本发明涉及负荷侧电网调频领域，具体涉及一种利用电蓄热锅炉进行电网调频的系统和方法。
背景技术：
近年来随着中国国民经济的飞速发展，人们对电力的需求也急剧增加，峰谷差日益增大。合理规范并监测锅炉调频参数和性能，保障锅炉良好的调频能力，对电网的安全稳定运行和未来智能电网环境下的优化调度具有重要的意义。电蓄热锅炉技术是20世纪初发展起来的一项技术，通过采用热水作为储能介质，使电蓄热锅炉在用电低谷期储存能量，并在电网的供电高峰期供应热负荷，从而降低商业楼宇、酒店或居民住宅生活热水或供热时段在用电高峰时的负荷峰值，使电网移峰运行，并通过用电峰谷差价产生一定收益，同时，电网需求侧(负荷侧)的电网辅助服务有偿补贴和交易的政策陆续出台，使得建筑电蓄热调频可以获得电网调频等辅助服务的收益。
然而现有的电蓄热设备仅能通过人为的控制方式根据供热需求和用电时间调节蓄热设备的启停，但是这种方式没有与电网负荷侧建立联系，无法实现实时辅助电网负荷侧进行调频的作用；并且由于受到季节变化、天气变化等众多因素的影响，电网负荷曲线是实时变化的，而现有的控制方式无法根据实时电网负荷曲线的变化对蓄热设备进行启停控制，在满足供热需求的前提下，无法实现用电成本的最优化。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电蓄热设备仅能通过人为的控制方式根据供热需求和用电时间调节蓄热设备的启停，无法与电网负荷侧建立联系；并且由于电网负荷曲线是实时变化的，而现有的控制方式无法根据实时电网负荷曲线的变化对蓄热设备进行启停控制，在满足供热需求的前提下，无法实现用电成本的最优化的问题。
根据第一方面，本发明提供了一种负荷侧电蓄热锅炉调频系统，包括：分布式的电蓄热锅炉系统和负荷侧调频控制信号源，所述负荷侧调频控制信号源来自于负荷侧调频控制云平台或电网调度中心中的任意一个，负荷侧调频控制云平台与电网调度中心连接，电网调度中心下达不同时间的负荷侧调频指令和调频负荷量，调频控制云平台分解调频负荷量，并调控分布式的电蓄锅炉系统中的电蓄热锅炉，满足电网调度中心的调频需求。
进一步，所述的电蓄热锅炉为电极锅炉加蓄热水罐或电极锅炉加蓄热水池，或电压缩热泵加蓄热水罐，或电极锅炉加蓄热水池。
进一步，本发明实施例提供了一种电蓄热锅炉系统，所述电蓄热锅炉系统包括：至少一个蓄热装置、至少一个电蓄热锅炉、至少一个包括调频启停开关的电蓄热锅炉设备控制装置，其中，所述电蓄热锅炉用于对所述蓄热装置中的蓄热介质进行供热；所述调频启停开关的一端与所述电蓄热锅炉连接，所述调频启停开关的另一端与所述电蓄热锅炉设备控制装置连接；所述电蓄热锅炉设备控制装置设置于电网负荷侧，用于通过控制所述调频启停开关的状态控制所述电蓄热锅炉是否参与电网的调频；所述蓄热装置、电蓄热锅炉及调频启停开关一一对应设置。
根据第二方面，本发明提供了一种电蓄热锅炉设备控制装置，所述的控制装置包括：
信息获取模块，用于获取电网系统的调频需求、电网调频需求报价信息以及电网负荷侧的多个电蓄热锅炉的调频服务报价信息；
供热需求判断模块，用于判断所述多个电蓄热锅炉对应的蓄热装置中的当前蓄热介质的温度是否满足供热需求；
调频服务报价比较模块，对于满足供热需求的至少一个所述电蓄热锅炉，所述调频服务报价比较模块判断所述电网调频需求报价是否高于所述锅炉调频服务报价；
第一调频开关控制模块，当所述电网调频需求报价高于所述锅炉调频服务报价时，所述第一调频开关控制模块用于根据所述调频需求打开所述至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，并根据所述调频需求设置调频负荷量；
调频模块，用于根据所述调频负荷量控制所述至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉参与调频。
进一步，所述控制装置该包括：所述升温蓄热模块，当不满足供热需求时，所述升温蓄热模块用于根据所述当前蓄热介质的温度与供热需求的差值，控制至少一个不满足供热需求的电蓄热锅炉进行升温蓄热。
进一步，所述控制装置该包括：第二调频开关控制模块，当所述电网调频需求报价低于所述锅炉调频服务报价时，所述第二调频开关控制模块用于关闭所述至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关。
本发明的第三方面，本发明提供了一种负荷侧电蓄热锅炉调频系统的调频方法，所述的方法包括以下步骤：s1：从电网调度中心获取电网系统的调频需求、电网调频需求报价信息以及电网负荷侧的多个电蓄热锅炉的锅炉调频服务报价信息；s2：判断所述多个电蓄热锅炉对应的蓄热装置中的当前蓄热介质的温度是否满足供热需求；s3：当满足供热需求时，则对于满足供热需求的至少一个所述电蓄热锅炉，判断所述电网调频需求报价是否高于所述锅炉调频服务报价；s4：当所述电网调频需求报价高于所述锅炉调频服务报价时，则根据所述调频需求打开所述至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，并根据所述调频需求设置调频负荷量；s5：根据所述调频负荷量控制所述至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉参与调频。
进一步，所述调频电蓄热锅炉可以放在中间耗电负荷档位，当电网调频需要电蓄热锅炉减小耗电负荷时，电网调度中心通过负荷侧调频控制云平台控制电蓄热锅炉减小耗电负荷；当电网调频需要电蓄热锅炉增加耗电负荷时，电网调度中心通过负荷侧调频控制云平台控制电蓄热锅炉减小耗电负荷。
进一步，当不满足供热需求时，则根据当前蓄热介质的温度与供热需求的差值，控制不满足供热需求的至少一个电蓄热锅炉进行升温蓄热。
进一步，当所述电网调频需求报价低于所述锅炉调频服务报价时，则关闭所述至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.通过负荷侧电蓄热锅炉参与电网调频，可以解决负荷侧电网调频资源不足的问题；
2.利用负荷侧电蓄热锅炉参与电网调频辅助服务，可以实现比低谷电价更低的电费运行成本；
3.调频收入使得电蓄热锅炉在负荷侧供暖项目中更具竞争力，可替代更多燃煤污染的小锅炉，极大地改善空气质量解决雾霾问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中负荷侧电蓄热锅炉调频系统的调频方法的一个流程图；
图2为本发明实施例中负荷侧电蓄热锅炉调频系统的调频方法的另一个流程图；
图3为本发明实施例中负荷侧电蓄热锅炉调频系统的调频方法的另一个流程图；
图4为本发明实施例中电蓄热锅炉设备控制装置的结构示意图；
图5为本发明实施例中电蓄热锅炉设备控制装置的另一个结构示意图；
图6为本发明实施例中电蓄热锅炉设备控制装置的另一个结构示意图；
图7为本发明实施例中电蓄热锅炉系统的结构示意图；
图8为本发明实施例中负荷侧电蓄热锅炉调频系统的示意图；
图9为本发明实施例中负荷侧电蓄热锅炉调频系统的另一个示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明提供了一种负荷侧电蓄热锅炉调频系统，如图8或9所示，所述的负荷侧电蓄热锅炉调频系统包括：电网调度中心、负荷侧调频控制云平台、分布式的电蓄热锅炉系统，负荷侧调频控制云平台与电网调度中心连接，电网调度中心下达不同时间的负荷侧调频指令和调频负荷量，负荷侧调频控制云平台分解调频负荷量，并分布式调控电蓄锅炉系统中的电蓄热锅炉，满足电网调度中心的调频需求，同时实现分布式的电蓄热锅炉获得最高的调频辅助服务收益。
本发明实施例提供一种负荷侧电蓄热锅炉调频系统的调频方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤s1：从电网调度中心获取电网系统的调频需求、电网调频需求报价信息以及电网负荷侧的多个电蓄热锅炉的锅炉调频服务报价信息。
步骤s2：判断多个电蓄热锅炉对应的蓄热装置中的当前蓄热介质的温度是否满足供热需求。
步骤s3：当满足供热需求时，对于满足供热需求的至少一个电蓄热锅炉，判断电网调频需求报价是否高于锅炉调频服务报价。
步骤s4：当电网调频需求报价高于锅炉调频服务报价时，则根据调频需求打开至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，并根据调频需求设置调频负荷量。
步骤s5：根据调频负荷量控制至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉参与调频。
通过上述的步骤s1至步骤s5，本发明实施例的电蓄热锅炉调频系统的调频方法，根据电网系统的调频需求、电网调频需求报价信息、供热锅炉调频服务报价信息，通过条件判断控制供热锅炉实时参与调频服务，使电蓄热设备与电网负荷侧建立联系，从而实现电蓄热锅炉实时辅助电网负荷侧进行调频；并且使得电蓄热设备在满足供热需求前提下，可以实现用电成本的最优化。
具体地，上述步骤s1中，调频需求为电网根据实时的电网负荷曲线的变化，在电网负荷曲线发生较大波动(例如出现明显波峰或波谷)时，为消除电网负荷曲线的波动所需要调整的电网负荷量。电网调频需求报价信息则是根据该调频需求，电网侧所能给出的调频的报价信息。供热锅炉调频服务报价信息则是在负荷侧的供热锅炉如果参与调频所需要的报价信息。
在实际应用中，在电网负荷侧可能设置有多组电蓄热锅炉，各个电蓄热锅炉通过用电对蓄热装置中的蓄热介质进行供热，通过供热介质的升温，为安装有电蓄热锅炉的建筑提供供热服务。
上述步骤s2中所述的供热需求为达到供热服务所要求的室内温度，蓄热介质所需要的达到的最高温度，当前蓄热介质温度无法提供达到所要求的室内温度的供热服务时，则认为不满足供热需求。
上述步骤s3中，对于满足供热需求的至少一个电蓄热锅炉，判断电网调频需求报价是否高于锅炉调频服务报价。
在实际应用中，在电网负荷侧安装设置的电蓄热锅炉可为多个，因此，可以满足供热需求的电蓄热锅炉也可能为多个，此时，需要对每一个满足供热需求的电蓄热锅炉，分别比较该电蓄热锅炉的调频服务报价与电网调频需求报价。
具体地，上述步骤s4中，根据调频需求打开至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，并根据调频需求设置调频负荷量。具体包括：当电网具有调频需求的情况下，如果电网此时处于低负荷状态，则打开上述的满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，使满足供热需求的电蓄热锅炉根据预设的调频负荷量进行供热，消耗电能，从而增加电网用电负荷；如果电网此时处于高负荷状态，则打开上述的满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，使满足供热需求的电蓄热锅炉根据调频需求停止工作，从而降低电网用电负荷，进而实现削弱电网负荷变化曲线的波峰和波谷，使电网负荷变化曲线趋于平稳。
上述步骤s5中，根据调频负荷量控制至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉参与调频。具体包括：当电网需要增加电网负荷量时，使满足供热需求的电蓄热锅炉参与电网的调频是指，根据需要增加的负荷量值，控制满足供热需求的电蓄热锅炉进行供热耗电，从而增加电网负荷；或者，当电网需要减小电网负荷量时，使满足供热需求的电蓄热锅炉参与电网的调频是指，根据需要减小的负荷量值，控制满足供热需求的电蓄热锅炉停止工作，以减少耗电量，从而减少电网负荷。
在一个较佳实施例中，如图2所示，本发明实施例的电蓄热锅炉调频系统的调频方法还包括：
步骤s6：当不满足供热需求时，对于不满足供热需求的至少一电蓄热锅炉，根据当前蓄热介质的温度与供热需求的差值，控制至少一个不满足供热需求的电蓄热锅炉进行升温蓄热。当有电蓄热锅炉不能够满足供热需求时，相应的点压缩供热锅炉则不参与调频，而是根据蓄热介质的当前温度与供热需求的差值控制不满足供热需求的电蓄热锅炉进行升温蓄热。在实际应用中，可以根据具体的供热需求，使一个或多个电蓄热锅炉同时开启。
在一个较佳实施例中，如图3所示，本发明实施例的电蓄热锅炉调频系统的调频方法还包括：
步骤s7：当电网调频需求报价低于锅炉调频服务报价时，则关闭至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关。
具体地，此时电网虽然有调频需求，但是由于电网调频需求报价低于锅炉调频服务报价，此时电蓄热锅炉参与调频不能增加用户的经济效益，因而关闭电蓄热锅炉的调频开关，使该电蓄热锅炉不参与调频。
在一个较佳实施例中，上述蓄热装置可为水蓄热槽、蓄热槽或具有蓄热功能的消防水箱中的任意一种，所述的电蓄热锅炉为活塞式、螺杆式、离心式供热锅炉或热泵锅炉中的任意一种。
具体地，上述具有蓄热功能的消防水箱包括：消防水箱、保温层和温度控制设备。在本发明实施例中是在原有消防水箱基础上增设了保温层，并且可通过一个温度控制设备进行温度调节。其具体安装位置可以是与现有建筑结构或地下空间结合，增加建筑空间的利用效率。
在实际应用中，上述电蓄热锅炉可以根据实际工程需要进行设置，例如电蓄热锅炉可以所有锅炉采用热泵式供热锅炉，也可以部分采用热泵式供热锅炉其余锅炉采用离心式供热锅炉，本发明并不以此为限。
在实际应用中，上述电蓄热锅炉及蓄热装置可以分多组设置于不同的大型商业楼宇、办公楼宇或大型文化教育建筑内，以提供空调供热服务。
实施例2
本发明施例提供一种电蓄热锅炉设备控制装置，如图4所示，该电蓄热锅炉设备控制装置包括：信息获取模块1、供热需求判断模块2、调频服务报价比较模块3、第一调频开关控制模块4及调频模块5等。
其中，该信息获取模块1用于获取电网系统的调频需求、电网调频需求报价信息以及电网负荷侧的多个电蓄热锅炉的锅炉调频服务报价信息；供热需求判断模块2用于判断多个电蓄热锅炉对应的蓄热装置中的当前蓄热介质的温度是否满足供热需求；对于满足供热需求的至少一个电蓄热锅炉，调频服务报价比较模块3判断电网调频需求报价是否高于锅炉调频服务报价；当电网调频需求报价高于锅炉调频服务报价时，第一调频开关控制模块4根据调频需求打开至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，并根据调频需求设置调频负荷量；调频模块5用于根据调频负荷量控制至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉参与调频。
通过上述的各个模块之间的协同工作，本发明实施例的电蓄热锅炉设备控制装置，根据电网系统的调频需求、电网调频需求报价信息、供热锅炉调频服务报价信息，通过条件判断控制供热锅炉实时参与调频服务，使电蓄热设备与电网负荷侧建立联系，从而实现电蓄热锅炉实时辅助电网负荷侧进行调频；并且使得电蓄热设备在满足供热需求前提下，可以实现用电成本的最优化。
具体地，上述的调频需求为电网根据实时的电网负荷曲线的变化，在电网负荷曲线发生较大波动(例如出现明显波峰或波谷)时，为消除电网负荷曲线的波动所需要调整的电网负荷量。电网调频需求报价信息则是根据该调频需求，电网侧所能给出的调频的报价信息。供热锅炉调频服务报价信息则是在负荷侧的供热锅炉如果参与调频所需要的报价信息。
在实际应用中，在电网负荷侧可能设置有多组电蓄热锅炉，各个电蓄热锅炉通过用电对蓄热装置中的蓄热介质进行供热，通过供热介质的升温，为安装有电蓄热锅炉的建筑提供供热服务。上述供热需求判断模块2所判断的供热需求为达到供热服务所要求的室内温度，蓄热介质所需要的达到的最高温度，当当前蓄热介质温度无法提供达到所要求的室内温度的供热服务时，则认为不满足供热需求。
上述调频服务报价比较模块3，对于满足供热需求的至少一个电蓄热锅炉，判断电网调频需求报价是否高于锅炉调频服务报价。
在实际应用中，在电网负荷侧安装设置的电蓄热锅炉可为多个，因此，可以满足供热需求的电蓄热锅炉也可能为多个，此时，需要对每一个满足供热需求的电蓄热锅炉，分别比较该电蓄热锅炉的调频服务报价与电网调频需求报价。
具体地，上述第一调频开关控制模块4用于根据调频需求打开至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，并根据调频需求设置调频负荷量，具体包括：当电网具有调频需求的情况下，如果电网此时处于低负荷状态，则上述第一调频开关控制模块4打开上述的满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，使满足供热需求的电蓄热锅炉根据预设的调频负荷量进行供热消耗电能，从而增加电网用电负荷；如果电网此时处于高负荷状态，则上述第一调频开关控制模块4打开上述的满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关，使满足供热需求的电蓄热锅炉根据调频负荷量需求停止工作，从而降低电网用电负荷，进而实现削弱电网负荷变化曲线的波峰和波谷，使电网负荷变化曲线趋于平稳。具体可参见实施例1中的相关描述。
上述调频模块5，根据调频负荷量控制至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉参与调频的步骤，具体包括：当电网需要增加电网负荷量时，使满足供热需求的电蓄热锅炉参与电网的调频是指，根据需要增加的负荷量值，控制满足供热需求的电蓄热锅炉进行供热耗电，从而增加电网负荷；或者，当电网需要减小电网负荷量时，使满足供热需求的电蓄热锅炉参与电网的调频是指，根据需要减小的负荷量值，控制满足供热需求的电蓄热锅炉停止工作，以减少耗电量，从而减少电网负荷。
在一个较佳实施例中，如图5所示，本发明实施例的电蓄热锅炉设备控制装置还包括：升温蓄热模块6，当不满足供热需求时，升温蓄热模块6用于根据当前蓄热介质的温度与供热需求的差值，控制至少一不满足供热需求的电蓄热锅炉进行升温蓄热。当有电蓄热锅炉不能够满足供热需求时，相应的点压缩供热锅炉则不参与调频，而是根据蓄热介质的当前温度与供热需求的差值控制不满足供热需求的电蓄热锅炉进行升温蓄热。在实际应用中，可以根据具体的供热需求，使一个或多个电蓄热锅炉同时开启。
在一个较佳实施例中，如图6所示，本发明实施例的电蓄热锅炉设备控制装置还包括：第二调频开关控制模块7，当电网调频需求报价低于锅炉调频服务报价时，第二调频开关控制模块7用于关闭至少一个满足供热需求的电蓄热锅炉的调频开关。
具体地，此时电网虽然有调频需求，但是由于电网调频需求报价低于锅炉调频服务报价，此时电蓄热锅炉参与调频不能增加用户的经济效益，因而关闭电蓄热锅炉的调频开关，使该电蓄热锅炉不参与调频。
在一个较佳实施例中，上述蓄热装置可为蓄热水箱、蓄热水罐或具有蓄热功能的消防水箱中的任意一种。
具体地，上述具有蓄热功能的消防水箱包括：消防水箱、保温层和温度控制设备。在本发明实施例中是在原有消防水箱基础上增设了保温层，并且可通过一温度控制设备进行温度调节。其具体安装位置可以是与现有建筑结构或地下空间结合，增加建筑空间的利用效率。
在实际应用中，上述电蓄热锅炉可以根据实际工程需要进行设置，例如电蓄热锅炉可以采用电压缩热泵结合蓄热，如图9，本发明并不以此为限。
在实际应用中，上述电蓄热锅炉及蓄热装置可以分多组设置于不同的大型商业楼宇、办公楼宇或大型文化教育建筑内，以提供空调供热服务。
实施例3
本发明施例提供一种电蓄热锅炉系统，如图7所示，包括：至少一个蓄热装置8、至少一个电蓄热锅炉9、至少一个调频启停开关10及如实施例2中的电蓄热锅炉设备控制装置11，其中，电蓄热锅炉用于对蓄热装置8中的蓄热介质进行供热；调频启停开关10的一端与电蓄热锅炉9连接，调频启停开关10的另一端与电蓄热锅炉设备控制装置11连接；电蓄热锅炉设备控制装置11设置于电网负荷侧，用于通过控制调频启停开关10的状态控制电蓄热锅炉9是否参与电网的调频；蓄热装置8、电蓄热锅炉9及调频启停开关10一一对应设置。在本发明实施例中上述蓄热装置8、电蓄热锅炉9及调频启停开关10均为1个，在实际应用中可以根据实际需要设置多个，上述电蓄热锅炉9、蓄热装置8可以分多组设置于不同的大型商业楼宇、办公楼宇或大型文化教育建筑内，以提供空调供热服务。
在一个较佳实施例中，上述蓄热装置可为蓄热水箱、蓄热水罐或具有蓄热功能的消防水箱中的任意一种。
具体地，上述具有蓄热功能的消防水箱包括：消防水箱、保温层和温度控制设备。在本发明实施例中是在原有消防水箱基础上增设了保温层，并且可通过一个温度控制设备进行温度调节。其具体安装位置可以是与现有建筑结构或地下空间结合，增加建筑空间的利用效率。
在实际应用中，上述电蓄热锅炉可以根据实际工程需要进行设置，例如电蓄热锅炉可以采用电压缩热泵结合蓄热，本发明并不以此为限。
在实际应用中，上述电蓄热锅炉及蓄热装置可以分多组设置于不同的大型商业楼宇、办公楼宇或大型文化教育建筑内，以提供空调供热服务。
在具体实际应用中，如图8所示，上述电蓄热锅炉系统可以通过将多组电蓄热锅炉9以及与其对应的蓄热水池或水罐设置于大型商业楼宇、办公楼宇或大型文化教育建筑内，为建筑提供空调供热服务。并且通过电蓄热锅炉设备控制装置11对多组电蓄热锅炉9对应的调频启停开关10进行控制，从而实现辅助电网进行调频的功能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。