一种可再生能源冷热电联供能量优化调度系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冷热电三联供领域，涉及一种基于可再生能源的冷热电联供系统，尤其涉及一种可再生能源冷热电联供能量优化调度系统与方法。
【背景技术】
[0002]能源紧缺和环境污染已成为亟待解决的重大社会问题。据预测，2030年我国能源缺口约为2.5 X 18吨标准煤，2050年将达到4.6 X 18吨标准煤。另一方面，我国现行以火电为主的供能方式能源利用效率低下，浪费严重。更为严重的是，化石燃料燃烧过程中产生的大量有害物使得大气质量日渐恶化，雾霾等极端恶劣天气频发，据测算80%PM2.5污染问题与能源有关。以上种种迹象深刻表明传统能源供应形式存在严重缺陷，业已成为阻碍人类文明发展的姅脚石，建立新型高效、低排放供能方式已是刻不容缓。
[0003]分布式冷热电联供系统是一种基于能源梯级利用原理，集制冷、供热(采暖和供热水)和发电于一体的多联产系统。系统安装在用户附近，“就地取能，即发即用”，近距离供应冷、热、电和生活热水，实现了发电过程余热的有效回收和梯级利用，切实提高了能源的综合利用效率，同时大幅降低了 S0x、N0x和CO2等污染物的排放。因此，分布式冷热电联供将无可置疑地成为能源技术发展的重要方向。
[0004]世界发达国家高度重视分布式供能技术的发展，美国、欧盟和日本等国家都已将其视为21世纪能源领域的优先发展方向之一，并予以大力支持。欧美国家在近20年的新建建筑中大量使用天然气冷热电联供系统，总能效率达到80 % -90 %，同时实现了约20 %的CO2减排率。我国作为世界第二大能源消费国，近年来推出了一系列重大举措，以国家意志大力推进。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》已将分布式能源列为国家大力培育和发展的战略性新兴产业。各地方政府也积极出台针对分布式能源利用的政策与规划，如《上海市能源发展“十二五”规划》和《上海市电力发展“十二五”规划》中提出，在医院、宾馆、商场等商用建筑等领域积极发展区域热电联供和分布式供能系统。遗憾的是，目前分布式供能系统大多以天然气为燃料，虽然与传统火电相比，CO2排放量约为燃煤电厂的42%，Ν0χ排放量不到燃煤电厂的20%。但是，快速增长的用气需求与有限的天然气资源存在矛盾，再者天然气仍属有限化石燃料，无法充分彰显分布式能源的优势。我国已明确提出并向国际社会承诺，2020年非化石能源占一次能源消费比重达15%左右的目标。因此，大力开发可再生能源分布式冷热电联供系统是根本之道。
[0005]公告号CN1945472A的中国发明专利公开了一种冷热电三联供系统集中优化控制方法，但该发明的方法仅采集供能系统终端设备信息，不涉及负荷系统信息的采集，因此无法实现全局范围内能量生产和需求之间的最优匹配。申请号201010147996.0的发明专利公开了一种冷热电三联供设备能效优化调度系统，但未涉及可再生能源、储能、可调度负荷以及电与热/冷能量的多时间尺度协调控制。申请号201110398221.5的发明专利公开了一种燃气型冷热电联供系统的优化调度装置及方法，但未涉及负荷信息的采集与控制、储能、可再生能源与负荷的预测、多时间尺度协调控制等。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决系统运行过程中，维持供能系统和负荷需求之间以及冷热电能量之间的最佳平衡状态，提供了一种可再生能源冷热电联供能量优化调度系统与方法。
[0007]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0008]一种可再生能源冷热电联供能量优化调度系统，包括:
[0009]能量生产监控模块:用于采集并监控可再生能源冷热电联供系统的现场供能单元的信息；
[0010]储能监控模块:用于采集并监控可再生能源冷热电联供系统的现场储能单元的信息;
[0011]负荷监控模块:用于采集并监控可再生能源冷热电联供系统的现场负荷单元的信息;
[0012]能量管理模块:接收并存储能量生产监控模块、储能监控模块和负荷监控模块采集的信息；根据接收的现场供能单元、储能单元以及负荷单元的信息，结合气象及天气信息，采用支持向量机回归方法对系统可再生能源进行短期和/或超短期预测，获得可再生能源的预测功率;采用优化算法对负荷预测进行最优求解，得到日前预测负荷;根据电气价信息、输入参数信息、可再生能源以及负荷的预测信息，设定优化目标以及约束条件，对供能单元、储能单元以及负荷单元的运行状态以及功率进行短期优化和/或超短期优化。
[0013]进一步地，所述供能单元包括:可再生能源冷热电联供系统供电设备和供冷/热设备;
[0014]所述储能单元包括:可再生能源冷热电联供系统储电设备和储冷/热设备；
[0015]所述负荷单元包括:可再生能源冷热电联供系统可调度负荷设备和不可调度负荷设备;所述可调度负荷设备包括:可调度电负荷设备和可调度冷/热负荷设备;所述不可调度负荷设备包括:不可调度电负荷设备和不可调度冷/热负荷设备。
[0016]进一步地，所述能源管理模块包括:
[0017]预测模块:用于根据接收的现场设备信息、气象及天气信息以及可调度负荷信息，实现对可再生能源或者负荷的短期预测和/或超短期预测；
[0018]电能管理模块:用于根据电气价信息、输入参数信息、可再生能源以及电负荷的预测信息和可调度电负荷信息，设定优化目标以及约束条件，对供电、储电以及可调度负荷设备的运行状态以及功率进行短期优化和/或超短期优化；
[0019]热/冷能管理模块:用于根据输入参数信息、可再生能源以及冷/热负荷的预测信息，设定优化目标以及约束条件，对供冷/热设备、储冷/热设备以及可调度冷/热负荷设备的运行状态以及功率进行短期优化和超短期优化；
[0020]解耦控制模块:当电能管理模块与冷/热能管理模块优化结果不匹配时，用于实现电能和冷热能的协调控制；
[0021]基本信息模块:用于设定实时电价、当地天气以及当地气价基本参数信息；
[0022]参数设定模块:用于输入系统设备的基本配置信息；
[0023]数据存储模块:用于存储电能管理模块、热/冷能管理模块、解耦控制模块、预测模块、信息模块和参数设定模块的信息，并实现各模块数据信息的共享。
[0024]进一步地，所述电能管理模块对供电设备、储电设备以及可调度电负荷设备的运行状态以及功率进行超短期优化的时间小于所述热/冷能管理模块对供冷/热设备、储冷/热设备以及可调度冷/热负荷设备的运行状态以及功率进行超短期优化的时间。
[0025]进一步地，所述预测模块包括:可再生能源短期预测模块、可再生能源超短期预测模块、负荷预测模块和负荷超短期预测模块；
[0026]所述可再生能源短期预测模块和可再生能源超短期预测模块均根据设定时间段内的典型气象及天气历史数据，采用支持向量机回归方法对系统可再生能源进行短期和/或超短期预测，获得可再生能源的预测功率；
[0027]所述负荷预测模块根据接收到的设定时间段内的历史天气数据、冷/热负荷以及历史电消耗量信息，采用优化算法对负荷预测进行最优求解，得到日前预测负荷；
[0028]负荷超短期预测模块根据接收到的每小时或者更短时间内的现场天气、冷/热负荷以及电消耗量信息，设定时间尺度对负荷进行超短期预测。
[0029]进一步地，所述电能管理模块包括:
[0030]第一短期优化模块:用于根据电价信息、输入参数信息、可再生能源以及电负荷的预测信息和可调度电负荷信息，确定优化目标及约束条件，利用多目标优化方法给出未来设定时间段Tl内的各供电设备、储电设备以及可调度电负荷设备的运行状态以及功率；
[0031]第一超短