计及用户差异性与建筑热惯性的热电协同调度系统和方法与流程

本发明涉及电力系统分析技术领域，具体涉及一种计及用户差异性与建筑热惯性的热电协同调度方法和系统。

背景技术：

随着经济的飞速发展和一次能源日益枯竭，以及环境污染问题的日益突出，绿色可再生能源越来越受到各国的关注。我国风电的装机容量和并网规模逐年增大，但同时也面临着严重的弃风现象。有相关研究表明，我国三北地区多风期与供暖高峰期相重合，热电厂在供暖期因供暖而导致系统调峰能力急剧下降是导致弃风的一个主要原因。

传统的“以热定电”运行模式限制了热电联产机组的电出力调节范围，使系统的调峰能力下降，进而降低了系统对风电资源的接纳能力，造成大量弃风；同时，现有调峰系统忽略基于建筑热惯性触发，不同用户负荷差异性所能提供的潜在电力调节能力，进而提高热电联产的灵活性及可再生能源的消纳能力的问题。

有鉴于此，亟需提供一种计及用户差异性与建筑热惯性的热电协同调度方法和系统。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种计及用户差异性与建筑热惯性的热电协同调度系统，包括：

通过电力电缆网连接的热电联产机组和光伏发电机组；

通过集中热网与热电联产机组连接的用户耗热单元；

用于源端储热的储能装置；

用户耗热单元包括串接的散热器遥控开关，热水式采暖散热器，及用于检测热水式采暖散热器的热水消耗量的热水消耗计量表；

分别用于控制管理热电联产机组、光伏发电机组的第一远程集中控制器和第二远程集中控制器；

用于控制管理用户耗热单元的第三远程集中控制器；

第一远程集中控制器、第二远程集中控制器、第三远程集中控制器、移动终端均与综合调度控制装置无线通信连接；

第一远程集中控制器采集热电联产机组的热电产能信息与储能装置的进出热量并传给综合调度控制装置；第二远程集中控制器采集光伏发电机组的发电信息并传递给综合调度控制装置；第三远程集中控制器采集各用户非采暖用电量、热水消耗计量表检测的热水流入量，用户位置、数量，各用户室内、外温度，并将以上信息分别传送给综合调度控制装置；

综合调度控制装置接收终端用户的位置、数量、室内、外温度、遥控开关状态等信息，通过通信电缆与计算机服务系统连接传输，计算机服务系统根据用户建筑的热传递系数及接收的信息进行计算，确定调度控制信号分别传送给第一远程集中控制器与第三远程集中控制器；第一远程集中控制器根据调度控制信号控制热电联产机组的发电量和供热量及储能装置的热量蓄放；第三远程集中控制器根据调度控制信号分别驱动散热器遥控开关。

在上述系统中，所述综合调度控制装置通过无线通信实时定位移动终端位置状态，采集用户是否在室内的状态；

用户通过移动终端设定分别人在室内时目标温度与人不在室内时的温度阀值，用户可接受的室内温度波动值。

在上述系统中，所述计算机服务系统对用户室内温度变化计算过程如下：

当供热系统关闭时，用户的室温的变化速率dt与室内外温差δt成正比，则可得以下方程：

式中，tin(t)为室内温度随时间的变化函数，tout为室外温度，k为建筑热传递系数；

当供热系统关闭时室内的初始温度为tin(0)，室外温度为tout时，可得到室内温度随时间t的变化模型：

解得：

tin(t)＝(tin(0)-tout)*e^-k*t+tout(4)

由此可得出室内在没有供热的情况下到温度从t(0)下降到tset所需要的时间t为：

根据实际情况，tset可以为用户离开室内后的基准温度，具体计算如下式：

tset＝tset,0-tδ(6)

式中，tδ为用户可接受的室内温度波动值，tset,0为用户设定的基准温度。

本实施例中，热传递系数k的获取方法及其参数修正如下：

用户建筑的热传递系数k计算方法如下：

kn＝k(n-1)+(k(n-1)-k′(n-1))(7)

k＝kn(8)

式中，k(n-1)为第(n-1)调度时用户的热传递系数，k′(n-1)为通过第(n-1)次调度采集的数据计算得到，公式如下：

式中，位用户第(n-1)次参与调度时的室外温度，为用户第(n-1)次参与调度时室内的温度，为用户第(n-1)次参与调度时可接受的最高温度，t′(n-1)为用户第(n-1)参与调度时室内温度由下降到所用的时间实测值。

在上述系统中，所述综合调度控制装置具体控制信号生成过程如下：

a1、综合调度控制装置(1124)接收各控制器采集的变量；

a2、预测下个n×t时间段的热电联产机组和光伏发电机组发电总出力，并根据历史数据预测下个n×t时间段用户i对应的基准温度；

a3、以光伏发电机组发电总出力最大为目标建立调度模型；

a4、根据步骤a3运算结果，综合调度控制装置生成调控信号并发送至对应的控制器进行热电调节。

本发明还提供了一种基于上述所述系统的计及用户差异性的热电协同调度系统，包括以下步骤：

s1、综合调度控制系统接收各控制器采集的变量，包括：

采集热电联产机组在n×t时间段的发电出力和供热出力采集储能装置的蓄放出力hts(t)，各光伏发电机组在n×t时间段的发电出力采集n×t时间段内0～n用户中任意用户i的温度波动幅度室内温度室外温度当前时刻基准温度tset,0、供热能耗hⁱ(t)，并发送到综合调度控制系统；

s2、预测下个n×t时间段的热电联产机组和光伏发电机组发电总出力，并根据历史数据预测下个n×t时间段用户i对应的基准温度；

s3、以光伏发电机组发电总出力最大为目标建立调度模型；

s4、根据步骤s3运算结果，综合调度控制系统生成调控信号并发送至对应的控制器进行热电调节。

在上述方法中，所述步骤s2具体包括以下步骤：

(1)光伏发电机组在n×t时间段的总出力为：

根据利用统计分析方法，预测下个n×t时间段的光伏发电总出力

(2)热电联产机组在n×t时间段的总发电出力为:

热电联产在n×t时间段的总发电出力为:

预测出下个n×t时间段的发电出力供热出力和蓄能装置出力hts(t)；

根据历史大数据预测用户下个n×t时间段的用户是否在室内的状态，推算对应的基准温度tset,0。

在上述方法中，所述步骤s3具体包括：

(1)目标函数：

其中为调节后的等效光伏发电总出力；

式中，为预测的电力需求的总功率，为调节后的纯凝式火电机组的总发电出力；

(2)约束条件：

①热负荷负荷平衡约束：

其中，对于用户i需要维持现状的供热能耗：

对于用户i需要或根据调峰要求计划升温的供热能耗：

式中，为该用户的供热系统的最大允许出力；

对于用户i需要或根据调峰要求计划降温：

②光伏出力约束：

③热电联产约束包括：

发电出力下限：

发电出力上限：

发电出力限制：

式中，为热电联产的装机容量；为调节后的热电联产最小发电出力；为调节后的热电联产的发电出力；为调节后的热电联产最大发电出力；

④爬坡约束：

式中，为第l号火力发电机的上爬坡和下爬坡速率，为其在t时段调整后的发电出力；

⑤热电联产热电比约束：

hchp(t)＝rdb·pchp(t)(24)

其中，pchp为热电联产机组的容量；为调节后热电联产机组的最小发电出力；pchp(t)为调节后热电联产机组的发电出力；为调节后热电联产机组的最大发电出力；rdb为热电联产机组的热电比；ηchp(t)为热电联产机组的效率；hchp(t)为热电联产机组的热出力；fchp(t)为热电联产功率能耗；

⑥热源蓄能装置约束条件

最大功率限制：

蓄能装置容量限制：

在上述方法中，所述综合调度控制系统生成调控信号包括：

将热电联产机组的发电出力和供热出力，储能装置的蓄放出力，将参与调度的用户供热系统开关控制信号发送给控制器，控制器控制热电联产机组在未来调节时间段的发电出力及储能装置的蓄放功率，控制未来调节时段的用户供热系统开关。

本发明将用户负荷差异性考虑至调度系统，根据不用条件的用户进行不同调度控制，提高了系统控制精度，充分考虑建筑热惯性挖掘用户负荷差异性及所能提供的潜在电力调节能力，提高热电联产的灵活性，提高可再生能源的消纳能力，降低供热能耗。

附图说明

图1为本发明中提供的系统框图；

图2为本发明中提供的流程图。

具体实施方式

本实用的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用的限制。下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种计及用户差异性与建筑热惯性的热电协同调度系统，包括：

通过电力电缆网201连接的热电联产机组a和光伏发电机组b；

通过集中热网101与热电联产机组a连接的用户耗热单元g；

用于源端储热的储能装置c；

用户耗热单元g包括串接的散热器遥控开关102，热水式采暖散热器103，及用于检测热水式采暖散热器103的热水消耗量的热水消耗计量表104；

分别用于控制管理热电联产机组a、光伏发电机组b的第一远程集中控制器1121和第二远程集中控制器1122；

用于控制管理用户耗热单元g的第三远程集中控制器1123；

第一远程集中控制器1121、第二远程集中控制器1122、第三远程集中控制器1123、移动终端均与综合调度控制装置1124无线通信连接；

第一远程集中控制器1121采集热电联产机组a的热电产能信息与储能装置c的进出热量并传给综合调度控制装置1124；第二远程集中控制器1122采集光伏发电机组b的发电信息并传递给综合调度控制装置1124；第三远程集中控制器1123采集各用户非采暖用电量、热水消耗计量表104检测的热水流入量，用户位置、数量，各用户室内、外温度，并将以上信息分别传送给综合调度控制装置1124；

综合调度控制装置1124接收终端用户的位置、数量、室内、外温度、遥控开关状态等信息，通过通信电缆与计算机服务系统1125连接传输，计算机服务系统1125根据用户建筑的热传递系数及接收的信息进行计算，确定调度控制信号分别传送给第一远程集中控制器1121与第三远程集中控制器1123；第一远程集中控制器1121根据调度控制信号控制热电联产机组a的发电量和供热量及储能装置c的热量蓄放；第三远程集中控制器1123根据调度控制信号分别驱动散热器遥控开关102。初始值可以通过用户建筑的设计方案中的数据计算得到，后面则根据实时测量数据进行测算与修正。

用户建筑的热传递系数可根据用户搭建供热系统时获取并记入存储在综合调度控制装置1124中，也可通过用户建筑的设计方案中的数据计算得到。

本实施例，可根据移动终端绑定的用户信息确定用户数量。

本实施例，综合调度控制装置1124通过无线通信实时定位移动终端位置状态，需要采集用户是否在室内的状态，本实施例综合调度控制装置1124可通过无线通讯基站e实时定位移动终端位置状态。

用户通过移动终端设定的人在室内时目标温度与人不在室内时目标温度分别存在温度阀值，还可设置能接受的室内温度波动幅度()；同时还可选择设置用户模式，其中，

用户模式包括智能模式(a类用户)或普通模式(b类用户)；

智能模式(a类用户)：综合调度控制装置1124根据散热器遥控开关102开关状态，用户的是否在室内的状态及对应该状态的基准温度，用户类型控制热电联产机组a的发电量与供热量，储能装置c的热量蓄放，控制散热器遥控开关102，用户类型控制热电联产机组a的发电量与供热量，储能装置c的热量蓄放，实现调整室内温度。

普通模式(b类用户)：用户设定室内温度为一个固定值，无关人在不在室内，综合调度控制装置1124根据散热器遥控开关102开关状态，用户类型控制热电联产机组a的发电量与供热量，储能装置c，控制散热器遥控开关102，用户类型控制热电联产机组a的发电量与供热量，储能装置c的热量蓄放，实现调整室内温度。

当室内温度设定值进行调整，设定温度低于当前室内温度时，通过供热系统通断控制，快速降低室内温度，降低供热能耗；设定温度高于当前室内温度时，通过加大热量快速回复室内温度，保证用户热舒适。

本实施例中，计算机服务系统1125对用户室内温度变化计算过程如下：

当供热系统关闭时，用户的室温的变化速率dt与室内外温差δt成正比，，则可得以下方程：

式中，tin(t)为室内温度随时间的变化函数，tout为室外温度，k为建筑热传递系数。

由此可以解出当初始温度为tin(0)(供热系统关闭时室内的温度)，室外温度为tout时，可得到室内温度随时间t的变化模型：

解得：

tin(t)＝(tin(0)-tout)*e^-k*t+tout(4)

由此可得出室内在没有供热的情况下到温度从t(0)下降到tset所需要的时间t为：

根据实际情况，tset可以为用户离开室内后的基准温度，具体计算如下式：

tset＝tset,0-tδ(6)

式中，tδ为用户可接受的室内温度波动值，tset,0为用户设定的基准温度。

本实施例中，热传递系数k的获取方法及其参数修正如下：

为了进一步提高对用户供热的精确化控制，提高用户的舒适度，用户建筑的热传递系数就应该尽量接近实际值，其计算方法如下：

kn＝k(n-1)+(k(n-1)-k′(n-1))(7)

k＝kn(8)

式中，k(n-1)为第(n-1)调度时用户的热传递系数，k′(n-1)为根据历史记录的逐时气象参数、室内温度、室内供热量等参数计算得到，公式如下：

式中，位用户第(n-1)次参与调度时的室外温度，为用户第(n-1)次参与调度时室内的温度，为用户第(n-1)次参与调度时可接受的最高温度，t′(n-1)为用户第(n-1)参与调度时室内温度由下降到所用的时间实测值。

本实施例，还可根据上述内容用户根据需求设置睡眠时或其他模式时的温度，tset则为用户设置睡眠后的基准温度，原理与用户是否在室内的状态设置同理，在此不再赘述。

本实施例，将用户负荷差异性考虑至调度系统，选择满足条件的用户进行调度控制，提高了系统控制精度，充分考虑建筑热惯性挖掘用户负荷差异性及所能提供的潜在电力调节能力，提高热电联产的灵活性，提高可再生能源的消纳能力，降低供热能耗。

本实施例，综合调度控制装置1124具体控制信号生成过程如下：

a1、综合调度控制装置1124接收各控制器采集的变量，包括：

第一远程集中控制器1121采集热电联产机组(a)在n×t时间段的发电出力和供热出力采集储能装置c的蓄放出力hts(t),发送到综合调度控制装置1124；t为采样周期，n为采集的次数，n为自然数；

第二远程集中控制器1122采集光伏发电机组b中各光伏板在n×t时间段的发电出力并发送到综合调度控制装置1124；

第三远程集中控制器1123采集n×t时间段内，0～n用户中任意用户i的以下信息，包括温度波动幅度室内温度室外温度当前时刻基准温度tset,0，供热能耗hⁱ(t)(热水消耗计量表采集)，并发送到综合调度控制装置1124；

a2、预测下个n×t时间段的热电联产机组和光伏发电机组发电总出力，并根据历史数据预测下个n×t时间段用户i对应的基准温度tset,0，具体如下：

(1)光伏发电机组在n×t时间段的总出力为：

根据利用统计分析方法，预测下个n×t时间段的光伏发电总出力

(2)热电联产机组在n×t时间段的总发电出力为:

热电联产在n×t时间段的总发电出力为:

预测出下个n×t时间段的发电出力供热出力和蓄能装置出力hts(t)；

根据历史大数据预测用户下个n×t时间段的用户是否在室内的状态，推算对应的基准温度tset,0；

a3、以光伏发电机组发电总出力最大为目标建立调度模型；具体如下：

(1)目标函数：

其中为调节后的等效光伏发电总出力；

式中，为预测的电力需求的总功率，为调节后的纯凝式火电机组的总发电出力；

(2)约束条件：

①热负荷负荷平衡约束：

其中，对于用户i需要维持现状的供热能耗：

对于用户i需要或根据调峰要求计划升温的供热能耗：

式中，为该用户的供热系统的最大允许出力。

对于用户i需要或根据调峰要求计划降温：

②光伏出力约束：

③热电联产约束包括：

发电出力下限：

发电出力上限：

发电出力限制：

式中，为热电联产的装机容量；为调节后的热电联产最小发电出力；为调节后的热电联产的发电出力；为调节后的热电联产最大发电出力；

④爬坡约束：

式中，为第l号火力发电机的上爬坡和下爬坡速率，为其在t时段调整后的发电出力；

⑤热电联产热电比约束：

hchp(t)＝rdb·pchp(t)(24)

其中，pchp为热电联产机组a的容量；为调节后热电联产机组a的最小发电出力；pchp(t)为调节后热电联产机组a的发电出力；为调节后热电联产机组a的最大发电出力；rdb为热电联产机组a的热电比；ηchp(t)为热电联产机组a的效率；hchp(t)为热电联产机组a的热出力；fchp(t)为热电联产功率能耗；

⑥热源蓄能装置约束条件

最大功率限制：

蓄能装置容量限制：

本实施例，由目标函数(式13)和约束条件(式14～27)组成优化问题进行迭代求解，本实施例，利用线性规划方法或者mlip方法进行优化求解，通过选取不同的政府补贴，在获取目标函数最大值的基础上，实现用户总补贴最小。

a4、根据步骤a3运算结果，综合调度控制装置1124生成调控信号并发送至对应的控制器进行热电调节，具体包括：

将热电联产机组a的发电出力和供热出力以及储能装置c的蓄放出力发送给第一远程集中控制器1121，控制热电联产机组a在未来调节时间段的发电出力及储能装置c的蓄放功率；

将参与调度的用户供热系统控制信号发送给用户侧第三远程集中控制器1123，控制未来调节时段的散热器遥控开关102的开关。

本发明还提供了基于上述系统的一种计及用户差异性与建筑热惯性的热电协同调度方法，包括以下步骤：

s1、综合调度控制系统接收各控制器采集的变量，包括：

采集热电联产机组在n×t时间段的发电出力和供热出力采集储能装置的蓄放出力hts(t)，各光伏发电机组在n×t时间段的发电出力采集n×t时间段内0～n用户中任意用户i的温度波动幅度室内温度室外温度当前时刻基准温度tset,0、供热能耗hⁱ(t)(热水消耗计量表采集)，并发送到综合调度控制系统。

s2、预测下个n×t时间段的热电联产机组和光伏发电机组发电总出力，并根据历史数据预测下个n×t时间段用户i对应的基准温度tset,0，具体如下：

(1)光伏发电机组在n×t时间段的总出力为：

根据利用统计分析方法，预测下个n×t时间段的光伏发电总出力

(2)热电联产机组在n×t时间段的总发电出力为:

热电联产在n×t时间段的总发电出力为:

预测出下个n×t时间段的发电出力供热出力和蓄能装置出力hts(t)；

根据历史大数据预测用户下个n×t时间段的用户是否在室内的状态，推算对应的基准温度tset,0；

s3、以光伏发电机组发电总出力最大为目标建立调度模型；具体如下：

(1)目标函数：

其中为调节后的等效光伏发电总出力；

式中，为预测的电力需求的总功率，为调节后的纯凝式火电机组的总发电出力；

(2)约束条件：

①热负荷负荷平衡约束：

其中，对于用户i需要维持现状的供热能耗：

对于用户i需要或根据调峰要求计划升温的供热能耗：

式中，为该用户的供热系统的最大允许出力。

对于用户i需要或根据调峰要求计划降温：

②光伏出力约束：

③热电联产约束包括：

发电出力下限：

发电出力上限：

发电出力限制：

式中，为热电联产的装机容量；为调节后的热电联产最小发电出力；为调节后的热电联产的发电出力；为调节后的热电联产最大发电出力；

④爬坡约束：

式中，为第l号火力发电机的上爬坡和下爬坡速率，为其在t时段调整后的发电出力；

⑤热电联产热电比约束：

hchp(t)＝rdb.pchp(t)(24)

其中，pchp为热电联产机组的容量；为调节后热电联产机组的最小发电出力；pchp(t)为调节后热电联产机组的发电出力；为调节后热电联产机组的最大发电出力；rdb为热电联产机组的热电比；ηchp(t)为热电联产机组的效率；hchp(t)为热电联产机组的热出力；fchp(t)为热电联产功率能耗；

⑥热源蓄能装置约束条件

最大功率限制：

蓄能装置容量限制：

本实施例，由目标函数(式13)和约束条件(式14～27)组成优化问题进行迭代求解，通过选取不同的政府补贴，在获取目标函数最大值的基础上，实现用户总补贴最小。

s4、根据步骤s3运算结果，综合调度控制系统生成调控信号并发送至对应的控制器进行热电调节，具体包括：

将热电联产机组的发电出力和供热出力，储能装置的蓄放出力，将参与调度的用户供热系统开关控制信号发送给控制器，控制器控制热电联产机组在未来调节时间段的发电出力及储能装置的蓄放功率，控制未来调节时段的用户供热系统开关。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。