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CN116150922B - 储能管路系统的设计方法 - Google Patents

储能管路系统的设计方法 Download PDF

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CN116150922B
CN116150922B CN202211726535.8A CN202211726535A CN116150922B CN 116150922 B CN116150922 B CN 116150922B CN 202211726535 A CN202211726535 A CN 202211726535A CN 116150922 B CN116150922 B CN 116150922B
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Abstract

本发明涉及仿真计算技术领域，尤其涉及一种储能管路系统的设计方法，包括：S1：确定系统评估目标；S2：绘制储能管路系统的流程图；S3：通过软件中的控制单元建立满足排气阀的特征的排气阀仿真模型；S4：设置仿真模型参数以及环境参数；S5：设置可调节参数并进行计算，得到计算结果后，调整可调节参数并再次进行计算，重复调整和计算，直到满足系统评估目标为止；S6：根据步骤S5的最终计算结果，对储能管路系统的容器罐和排气阀进行选型。将系统评估目标设置为避免系统漏液、压力波动等情况发生的条件时，通过上述的仿真建模和计算，并根据最终的计算结果对容器罐和排气阀进行选型，即可有效避免系统漏液、压力波动等情况的发生。

Description

储能管路系统的设计方法
技术领域
本发明涉及仿真计算技术领域，尤其涉及一种储能管路系统的设计方法。
背景技术
在储能电站的液冷管道系统中，储能管路系统需要消除由于受到加热、冷却、泵的启停以及高低温变化的影响，导致的储能管路系统漏液、系统压力剧增、波动等风险。在储能管路系统中设置容器罐以及排气阀是解决上述问题的途径，但目前没有合适的方法确定容器罐以及排气阀的规格，仍不能很好地解决上述问题。
因此，亟需一种储能管路系统的设计方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种储能管路系统的设计方法，有助于确定容器罐以及排气阀的规格，从而解决储能管路系统的漏液、压力波动等风险。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种储能管路系统的设计方法，包括以下步骤：
S1：确定系统评估目标；
S2：绘制储能管路系统的流程图；
S3：通过软件中的控制单元建立满足排气阀的特征的排气阀仿真模型；
S4：设置仿真模型参数以及环境参数；
S5：设置可调节参数并进行计算，得到计算结果后，调整所述可调节参数并再次进行计算，重复调整和计算，直到满足所述系统评估目标为止；
S6：根据步骤S5的最终计算结果，对所述储能管路系统的容器罐和所述排气阀进行选型。
作为储能管路系统的设计方法的一种优选方案，所述系统评估目标包括对以下参数的取值范围的限定：泵前压力、系统最高压力、所述容器罐的压力波动、所述容器罐的液体体积、排气阀的液体体积以及系统流量。
作为储能管路系统的设计方法的一种优选方案，所述系统评估目标包括：所述泵前压力大于-20kPa，所述系统最高压力小于300kPa，所述容器罐的压力波动小于50kPa，所述容器罐的液体体积大于0，所述排气阀的液体体积大于0。
作为储能管路系统的设计方法的一种优选方案，所述可调节参数包括所述容器罐的容积、所述容器罐的初始压力、所述容器罐的气体体积以及所述排气阀的开启压力。
作为储能管路系统的设计方法的一种优选方案，采用AMESIM软件进行建模和仿真计算。
作为储能管路系统的设计方法的一种优选方案，所述排气阀特征包括：所述排气阀在达到高压含气设定值时开阀排气，在达到第一低压设定值时开阀吸气，以保持最小压力设定值。
作为储能管路系统的设计方法的一种优选方案，步骤S3中，所述排气阀仿真模型还满足：以所述排气阀的气体体积为目标，通过PID单元控制所述排气阀的压力，所述排气阀在开阀吸气过程中，通过饱和单元，在达到第二低压设定值时，饱和单元输出的偏差为0.001，进排气单元输入所述排气阀的腔体容纳罐单元的节点压力。
作为储能管路系统的设计方法的一种优选方案，所述仿真模型参数包括制冷液的容积以及所述制冷液在温度变化时的体积变化率。
作为储能管路系统的设计方法的一种优选方案，所述环境参数包括环境温度的取值范围以及泵的启停频率。
作为储能管路系统的设计方法的一种优选方案，步骤S6之后还包括：
S7：根据所述容器罐的容积、所述容器罐的初始压力、所述容器罐的气体体积，计算得到所述容器罐的真空压力，以便调节所述容器罐的实际压力等于所述容器罐的初始压力。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种储能管路系统的设计方法，包括以下步骤：S1：确定系统评估目标；S2：绘制储能管路系统的流程图；S3：通过软件中的控制单元建立满足排气阀的特征的排气阀仿真模型；S4：设置仿真模型参数以及环境参数；
S5：设置可调节参数并进行计算，得到计算结果后，调整可调节参数并再次进行计算，重复调整和计算，直到满足系统评估目标为止；S6：根据步骤S5的最终计算结果，对储能管路系统的容器罐和排气阀进行选型。将系统评估目标设置为避免系统漏液、压力波动等情况发生的条件时，通过上述的仿真建模和仿真计算，即可得到满足系统评估目标的可调整参数，并根据最终的计算结果对储能管路系统的容器罐和排气阀进行选型，即可保证容器罐和排气阀的规格能够有效避免系统漏液、压力波动等情况的发生。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的储能管路系统的设计方法的流程图；
图2是本发明实施例所提供的储能管道系统的排气阀仿真模型；
图3是本发明实施例所提供的储能管路系统的环境温度变化与泵启停工况的仿真数据图；
图4是本发明实施例所提供的储能管路系统(是否具有排气阀)的容器罐内的压力随温度变化的仿真数据图；
图5是本发明实施例所提供的储能管路系统(是否具有排气阀)的容器罐的气体体积的变化趋势仿真数据图；
图6是本发明实施例所提供的容器罐以及管路、阀组的结构示意图。
图中：
11、容器罐；12、第一阀；13、第二阀；
211、饱和单元；212、PID单元；213、进排气单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，本实施例的储能管路系统的设计方法包括以下步骤：
S1：确定系统评估目标。
优选地，系统评估目标包括对以下参数的取值范围的限定：泵前压力、系统最高压力、容器罐11的压力波动、容器罐11的液体体积、排气阀的液体体积以及系统流量。优选地，系统评估目标包括：泵前压力大于-20kPa，系统最高压力小于300kPa，容器罐11的压力波动小于50kPa，容器罐11的液体体积大于0，排气阀的液体体积大于0，即可避免系统漏液、压力波动等情况发生。
S2：绘制储能管路系统的流程图。储能管路系统包含储能液冷机组和储能管道系统，其中储能液冷机组中包含容器罐11，储能管道系统中包含排气阀。或者储能管道系统中也可以不包含排气阀。对上述两种情况分别进行模拟计算，即可得到是否设置排气阀对容器罐11内的压力以及气体体积的影响。
S3：通过软件的控制单元建立排气阀仿真模型。
优选地，采用AMESIM软件进行建模和仿真计算。另外，如图2所示，该排气阀仿真模型需满足排气阀的特征。
优选地，排气阀的特征包括：排气阀在达到高压含气设定值的情况下开阀排气，在达到第一低压设定值的情况下开阀吸气，以保持最小压力设定值或略小于环境压力。
优选地，步骤S3中，排气阀仿真模型还满足：以排气阀的气体体积为目标，通过PID单元212控制排气阀的压力，排气阀在开阀吸气过程中，通过饱和单元211，在达到第二低压设定值时，饱和单元211输出的偏差为0.001，实际上接近0，进排气单元213输入排气阀的腔体容纳罐单元的节点压力。
S4：设置仿真模型参数以及环境参数。
优选地，仿真模型参数包括制冷液的容积以及制冷液在温度变化时的体积变化率。例如，制冷液的容积为7L，温度导致的体积变化率为5％。当然在其他实施例中可根据实际情况选择其他的取值，在此不做限定。
优选地，环境参数包括环境温度的取值范围以及泵的启停频率。图3展示了本实施例中选取的泵的启停频率，以及环境温度的取值范围和变化趋势。
S5：设置可调节参数并进行计算，得到计算结果后，调整可调节参数并再次进行计算，重复调整和计算，直到满足系统评估目标为止。
优选地，可调节参数包括容器罐11的容积、容器罐11的初始压力、容器罐11的气体体积以及排气阀的开启压力。在本实施例中，仿真结果如下：容器罐11的容积为3L，容器罐11的初始压力为20kPa，容器罐11的气体体积为1.9L，排气阀的开启压力为-5kPa。即当满足上述取值条件时，该储能管路系统能够满足系统评估目标，即可避免系统漏液、压力波动等情况发生。
图4展示了带有排气阀和不带有排气阀，两种情况下，容器罐11内的压力随环境温度的变化。图5展示了与图4相应的容器罐11的气体体积的变化趋势。需要说明的是，图中标注的储液罐即为容器罐11。
S6：根据步骤S5的最终计算结果，对储能管路系统的容器罐11和排气阀进行选型。
优选地，步骤S6之后还包括S7，即根据容器罐11的容积、容器罐11的初始压力、容器罐11的气体体积，计算得到容器罐11的真空压力，以便调节容器罐11的实际压力等于容器罐11的初始压力。
如图6所示，调节容器罐11的初始压力的步骤如下：
根据仿真结果，容器罐11的容积为V，容器罐11的初始压力为P，容器罐11的气体体积为Vg。在储能管路系统排气之后，首先关闭第二阀13，打开第一阀12，排空容器罐11中的冷却液，容器罐11目前的压力为大气压，气体体积为初始的容积V。
然后通过注液口对容器罐11抽真空，注液口即与第一阀12连通且远离第二阀13的管路开口。真空压力P1满足：P×Vg＝P1×V，所以，P1＝(Vg/V)×P，得到真空压力P1，并根据该取值对容器罐11抽真空。
通过注液口对真空的容器罐11进行注液，直至容器罐11的压力达到初始压力P。
最后，关闭第一阀12，打开第二阀13，完成注液过程，即完成容器罐11的初始工作。
通过上述设计方法对容器罐11和排气阀进行选型的储能管路系统，即可有效避免系统漏液、压力波动等情况的发生。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.储能管路系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定系统评估目标；
S2：绘制储能管路系统的流程图；
S3：通过软件中的控制单元建立满足排气阀的特征的排气阀仿真模型；
S4：设置仿真模型参数以及环境参数；
S5：设置可调节参数并进行计算，得到计算结果后，调整所述可调节参数并再次进行计算，重复调整和计算，直到满足所述系统评估目标为止；
S6：根据步骤S5的最终计算结果，对所述储能管路系统的容器罐(11)和所述排气阀进行选型；
所述排气阀的特征包括：所述排气阀在达到高压含气设定值时开阀排气，在达到第一低压设定值时开阀吸气，以保持最小压力设定值；
步骤S3中，所述排气阀仿真模型还满足：以所述排气阀的气体体积为目标，通过PID单元(212)控制所述排气阀的压力，所述排气阀在开阀吸气过程中，通过饱和单元(211)，在达到第二低压设定值时，饱和单元(211)输出的偏差为0.001，进排气单元(213)输入所述排气阀的腔体容纳罐单元的节点压力；
所述仿真模型参数包括制冷液的容积以及所述制冷液在温度变化时的体积变化率；
所述环境参数包括环境温度的取值范围以及泵的启停频率。
2.根据权利要求1所述的储能管路系统的设计方法，其特征在于，所述系统评估目标包括对以下参数的取值范围的限定：泵前压力、系统最高压力、所述容器罐(11)的压力波动、所述容器罐(11)的液体体积、所述排气阀的液体体积以及系统流量。
3.根据权利要求2所述的储能管路系统的设计方法，其特征在于，所述系统评估目标包括：所述泵前压力大于-20kPa，所述系统最高压力小于300kPa，所述容器罐(11)的压力波动小于50kPa，所述容器罐(11)的液体体积大于0，所述排气阀的液体体积大于0。
4.根据权利要求1所述的储能管路系统的设计方法，其特征在于，所述可调节参数包括所述容器罐(11)的容积、所述容器罐(11)的初始压力、所述容器罐(11)的气体体积以及所述排气阀的开启压力。
5.根据权利要求1所述的储能管路系统的设计方法，其特征在于，采用AMESIM软件进行建模和仿真计算。
6.根据权利要求1-5任一项所述的储能管路系统的设计方法，其特征在于，步骤S6之后还包括：
S7：根据所述容器罐(11)的容积、所述容器罐(11)的初始压力、所述容器罐(11)的气体体积，计算得到所述容器罐(11)的真空压力，以便调节所述容器罐(11)的实际压力等于所述容器罐(11)的初始压力。
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