专利名称：一种燃气型冷热电联供系统的优化调度装置及方法
技术领域：
本发明属于设备优化运行技术领域，尤其涉及一种燃气型冷热电联供系统的优化调度装置及方法。
背景技术：
燃气型冷热电联供系统以天然气为主要燃料(也可使用煤气、沼气或油气等其它可燃气体)，将燃气轮机、发电机、热回收和制冷装置整合为一个整体，通过统一管理制冷、 供热及供电过程，实现能源的梯级利用，进而达到提高能源利用效率，减少污染物排放的目的。有资料显示，冷热电联供系统的燃料利用效率可达70% 90%，明显优于传统燃煤机组。但是，冷、热、电能的产生在燃气型联供系统中是由不同装置完成的，各装置之间必须密切配合，才能实现能量转换过程中的逐级匹配；同时，冷、热、电能的负荷需求存在很大的不确定性，季节、天气、工农业生产、社会生活、重大活动等都会对其产生显著影响。因此，只有根据负荷变化及节能环保需求，适时调整冷热电联供系统的运行方式，提高机组运行水平，才能充分发挥其结构优势，有效提高系统的综合效益。目前，燃气型冷热电联供系统的典型运行模式有两种以电定热模式和以热定电模式。在以电定热模式下，燃气轮机带动发电机产生的电能完全匹配用户对电负荷的需求，其排放的高温烟气(废热)送入热回收装置，制冷和加热装置将回收的热能转换为用户所需的冷、热负荷(制冷和加热装置均需要热能驱动)。此时，若热回收装置回收的热能多于用户的冷、热负荷需求，则多余的热能需要存储于储热装置；若回收的热能少于用户的冷、热负荷需求，则需要启动辅助锅炉，通过燃烧燃气，补足热量供应的差额。通常，燃气轮机排放的废热与用户的冷、热负荷需求是不匹配的。在以热定电模式下，热回收装置回收燃气轮机排放的高温烟气，其产生的热能将完全匹配用户对于冷、热负荷的需求。此时，燃气轮机带动发电机产生的电能通常不能完全匹配用户的电负荷需求若发出的电能多于用户的需求，则多余的电能卖给电网；若发出的电能少于用户需求，则差额部分通过从电网购电补足。基于上述两种基本的运行模式，目前常用的调度策略(确定机组当前应该运行在何种模式)主要以满足用户的负荷需求为目标，基本不考虑能源消耗和污染物排放等问题。但是，随着一次能源价格的波动、上网电价的变化以及环保指标等的约束，在相同的冷、 热、电负荷需求条件下，采用不同的运行模式，冷热电联供系统的性能会体现出显著的差异。为此，有必要按照一定的优化指标，构造优化策略，研制优化调度装置，实时调整系统的运行模式，使机组始终运行在综合性能较好的运行模式，从而有效提高冷热电联供系统的整体性能
发明内容
针对上述背景技术中提到现有冷热电联供系统的调度策略没有考虑能源消耗和污染排放等不足，本发明提出了一种燃气型冷热电联供系统的优化调度装置及方法。本发明的技术方案是，一种燃气型冷热电联供系统的优化调度装置，其特征是该优化调度装置包括人机界面、数据采集与管理器、综合性能运算器和运行模式选择器；所述人机界面与数据采集与管理器连接；数据采集与管理器分别与综合性能运算器和运行模式选择器连接；综合性能运算器和运行模式选择器连接；所述人机界面用于输入数据和显示图像；所述数据采集与管理器用于采集、存储和管理冷热电联供系统的数据；所述综合性能运算器用于计算系统在各运行模式下的综合性能；所述运行模式选择器用于运行模式的选择。一种使用权利要求1所述的优化调度装置进行运行模式优化调度的方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1 数据采集与管理器从冷热电联供系统现有的控制环路中实时采集用户的负荷需求数据，并通过人机界面输入设备效率、转换系数和能源价格参数到数据采集与管理器，数据采集与管理器将采集到的数据经有效性判别后以不同的存储频率存入数据库， 供综合性能运算器和运行模式选择器调用；步骤2 综合性能运算器从数据采集与管理器提取指定数据，计算出以电定热模式下和以热定电模式下的冷热电联供系统的综合性能数据，将计算出的各项性能数据通过人机界面进行数据值及趋势图的显示；步骤3 运行模式选择器根据综合性能计算器计算出的性能数据以及通过数据采集与管理器获得的用户的能量需求数据，按照内置的优化调度规则确定出使系统性能最优的运行模式，并将运行模式数据通过数据采集与管理器送入冷热电联供系统的运行控制环路。所述综合性能运算器能够计算并提供给人机界面显示的系统性能数据包括以电定热模式下，系统的总能耗= Fm_FELkf ；
以热定电模式下，系统的总能耗Gm = Egridke+Fm_FTLkf ；
以电定热模式下，系统的二氧化碳排放量=Fm-FEL 卩f ‘
以热定电模式下，系统的二氧化碳排放量cm =Egrid 以(;+FIii-FTL t1 J
以电定热模式下，系统的运行成本0m = Fffl_FELyf+Fm—FELμ f■ Y C ;
以热定电模式下，系统的运行成本可以计为om=F LgridYe+F 1 Iii-FTLYf+FrQ-FTL P ；
以电定热模式下，系统的综合性能JPCfel = ωχGfel ！ GSPω,C 2 COFEL OSP
以热定电模式下，系统的综合性能-JPCftl=COyGfJL I GSPω:C y^FTL 1 cOfYL Osp以上各性能数据中相关参数的定义如下kf为燃气生产及传输损耗系数；ke为电能生产及传输损耗系数；μ f为天然气燃烧过程中二氧化碳的排放系数；μ e为从电网购买的电能在生产过程中二氧化碳的排放系数；
y f为天然气的单位价格；γ。为单位体积的碳排放税；Ye为电网电价；Egrid为系统从电网购买的电量；Fffl_FEL为以电定热模式下系统消耗的燃气总量；Fm_m为以热定电模式下系统消耗的燃气总量；Gsp为单一能量供应系统供应等量用户需求的总能源消耗量；Csp为单一能量供应系统供应等量用户需求的二氧化碳总排放量；Osp为单一能量供应系统供应等量用户需求的总运行成本；O1为总能源消耗量在综合性能指标中的权重系数；ω 2为二氧化碳总排放量在综合性能指标中的权重系数；ω 3为总运行成本在综合性能指标中的权重系数；Co1, ω2,1 ω1+ω2+ω3 = I0所述优化调度规则为 a.若能量需求关系式Ereg = K
权利要求
1.一种燃气型冷热电联供系统的优化调度装置，其特征是该优化调度装置包括人机界面、数据采集与管理器、综合性能运算器和运行模式选择器；所述人机界面与数据采集与管理器连接；数据采集与管理器分别与综合性能运算器和运行模式选择器连接；综合性能运算器和运行模式选择器连接； 所述人机界面用于输入数据和显示图像；所述数据采集与管理器用于采集、存储和管理冷热电联供系统的数据； 所述综合性能运算器用于计算系统在各运行模式下的综合性能； 所述运行模式选择器用于运行模式的选择。
2.一种使用权利要求1所述的优化调度装置进行运行模式优化调度的方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1 数据采集与管理器从冷热电联供系统现有的控制环路中实时采集用户的负荷需求数据，并通过人机界面输入设备效率、转换系数和能源价格参数到数据采集与管理器， 数据采集与管理器将采集到的数据经有效性判别后以不同的存储频率存入数据库，供综合性能运算器和运行模式选择器调用；步骤2 综合性能运算器从数据采集与管理器提取指定数据，计算出以电定热模式下和以热定电模式下的冷热电联供系统的综合性能数据，将计算出的各项性能数据通过人机界面进行数据值及趋势图的显示；步骤3 运行模式选择器根据综合性能计算器计算出的性能数据以及通过数据采集与管理器获得的用户的能量需求数据，按照内置的优化调度规则确定出使系统性能最优的运行模式，并将运行模式数据通过数据采集与管理器送入冷热电联供系统的运行控制环路。
3.根据权利要求2所述的运行模式优化调度的方法，其特征是所述综合性能运算器能够计算并提供给人机界面显示的系统性能数据包括以电定热模式下，系统的总能耗GFa = Fm_FELkf ； 以热定电模式下，系统的总能耗Gm = Egridke+Fm_FTLkf ； 以电定热模式下，系统的二氧化碳排放量CFa = Fffl_FELyf ； 以热定电模式下，系统的二氧化碳排放量Cm = Egridye+Fffl_FTLyf ； 以电定热模式下，系统的运行成本0Fa = FmiY f+Fm—FEL ^fYc;以热定电模式下，系统的运行成本可以计为0FTL — EgricJ Y e+Pm-FTL ^ f+Fm-FTL f c 以电定热模式下，系统的综合性能:IpCFEL = ω, ^ + ω2 ^ + ^3 ；^jSP^SPUsp以热定电模式下，系统的综合性能:IpCFTL = ω, ^ + ω2 ^ + ω, ^ ；^jSPLSPUSP以上各性能数据中相关参数的定义如下 kf为燃气生产及传输损耗系数； 为电能生产及传输损耗系数； μf为天然气燃烧过程中二氧化碳的排放系数； μ e为从电网购买的电能在生产过程中二氧化碳的排放系数； YfS天然气的单位价格；Y。为单位体积的碳排放税；L为电网电价；Eg㈩为系统从电网购买的电量；Fm^为以电定热模式下系统消耗的燃气总量；Fm_m为以热定电模式下系统消耗的燃气总量；Gsp为单一能量供应系统供应等量用户需求的总能源消耗量；Csp为单一能量供应系统供应等量用户需求的二氧化碳总排放量；Osp为单一能量供应系统供应等量用户需求的总运行成本；Q1为总能源消耗量在综合性能指标中的权重系数；ω2为二氧化碳总排放量在综合性能指标中的权重系数；ω 3为总运行成本在综合性能指标中的权重系数；Co1, ω2, ω 3 1 且 ο^+α^+α^ = 1。
4.根据权利要求2所述的运行模式优化调度的方法，其特征是所述优化调度规则为a.若能量需求关系式
全文摘要
本发明公开了设备优化运行技术领域中的一种燃气型冷热电联供系统的优化调度装置及方法。本发明包括人机界面、数据采集与管理器、综合性能运算器和运行模式选择器；数据采集与管理器采集、存储和管理冷热电联供系统的运行数据，人机界面用于人工输入数据并显示计算出的性能参数，综合性能运算器计算以电定热和以热定电模式下的各性能参数，运行模式选择器根据运行数据和性能参数确定出最优运行模式并送回冷热电联供系统的运行控制环路。应用本发明可以使调度冷热电联供系统工作于最佳运行模式，减少能源消耗与温室气体排放，降低运行成本，提高系统的综合运行性能。
文档编号G05B13/00GK102411303SQ20111039822
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者刘吉臻, 房方, 王庆华, 董玉亮 申请人:华北电力大学