括冷凝压力、 压缩 比、 排气温度、 单位 容积制热量和性能系数； 比较常用的热泵工质的性能参数， 选取 所述高温蒸气热泵系统的制冷剂。 3.根据权利要求2所述的一种高温蒸气热泵动态建模方法， 其特征在于， 所述高温蒸气 热泵系统的制冷剂为五氟丙烷。 4.根据权利要求1所述的一种高温蒸气热泵动态建模方法， 其特征在于， 所述蒸发器、 第一冷凝器和 第二冷凝器采用人字板式换热器， 所述高温蒸气热泵系统的初始 参数包括换 热器的结构参数， 所述换热器的结构参数包括板片间距、 板片厚度、 通道长度、 当量直径、 流 程数、 冷凝器板片数、 蒸发器板片数、 波纹倾 斜角和单通道横截面积。 5.根据权利要求4所述的一种高温蒸气热泵动态建模方法， 其特征在于， 所述高温蒸气 热泵系统的初始参数还包括换热器的管道参数， 所述换热器的管道参数包括管道长度、 换 热面积、 换 热器截面积、 换 热管道提及和换 热管道当量 直径。 6.根据权利要求1所述的一种高温蒸气热泵动态建模方法， 其特征在于， 根据制冷剂工 质相态变化， 将蒸发器 分为两相区域和过热区域， 将冷凝器分为过冷区域、 两相区域和过热 区域。 7.根据权利要求1所述的一种高温蒸气热泵动态建模方法， 其特征在于， 所述根据高温 蒸气热泵的系统结构， 在仿真平台上利用仿真模块， 进行仿真模拟， 包括： 按照工质的循环顺序， 将各个部件连接起来， 以工质在一个部件的出口状态作为下一 个部件的进口参数， 根据质量守恒和能量守恒， 采用序贯模块法对所有仿真模块依照计算 顺序逐一 求解， 如果遇 到循环物流， 则反复迭代计算 直至循环收敛。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114036692 A 28.一种高温蒸气热泵动态建模系统， 其特征在于， 所述一种高温蒸气热泵动态建模系 统用于执 行权利要求1 ‑7任一项所述的一种高温蒸气热泵动态建模方法， 包括： 结构组成模块， 用于根据高温蒸气热泵系统的结构， 确定高温蒸气热泵系统各组成部 件， 所述高温蒸气热泵系统的结构包括水源热泵模块、 蒸气产生模块和用户方， 其中， 所述 水源热泵模块的部件包括蒸发器、 涡旋压缩机、 第一冷凝器和 第一热力膨胀阀， 所述蒸气产 生模块的部件 包括闪蒸罐、 螺杆压缩机、 第二冷凝器、 液体收集器和第二热力膨胀阀； 制冷剂模块， 用于根据 所述高温蒸气热泵系统的结构， 确定工质交互状态， 选取所述高 温蒸气热泵系统的制冷剂； 初始参数模块， 用于结合实 际工业对于蒸气温度以及系统能耗的要求， 确定高温蒸气 热泵系统的初始参数， 以作为系统动态建模的初始状态； 建模模块， 用于建立高温蒸气热泵系统中各个部件的数学模型， 其中， 利用移动 边界法 和集中参数法对所述蒸发器、 所述第一冷凝器、 所述第二冷凝器和所述闪蒸罐建立集中参 数模型， 利用经验公式对所述涡旋压缩机、 所述螺杆压缩机、 所述第一热力膨胀阀和所述第 二热力膨胀阀建立稳态模型； 仿真模块， 用于根据高温蒸气热泵系统中各个部件的数学模型， 在仿真平台上开发各 个部件的数学模型对应的仿 真模块， 以及， 根据高温蒸气热泵的系统结构， 在仿 真平台上利 用仿真模块， 进行仿真模拟。 9.根据权利要求8所述的一种高温蒸气热泵动态建模系统， 其特征在于， 所述制冷剂模 块包括： 性能单元， 用于筛选常用的热泵工质， 建立工质理论循环计算模型， 利用REFPROP， 确定 常用的热泵工质中具体工质的物性参数， 计算具体工质的性能参数， 所述性能参数包括冷 凝压力、 压缩比、 排气温度、 单位 容积制热量和性能系数； 比较单元， 用于比较常用的热泵工质的性能参数， 选取所述高温蒸气热泵系统的制冷 剂。 10.根据权利要求8所述的一种高温蒸气热泵动态建模系统， 其特征在于， 所述仿真模 块包括： 按照工质的循环顺序， 将各个部件连接起来， 以工质在一个部件的出口状态作为下一 个部件的进口参数， 根据质量守恒和能量守恒， 采用序贯模块法对所有仿真模块依照计算 顺序逐一 求解， 如果遇 到循环物流， 则反复迭代计算 直至循环收敛。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114036692 A 3