专利名称：一种冷热电三联供设备能效优化调度系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷热电三联供系统，尤其是关于冷热电三联供系统的能源管理优化调 度系统。
背景技术：
冷热电三联供系统是一种用于楼宇或区域型建筑分布式供冷、供热、供电三种能 源供应的系统，系统主要设备包括发电机组、余热利用设备、制冷、制热等设备。其采用小规 模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户端，向用户提供冷、热、电能，冷热电三联供系 统可以提高能源综合利用率和供电安全性，实现按需供能以及为用户提供更多选择，分布 式能源系统成为全球电力行业和能源产业的重要发展方向，是解决全球能源紧缺问题的重 要途径之一。公告号为CN1945472A的中国发明专利公开了一种冷热电三联供能源供应系统的 集中优化控制方法，其在终端设备控制单元存储设备不同数据信息；通过设备接口单元建 立接口程序通用通道，将设备数据信息与中央控制单元接通并实时通讯，中央控制单元依 据设备数据信息和约束条件判别选择器的选择结果，运行优化数学模型函数器，并依据该 运行结果输出控制信号，控制终端设备的运行状态或调整设备的运行参数。该发明公布的 技术方案，通过设备接口单元建立接口通道，把终端设备的数据信息传递中央控制单元，利 用优化模型函数器，求解优化目标函数，中央控制单元根据优化目标函数的运算结果集中 控制终端设备的运行状态，对优化控制、节能、降低成本有一定的作用，但该发明提出的集 中优化控制方法，仅采集能源供应系统终端设备信息，却不采集负荷系统的信息，尤其是负 荷系统中有关能量需求的信息。因此，该优化控制方法只能实现能源供应子系统中各终端 设备运行状态最优，却无法实现能源网络全局范围内能量生产与需求之间的最优匹配。这 种寻求局部最优的控制方法，不仅隐含负荷子系统能量需求得不到满足的缺陷，还可能导 致能量供应超过负荷需求，进而造成能源浪费和能效低下的严重后果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷热电三联供设备能效优化调度系统，解决冷热电三 联供系统在运行调度过程中，维持能量供给与负荷需求之间最佳平衡状态所涉及的自动优 化控制技术问题。本发明的目的是通过以下的技术方案来解决的一种冷热电三联供设备能效优化调度系统，其与冷热电三联供子系统、负荷子系 统相联，其特征在于其还包括人机接口模块，以及与人机接口模块互连的需求预测模块、 边界分析模块、约束处理模块、寻优模块、性能评价模块、知识处理模块、数据存储模块、过 程接口模块；数据存储模块与上述的各功能模块相连接，存储来自人机接口模块、寻优模块、性 能评价模块、过程接口模块的信息或数据，并将有关信息传输给过程接口模块、知识处理模
3块、需求预测模块、边界分析模块、约束处理模块、人机接口模块；
过程接口模块还分别与冷热电三联供子系统、负荷子系统互连；约束处理模块上游还连接有需求预测模块和知识处理模块，约束处理模块依据热 力学规律，以及对三联供子系统和负荷子系统输入/输出能量检测，通过能量平衡计算，确 定寻优计算过程的约束方程；需求预测模块根据用户输入信息、负荷系统经验数据和预测 模型，确定能源网络的能量需求；知识处理模块对来自数据存储模块记录的数据进行处理， 供其他功能模块使用；边界分析模块、约束处理模块、性能评价模块分别与寻优模块相连，来自边界分析 模块和约束处理模块的信息先流向寻优模块，根据优化模型和寻优计算规则寻优求解，再 将寻优求解结果信息输入性能评价模块，计算最佳能效模型输出，再通过数据存储模块、过 程接口模块，供冷热电三联供子系统、负荷子系统作能效优化调度控制用。上述的冷热电三联供设备能效优化调度系统，其还包括模型维护模块，其上游连 接有数据处理模块、知识处理模块、人机接口模块，模型维护模块下游连接有需求预测模 块、性能评价模块、寻优模块和人机接口模块，模型维护模块以数据存储模块记录的历史数 据为基础，使用模型辩识技术，并借助知识处理模块存储的经验知识，对预测模型、能效模 型和寻优计算模型持续不断地改进。上述的冷热电三联供设备能效优化调度系统，所述的人机接口模块为操作者与优 化调度系统各功能模块之间的信息交互提供了软/硬件平台，包括显示屏和键盘、鼠标，显 示屏为操作员显示各功能模块实测数据、中间变量和处理结果的实时数据与历史记录；操 作员通过人机接口模块的键盘和鼠标，指导和操纵系统各功能模块完成其相应功能。本发明的有益效果是本发明的能效优化调度系统，通过对负荷系统能量需求预测和相关优化计算，完 成发电机组和空调机组等能源转换设备能量产出的优化调度过程，实现三联供系统冷热电 供给与需求之间的动态平衡，不仅保证了负荷系统能量需求得到满足，而且有效避免能源 浪费，提高能源利用效率，达到节能减排效果。
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的结构原理图。图中1.人机接口模块，2.边界分析模块，3.约束处理模块，4.寻优模块，5.需求 预测模块，6.数据存储模块，7.过程接口模块，8.性能评价模块，9.模型维护模块，10.知识 处理模块，11.负荷子系统，12.三联供子系统。
具体实施例方式如图1所示，本发明的冷热电三联供系统能效优化调度系统通过过程控制模块分 别与三联供子系统12和负荷子系统11相连接，其功能模块包括人机接口模块1、需求预 测模块5、边界分析模块2、约束处理模块3、寻优模块4、性能评价模块8、模型维护模块9、 知识处理模块10、数据存储模块6、过程接口模块7。各模块之间的连接关系如下
人机接口模块1是优化调度系统的信息枢纽，与其它各功能模块都有双向信息和 数据连接。数据存储模块6是优化调度系统的数据存储中心，也与其它各功能模块都有双 向信息和数据连接，与各功能模块维持快速的数据交换通道。需求预测模块5和知识处理 模块10是约束处理模块3的数据预处理单元，布置在约束处理模块3的上游。边界分析模 块2、约束处理模块3、寻优模块4和性能评价模块8是优化调度系统的核心功能模块，按信 息流向表示的顺序连接关系为(边界分析模块2+约束处理模块3)—寻优模块4 —性能 评价模块8。过程接口模块7是优化调度系统与三联供子系统12和负荷子系统11之间双 向信息交换的连接通道。模型维护模块9是优化调度系统的辅助模块。各软件模块的功能描述如下需求预测模块5根据用户输入信息、负荷系统经验数据和预测模型，确定能源网 络的能量需求。边界分析模块2根据三联供系统运行经验数据、能源转换设备特性和能量负荷的 变化规律，确定寻优计算过程必需的边界条件。约束处理模块3依据相关的热力学规律，通过对三联供系统和负荷系统输入/输 出能量检测，以及产热和做功数量的平衡计算，得到寻优计算过程的约束方程。寻优模块4根据优化模型和寻优计算规则，在边界条件和约束方程共同构筑的整 个解空间内搜寻可行解。性能评价模块8将寻优过程产生的可行解作为输入参数，计算能效模型的输出， 然后用规定的性能指标对能效模型输出进行评估，并根据评估结论决定寻优过程是否结 束。寻优过程结束时保留的可行解就是最优解，即为能源转换设备的最优调度数据。最优 解对应的能效模型输出，即为能效最优值。模型维护模块9以数据存储模块6记录的历史数据为基础，使用模型辩识技术，并 借助知识处理模块10存储的经验知识，对预测模型、能效模型和寻优计算模型持续不断地 改进。知识处理模块10对数据存储模块6记录的历史数据进行处理，寻找规律性的数据 特征作为经验知识存储起来，以便需求预测模块5、边界分析模块2、约束处理模块3、性能 评价模块8和模型维护模块9使用。数据存储模块6记录来自过程接口模块7的检测数据，包括热工参数和电气参数。 实时检测数据和历史数据是优化调度系统的数据源。数据存储模块6也记录寻优模块4和 性能评价模块8的中间数据和处理结果；中间数据记录优化进程；处理结果作为三联供系 统的优化调度数据记录在数据存储模块6中。人机接口模块1通过显示屏和键盘、鼠标，为操作者与优化调度系统各功能模块 之间的信息交互提供了软/硬件平台。过程接口模块7是优化调度系统与被控过程之间的双向数据通道。优化调度系统 通过该接口获取三联供系统运行参数和冷热电负荷的实时数据；优化调度数据也是通过该 接口分时下载至三联供系统设备控制单元。本发明的工作原理如下(1)需求预测模块5汇集人机接口模块1获得的用户输入信息、检索数据存储模 块6记录的负荷系统历史数据、搜寻知识处理模块10保存的负荷系统经验知识，并以这些数据信息和经验知识为输入，通过预测模型计算确定能源网络的能量需求。(2)边界分析模块2检索数据存储模块6记录的三联供系统历史数据，分析能源转 换设备特性和能量负荷的变化规律，通过人机接口模块1接受操作人员指导，综合确定寻 优计算过程必需的边界条件。(3)约束处理模块3通过人机接口模块1接受操作人员选定的热力学平衡公式，调 用过程接口模块7得到的三联供系统和负荷系统输入/输出能量检测数据，通过热功平衡 计算得到本次寻优计算过程适用的约束方程。(4)寻优模块4根据优化模型和寻优计算规则，在边界条件和约束方程共同构筑 的整个解空间内搜寻可行解。(5)性能评价模块8将寻优过程产生的可行解作为输入，计算能效模型的输出，然 后用操作员选定的性能指标对能效模型输出进行评价，并根据评价结果决定寻优过程是否 结束。如果性能评价结果达不到规定指标要求，则返回到第(4)步继续寻优；否则，结束寻 优过程；寻优结束的判断条件还包括意外终止。寻优过程正常结束时，数据存储模块6保存 的可行解就是最优解，也是能源转换设备的最优调度数据。最优解对应的能效模型输出，即 为能效最优值，并计算出最低能耗值。(6)模型维护模块9在操作员指导下，采用模型辩识技术，利用数据存储模块6的 历史数据和知识处理模块10的经验知识，对预测模型、能效模型和寻优计算模型持续不断 地改进。(7)知识处理模块10通过人机接口模块1接受操作员指导，寻找并分析数据存储 模块6历史数据的规律和特征，标记为经验知识提供给需求预测模块5、边界分析模块2、约 束处理模块3、性能评价模块8和模型维护模块9使用。(8)数据存储模块6分发并记录来自过程接口模块7的热工和电气测量参数，为优 化调度系统提供数据源。(9)人机接口模块1的显示屏为操作员显示优化调度系统各功能模块实测数据、 中间变量和处理结果的实时数据与历史记录。操作员通过人机接口模块1的键盘和鼠标， 指导和操纵优化调度系统各功能模块完成其相应功能。(10)过程接口模块7采集三联供系统和负荷系统的测量参数，并分时下载优化调 度数据至三联供系统能源转换设备的控制单元，最终完成三联供系统能效优化调度过程。本发明所示能效优化调度系统，应用于以三联供系统为代表的分布式能源网络， 在对能量需求正确预测基础上，通过对发电机组和空调机组等能源转换设备能量产出的优 化调度，实现了三联供系统冷热电能量供给与负荷需求之间的动态平衡，不仅保证了负荷 系统能量需求得到满足，而且有效避免三联供系统能源浪费，提高能源利用效率，达到节能 减排效果。这种优化调度系统还通过相应的模型维护功能模块，维持良好的模型精度，稳定该优化调度系统在三联供系统中的实际应用效果。以上实施例仅用于说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案，并不局限于以 上的形式，还可以对本发明进行修改或等同的替换；一切不脱离本发明的精神和范围的技 术方案及其改进，都将落入本发明的保护范围。
权利要求
一种冷热电三联供设备能效优化调度系统，其与冷热电三联供子系统(12)、负荷子系统(11)相连，其特征在于其还包括人机接口模块(1)，以及与人机接口模块(1)互连的需求预测模块(5)、边界分析模块(2)、约束处理模块(3)、寻优模块(4)、性能评价模块(8)、知识处理模块(10)、数据存储模块(6)、过程接口模块(7)；数据存储模块(6)与上述的各功能模块相连接，存储来自人机接口模块(1)、寻优模块(4)、性能评价模块(8)、过程接口模块(7)的信息或数据，并将有关信息传输给过程接口模块(7)、知识处理模块(10)、需求预测模块(5)、边界分析模块(2)、约束处理模块(3)、人机接口模块(1)；过程接口模块(7)还分别与冷热电三联供子系统(12)、负荷子系统(11)互连；约束处理模块(3)上游还连接有需求预测模块(5)和知识处理模块(10)，约束处理模块(3)依据热力学规律，以及对三联供子系统(12)和负荷子系统(11)输入/输出能量进行检测，通过能量平衡计算，确定寻优计算过程的约束方程；需求预测模块(5)根据用户输入信息、负荷系统经验数据和预测模型，确定能源网络的能量需求；知识处理模块(10)对来自数据存储模块(6)记录的数据进行处理，供其他功能模块使用；边界分析模块(2)、约束处理模块(3)、性能评价模块(8)分别与寻优模块(4)相连，来自边界分析模块(2)和约束处理模块(3)的信息先流向寻优模块(4)，根据优化模型和寻优计算规则寻优求解，再将寻优求解结果信息输入性能评价模块(8)，计算最佳能效模型输出，再通过数据存储模块(6)、过程接口模块(7)，供冷热电三联供子系统(12)、负荷子系统(11)作能效优化调度控制用。
2.根据权利要求1所述的冷热电三联供设备能效优化调度系统，其特征在于其还包 括模型维护模块(9)，其上游连接有数据处理模块、知识处理模块(10)、人机接口模块(1)， 模型维护模块(9)下游连接有需求预测模块(5)、性能评价模块(8)、寻优模块(4)和人机 接口模块(1)，模型维护模块(9)以数据存储模块(6)记录的历史数据为基础，使用模型辩 识技术，并借助知识处理模块(10)存储的经验知识，对预测模型、能效模型和寻优计算模 型持续不断地改进。
3.根据权利要求1或2所述的冷热电三联供设备能效优化调度系统，其特征在于所 述的人机接口模块(1)为操作者与优化调度系统各功能模块之间的信息交互提供了软/硬 件平台，包括显示屏和键盘、鼠标，显示屏为操作员显示各功能模块实测数据、中间变量和 处理结果的实时数据与历史记录；操作员通过人机接口模块(1)的键盘和鼠标，指导和操 纵统各功能模块完成其相应功能。
全文摘要
本发明公开了一种冷热电三联供设备能效优化调度系统，其通过过程接口模块与冷热电三联供子系统、负荷子系统相联，其还包括与人机接口模块互连的需求预测模块、边界分析模块、约束处理模块、寻优模块、性能评价模块、知识处理模块、数据存储模块、过程接口模块；本发明通过对负荷系统能量需求预测和相关优化计算，完成对能源转换设备能量产出的优化调度，可以实现冷热电供给与需求之间的动态平衡，达到了提高能源利用效率，节能减排目的。
文档编号G05B19/418GK101813941SQ20101014799
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者左臻, 江兵, 郭振市 申请人:上海齐耀动力技术有限公司