专利名称：抽凝机组的热电联合调度系统及调度方法
技术领域：
本发明涉及城市综合能源供应系统，尤其涉及一种利用对采暖冷负荷的调度实现电力系统最优化控制的方法。
背景技术：
由于我国经济的发展和产业结构的调整，电力系统存在的电力峰谷差在逐年增长。电力峰谷差拉大使电力设备平均利用小时数下降，发电效率下降，经济效益降低，电网安全运行受到巨大威胁。现在电网调峰主要采用纯凝式火电机组，但其特点是容量不足、 能耗巨大、经济性差；而抽凝式热电联机组按有关的规定，以“以热定电”方式运行，造成电力负荷低谷期发电量过剩，而电力负荷高峰期发电量不足。图1为电力负荷曲线。
燃煤抽汽凝汽式热电联产机组产出的采暖热水，由于输送距离及热水流速的限制，送达用户具有一定的距离，而产出的电力则可以瞬间到达用户；现有技术中，没有根据抽汽凝汽式热电联产机组与采暖用户之间的距离，合理对抽汽凝汽式热电联产机组进行调度控制的系统及方法，使得调度更加的及时、准确，避免浪费能源。发明内容
本发明的目的是建立一种热电调度系统及其电力负荷平准化调度方法，当需要降低热水供应量时，使用机组的发电量，将其转换为热量，补充由于降低热水供应量导致的供热不足，从而填补了用电低谷。该系统根据抽汽凝汽式热电联产机组与采暖用户之间的距离，合理对抽汽凝汽式热电联产机组的发电量和出热量，以及热泵用户的耗电量和供热量进行控制，调节在用电高峰和低谷时的能耗。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种调节供电和热水的热电调度系统，包括供给侧设备、控制器和多个用户侧设备；供给侧设备包括用于发电和提供热水的机组；每个用户侧设备包括由上述机组发出的电力驱动的热泵装置；由上述机组提供热水制热的制热装置；非采暖的耗电装置；控制器，采集一段时间内的以下数据所述机组的供暖热出力功率和发电出力电量；耗电总量； 制热装置耗热量；制热装置与热源即上述机组之间的距离；根据上述距离，计算下一时段由于减少热水供应导致的制热装置中的热水供应不足的热量，该供应不足的热量用所述热泵装置的发热量来补充，即热泵装置耗电发热；由此计算下一时段包括热泵装置在内的用电负荷耗电总量，根据对用电负荷耗电总量不同的控制目标，设定不同的目标函数，从而得到机组的输出电能、热能控制信号及热泵装置用电量控制信号和供热量信号；控制器根据机组的输出电能、热能控制信号，控制机组的供暖热出力量和发电出力电量；并根据热泵装置用电量控制信号和供热量信号分别控制热泵装置和制热装置。
计算热水供应不足的热量时，还要根据热水发热的热惯性时间计算。
所述目标函数为对用电负荷耗电功率总量求标准差，当该值最小时，达到电力负荷平准化。
所述机组为燃煤抽汽凝汽式热电联产机组。
所述热泵装置为空调。
所述控制器包括第一和第二远程集中控制器，分别采集供给侧设备和用户侧设备的信息并向其发出控制信号；综合调度控制装置对上述采集的信息进行运算和控制。
所述系统还包括检测和执行装置检测所述耗电装置耗电量的电表；控制所述热泵装置的发热量的遥控开关；用于检测所述采暖散热器热水消耗的数据的消耗计量表；控制采暖散热器的流水阀门遥控开关；机组的控制执行装置。
所述热电联产机组控制执行装置包括调度控制信号收发编码存储器、驱动电路及机械齿轮控制装置，所述调度控制信号经调度控制信号收发编码存储器解码以后生成燃煤热电联产机组调度控制指令，经过驱动电路输出的电力拖动信号触发机械齿轮控制装置， 机械齿轮控制装置再控制燃煤热电联产机组的燃煤进料阀门动作、采暖蒸汽抽汽阀门动作及发电蒸汽流量阀门动作。
综合调度控制装置通过电力光纤与云计算计算服务系统连接，对采集的数据进行云计算。
还提出了一种调度控制方法，对上述调度系统进行合理地调度控制。
现对于现有技术，本发明的有益效果在于热电联产机组的调度更加的及时、准确，避免浪费能源。
图1为电力负荷曲线图2为本发明的热电联合调度系统电路图3为第二远程集中控制器的组成图4为燃煤热电联产机组控制执行装置118的组成图5为综合调度控制装置115的组成图6为云计算计算服务系统917的连接图7为平准化后的负荷曲线与原始曲线比较图；具体实施方式
下面结合
本发明的具体实施方式
。
请参照图2所示，本发明的一种热电联合调度系统包括供给侧设备、检测及控制设备和多个用户侧设备。
供给侧设备包括用于产出电力和采暖热水的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A， 该机组在其减小热水供应量时，同时能够降低或者增加发电量；
每个用户侧设备包括
通过电力电缆113与所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A并联的空调器热泵108， 所述空调器热泵108由所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A产生的电能驱动而产生采暖热能；以及由燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A供电的非采暖耗电装置(附图2中未画出)；
通过供热管道114与所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A相连接的热水式采暖散热器110，所述燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A生产的热水流入所述热水式采暖散热器110中产生采暖热能；
检测及控制设备包括
电能表109，用于检测耗电数据；
控制空调器热泵108的空调器热泵遥控开关117 ；
热水式采暖散热器热水消耗计量表111，用于检测所述热水式采暖散热器110热水消耗的数据；
采集用户非采暖用电的电表(未图示)；
控制热水式采暖散热器110的热水式采暖散热器流水阀门遥控开关116 ；
第一远程集中控制器1121，采集燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃料投入量， 蒸汽进气量，供暖出力热水流量和发电出力电量；并将采集的燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃料投入量，蒸汽进气量，供暖出力热水流量，发电出力电量传送给综合调度控制装置 115 ；
第二远程集中控制器1122，采集所述空调器热泵专用电能表109检测的耗电数据；记载热水式采暖散热器110与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A之间的管道距离信息； 采集热水式采暖散热器热水消耗计量表111检测的热水消耗数据；采集用户输入的热惯性时间数据；然后再将空调器热泵的耗电数据、热水式采暖散热器110的管道距离信息、热水消耗数据和热惯性时间数据传送给综合调度控制装置115 ；
综合调度控制装置115，由燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的供暖出力热水流量、 燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的发电出力电量、用户的热水式采暖散热器110的管道距离信息、用户的非采暖用电数据和用户的热水消耗数据和用户输入的热惯性时间，生成调度控制信号；
第一远程集中控制器1121接收综合调度控制装置115所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号控制燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃煤热电联产机组控制执行装置118动作；
第二远程集中控制器1122接收综合调度控制装置115所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号分别驱动空调器热泵遥控开关117、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关116执行开关机动作；
请参照图2所示，符合本发明的一个具体实施例中，燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A，用于产出电力和采暖热水。该燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A包括锅炉104、透平105、 热网加热器106、及交流发电机107。其中锅炉104燃烧燃料获得采暖热能加热蒸汽，通过蒸汽管道将饱和热蒸汽送至透平105获得机械能，该机械能驱动交流发电机107发出电能， 热电联产机组发电余热被发送至热网加热器106生产采暖用热水。其中，热机采用水蒸汽朗肯循环，或以水蒸气朗肯循环为底层循环的布雷顿-郎肯热力联合循环，其供水温度可在65 80°C的范围内调节。交流发电机107发出的电能通过输电线路113输送给终端用户的空调器热泵108和其他电器(例如照明用电器、电源插座及家用电器等)。终端用户处的空调器热泵108在电能的驱动下可为使用空调器热泵108的终端用户提供采暖供热。热网加热器106生产的采暖用热水通过供热管道114传送给终端用户的散热器110提供采暖供热。燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A设有输入蒸汽量的阀门①、采暖供热出力抽汽量阀门②及发电蒸汽量阀门③。
终端用户处的空调器热泵108通过输电线路113与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组 A并联，可由燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A产生的电能联合驱动空调器热泵108产生采暖热能，进而为空调用户提供采暖供热。空调器热泵108还包括空调器热泵开关⑤。
请参照图2，所述电能表109与所述空调器热泵108耦合；空调器热泵遥控开关 117连接空调器热泵108，用于控制空调器热泵108的开关。电能表109通过导线与空调器热泵108单独连接，用于检测所述空调器热泵108采暖的耗电数据。散热器110，通过供热管道114与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A相连接，并由燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A 产出的热水流入所述散热器110中产生采暖热能。热水消耗计量表111，与散热器110相耦合，用于检测散热器110的采暖耗热数据。散热器110设有开关阀门⑥。第二远程集中控制器1122，采集空调器热泵专用电能表109检测的耗电数据并传送给综合调度控制装置 115 ；采集热水式采暖散热器热水消耗计量表111检测的热水消耗数据，并记载该热水式采暖散热器110与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A之间管道距离信息，然后再将热水消耗数据和管道距离信息传送给综合调度控制装置115。
请参照图3所示，第二远程集中控制器1122包括空调电表脉冲计数器、非采暖电表脉冲计数器(未图示)、采暖热水流量脉冲计数器、脉冲信号编码转换器、计量信号放大发射器，控制信号接收解码器和控制信号遥控发射器；空调电表脉冲计数器连接空调器热泵专用电能表109，用于检测空调器热泵专用电能表109检测的耗电数据，空调电表脉冲计数器检测得到的耗电数据脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置115;
非采暖电表脉冲计数器连接用户非采暖电表，用于检测用户非采暖耗电数据 (即，除空调热泵耗电以外的用户耗电数据)，用户非采暖耗电数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后传送至综合调度控制装置115 ；
采暖热水流量脉冲计数器连接热水式采暖散热器热水消耗计量表111，用于检测热水式采暖散热器热水消耗计量表111的采暖流量数据，采暖热水流量脉冲计数器检测得到的采暖流量数据经过脉冲信号编码转换器及计量信号放大发射器处理后和热水式采暖散热器110与燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A之间的管道距离信息传送至综合调度控制装置 115 ；
控制信号接收解码器，接收综合调度控制装置115发出的调度控制信息并进行解码，然后通过控制信号遥控发射器将控制信号发送给空调器热泵遥控开关117、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关116执行动作。
请参照图4所示，燃煤热电联产机组控制执行装置118包括调度控制信号收发编码存储器302、驱动电路303及机械齿轮控制装置304，所述调度控制信号经调度控制信号收发编码存储器302解码以后生成燃煤热电联产机组调度控制指令，经过驱动电路303输出的电力拖动信号触发机械齿轮控制装置304，机械齿轮控制装置304再控制燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的输入蒸汽量阀门①动作、采暖供热出力抽汽量阀门②动作及发电蒸汽量阀门③动作。从而控制燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的燃料输入、采暖用途抽汽流量及发电用途蒸汽流量。
请参照图5，综合调度控制装置115包括
接收用户非采暖耗电数据、用户热水消耗数据、用户管道距离信息、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的供暖出力热水流量、燃煤抽汽凝汽式热电联产机组A的发电出力电量第一数据接收单元201 ；将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元202 ；对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元203 ；生成调度控制信号的调度控制信号计算单元 204 ；将所述调度控制信号进行编码的信号编码器205 ；及将编码后的调度控制信号传递给第一远程集中控制器1121、第二远程集中控制器1122的发送单元206。
请参照图6，综合调度控制装置115通过电力光纤120与云计算计算服务系统917 连接，并驱动云计算计算服务系统917计算，以获得调度控制信号；综合调度控制装置115 通过电力光纤120接收云计算计算服务系统917计算获得的调度控制信号，然后经由电力电缆或无线传输方式发布该调度控制信号给第一远程集中控制器、第二远程集中控制器。
本发明热电联合调度系统的调度方法包括以下步骤
2研究步骤
i.测量
(1)测量供给侧机组发电出力功率Pchp(t)和热出力功率HCHP(t)；
(2)测量N个用户侧数据；
a) 0 N个制热装置距机组的管道距离Si, i = 0 N ；
以Δ T为采样周期，采集0 T时间段内以下数据
b)0 N个用户以前各时段的耗电功率Pi (t)；
c) 0 N个用户以前各时段的耗热功率Hi (t)；
d)0 N个用户以前各时段的热泵装机容量ifhpG)；
ii.计算
(1)计算所有用户总的用电量功率
权利要求
1.一种调节供电和热水的热电调度系统，其特征在于，包括供给侧设备、控制器和多个用户侧设备；供给侧设备包括用于发电和提供热水的机组；每个用户侧设备包括由上述机组发出的电力驱动的热泵装置；由上述机组提供热水制热的制热装置；非采暖的耗电装置；控制器，采集一段时间内的以下数据所述机组的供暖热出力功率和发电出力电量; 耗电总量；制热装置耗热量；制热装置与热源即上述机组之间的距离；根据上述距离，计算下一时段由于减少热水供应导致的制热装置中的热水供应不足的热量，该供应不足的热量用所述热泵装置的发热量来补充，即热泵装置耗电发热；由此计算下一时段包括热泵装置在内的用电负荷耗电总量，根据对用电负荷耗电总量不同的控制目标，设定不同的目标函数，从而得到机组的输出电能、热能控制信号及热泵装置用电量控制信号和供热量信号；控制器根据机组的输出电能、热能控制信号，控制机组的供暖热出力量和发电出力电量；并根据热泵装置用电量控制信号和供热量信号分别控制热泵装置和制热装置。
2.根据权利要求1所述的调度系统，其特征在于计算热水供应不足的热量时，还要根据热水发热的热惯性时间计算。
3.根据权利要求1或2所述的调度系统，其特征在于所述目标函数为对用电负荷耗电功率总量求标准差，当该值最小时，达到电力负荷平准化。
4.根据权利要求1所述的调度系统，其特征在于所述机组为燃煤抽汽凝汽式热电联产机组。
5.根据权利要求1或2或4所述的调度系统，其特征在于所述热泵装置为空调。
6.根据权利要求1或2或4所述的调度系统，其特征在于所述控制器包括第一和第二远程集中控制器，分别采集供给侧设备和用户侧设备的信息并向其发出控制信号；综合调度控制装置(11 对上述采集的信息进行运算和控制。
7.根据权利要求1或2或4所述的调度系统，其特征在于，所述系统还包括检测和执行装置检测所述耗电装置耗电量的电表；控制所述热泵装置的发热量的遥控开关(117)；用于检测所述采暖散热器(110)热水消耗的数据的消耗计量表(111)；控制采暖散热器(110) 的流水阀门遥控开关(116)；机组的控制执行装置(118)。
8.根据权利要求7所述的调度系统，其特征在于，所述热电联产机组控制执行装置 (118)包括调度控制信号收发编码存储器(302)、驱动电路(30 及机械齿轮控制装置 (304)，所述调度控制信号经调度控制信号收发编码存储器解码以后生成燃煤热电联产机组调度控制指令，经过驱动电路输出的电力拖动信号触发机械齿轮控制装置，机械齿轮控制装置再控制燃煤热电联产机组的燃煤进料阀门动作、采暖蒸汽抽汽阀门动作及发电蒸汽流量阀门动作。
9.根据权利要求1所述的调度系统，其特征在于，综合调度控制装置(115)通过电力光纤(120)与云计算计算服务系统(917)连接，对采集的数据进行云计算。
10.一种根据权利要求4至8任一项所述调度系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤i.测量(1)测量供给侧机组发电出力功率Pchp(t)和热出力功率HCHP(t)；(2)测量N个用户侧数据；a)0 N个制热装置距机组的管道距离Si, i = 0 N ； 以Δ T为采样周期，采集0 T时间段内以下数据b)0 N个用户以前各时段的耗电功率Pi(t)；c)0 N个用户以前各时段的耗热功率Hi(t)；d)0 N个用户以前各时段的热泵装机容量ifhpW ； ·计算N(υ计算所有用户总的用电量功率
全文摘要
一种调节供电和热水的热电调度系统，包括热电联产机组、空调器热泵、电能表、散热器、耗热计量表及采集所述电能表检测的耗电数据及耗热计量表检测的采暖耗热数据的第一和二远程集中控制器、通过第一和第二程集中控制器控制所述热电联产机组、空调器热泵及散热器运行的调度控制装置。本发明通过采集用户至热源的管道距离，利用该管道距离合理将热电联产机组的供电出力和热水出力进行调度，使电力负荷平准化，达到了“削峰填谷”的效果，避免浪费燃料资源，同时使得调度更加的及时、准确。
文档编号H02J3/28GK102510078SQ20111032404
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月23日 优先权日2011年10月23日
发明者何建军, 侯兴哲, 刘欣宇, 吴锴, 徐瑞林, 胡晓锐, 龙虹毓 申请人:西安交通大学, 重庆市电力公司, 重庆市电力公司电力科学研究院