一种基于多能互补系统的模块化热力站供热调控方法与流程

本发明属于电网深度调峰的热电联产集中供热行业，尤其涉及一种基于多能互补系统的模块化热力站供热调控方法。

背景技术：

1、目前城市集中供热仍以热电联产为主，电厂发电量与供热量相互耦合。在太阳能发电、风力发电、地热发电、生物质发电等绿电优先上网的情况下，火电厂需要配合电网深度调峰。发电量的大幅波动以及昼夜用电负荷差异，导致城市集中供热系统的热量供给与需求不匹配。为了保障城市高效灵活集中供热，可通过集中或分布式的储热方式实现热电解耦。现有技术的多采用单一热源提升效率的系统，一方面，无法综合考虑电价、热价、热泵系统能效等因素的影响；另一方面，现有的模块化热力站建设，一般都是以热力站设备模块化快速组装为目标，不能解决电厂深度调峰阶段供热不足的实际问题。因此亟需一种能实现多能互补系统的模块化供热调控方法解决以上问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于多能互补系统的模块化热力站供热调控方法，本发明能综合考虑电价、热价、热泵系统能效等因素影响，实现多能源互补系统运行成本最小化，还可以解决现有的模块化热力站无法解决电厂深度调峰阶段供热不足的实际问题。

2、本发明提供了一种基于多能互补系统的模块化热力站供热调控方法，包括：

3、s1：基础数据录入、数据采集至边缘控制器，定周期计算用户需热量，确定未来1小时预测供热量；

4、s2：将实际供热量与热力站预测供热量进行对比，若实际供热量不小于热力站预测供热量，自动调整三通阀门按预测供热量供热，并启动热库储热；若实际供热量小于热力站预测供热量，则继续执行下一步；

5、s3：构建多能互补系统热力站运行成本目标函数，求解未来1小时空气源热泵补热、相变热库补热运行方式，使多能互补系统系统的运行成本最小；

6、s4：判断空气源热泵是否运行，若运行，则重新执行步骤s4；若未运行，则继续执行下一步；

7、s5：判断热力站热负荷是否满足需求，若满足，则重新执行步骤s5；若未满足，则启动空气源热泵，通过cop计算公式，计算空气源热泵运行的热负荷；

8、s6：调整相应三通阀门，按需补充用户侧热量，多余热量补充至相变热库。

9、可选的，所述多能互补系统包括：换热器e、相变热库c、空气源热泵k、一级网总热量表h1、一级网蓄热热量表h2、空气源热泵蓄热热量表h3、空气源热泵供暖热量表h4、相变热库供暖热量表h5、三通阀门m1、三通阀门m2、三通阀门m3、电动球阀v1、电动球阀v2、电动球阀v3、电动球阀v4、电动球阀v5、电动球阀v6、电动球阀v7和电动球阀v8；

10、一级网总热量表h1所在管路为一级网市政管路，其热源为热电联产，通过换热器e将热量传输给二级网，供给至热用户；

11、一级网蓄热热量表h2所在管路与一级网并联，可通过电动球阀v1、电动球阀v2的开关控制市政一级网储热；

12、空气源热泵蓄热热量表h3所在管路可通过空气源热泵k对相变热库c进行蓄热，通过电动球阀v7、电动球阀v8的开关控制；

13、空气源热泵供暖热量表h4所在管路用于通过空气源热泵设备k对二级网用户直接供热，通过电动球阀v5、电动球阀v6的开关控制；

14、相变热库供暖热量表h5所在管路为相变热库c对二级网热用户直接供热，通过电动球阀v3、电动球阀v4的开关控制。

15、可选的，所述基础数据录入、数据采集至边缘控制器，定周期计算用户需热量，确定未来1小时预测供热量包括：

16、所述边缘控制器输入参数：输入电价a1、a2和b；其中，a1为峰段电价，a2为谷段电价，b为市政一级网热价；

17、所述边缘控制器采集热力站管路传感器数据：tn时刻，n＝1、2、3……，市政一级网热量表h1瞬时热量市政储热热量表h2瞬时热量空气源热泵储热热量表h3瞬时热量空气源热泵供暖热量表h4瞬时热量相变热库供暖热量表h5瞬时热量tn-1时刻到tn时刻热量表h1-h5累计热量分别为qn1、qn2、qn3、qn4、qn5，市政一级网蓄热电动球阀v1、电动球阀v2开关状态，相变热库补热电动调节阀电动球阀v3、电动球阀v4开关状态，空气源热泵补热电动球阀v5、电动球阀v6开关状态，空气源热泵蓄热电动球阀v7、电动球阀v8开关状态；

18、所述边缘控制器从监控中心接入天气数据：tn-1时刻到tn时刻，室外温度为tnw；

19、所述边缘控制器从空气源热泵获取热泵数据：ttank为空气源热泵进出水平均温度，ta为热泵所处环境温度，tw为湿球温度，td为露点温度；

20、所述边缘控制器定周期计算预测供热量qnz：所述边缘控制器每隔1小时计算一次数据，取tn到tn+1时间段，设热力站预测的瞬时热量采用线性回归法确定热力站预测的瞬时热量

21、qnz＝qn1-qn2+qn4+qn5

22、qzn＝atnw+b

23、

24、其中，a和b为线性回归系数。

25、可选的，在执行步骤s1之前，还包括判断历史室外平均温度与热力站供热量历史数据的相关性；

26、通过所述边缘控制器程序确定室外温度与热力站供热量的相关性，其中相关性判断依据为：当相关系数r满足|r|≤0.3，为弱线性相关或不存在线性相关；r满足0.3＜|r|≤0.5，为中度线性相关，相关性不明显；r满足0.5＜|r|≤0.8，为显著线性相关，存在明显的相关性；r满足|r|＞0.8，为高度相关，存在极强的线性相关，以显著相关为目标确定参数历史周期的选取。

27、可选的，所述将实际供热量与热力站预测供热量进行对比，若实际供热量不小于热力站预测供热量，自动调整三通阀门按预测供热量供热，并启动热库储热；若实际供热量小于热力站预测供热量，包括：

28、当市政一级网瞬时热量满足预测瞬时热量需求时：边缘控制器通过反馈控制进行调节，为：电动球阀v1、v2开启，控制器按照实际值与目标值的偏差，实时调整三通调节阀m1的开度，使实际供热量瞬时值达到目标瞬时热量值

29、当市政一级网瞬时热量不满足预测瞬时热量需求时：电动球阀v1、v2关闭，三通调节阀m1全开。

30、可选的，所述构建多能互补系统热力站运行成本目标函数，求解未来1小时空气源热泵补热、相变热库补热运行方式，使多能互补系统系统的运行成本最小包括：

31、计算未来一小时，在空气源热泵出力下，所述空气源热泵k的效率cop，得到所述空气源热泵k运行热成本mb：

32、

33、其中，市政一级网供热不足，所欠缺的瞬时热量：

34、

35、c为电价折合热价：

36、

37、其中，空气源热泵能效比cop，由所述边缘控制器获取所述空气源热泵k参数计算得出，公式如下：

38、

39、其中，cop表示能效比，ttank为水温，ta为环境温度，tw为湿球温度，td为露点温度，a1、a2、a3为拟合系数；

40、计算未来一小时，相变热库瞬时热量运行成本mc：

41、mc＝qc*β*b(8)

42、其中β为有效热量系数(β＜1)；

43、此模式下，构建多能互补热力站运行成本最小化函数

44、min m(x)＝min(mb、mc)

45、运行方式采用所述空气源热泵k补热或所述相变热库c补热。

46、可选的，所述运行方式采用空气源热泵补热或相变热库补热包括：

47、空气源热泵补热：当选用所述空气源热泵k补热时，电动球阀v5、电动球阀v6开启，所述边缘控制器按照实际值与目标值的偏差，实时调整三通调节阀m3的开度，使实际供热量瞬时值达到目标瞬时热量值期间热泵能效系数cop低于1.2时，开启电动球阀v7、电动球阀v8，所述边缘控制器按照10％负荷逐步提高所述空气源热泵k的出力，使所述空气源热泵k瞬时热量达到多余的热量向所述相变热库c储热；

48、相变热库补热：当选用所述相变热库c补热时，电动球阀v3、电动球阀v4开启，所述边缘控制器按照实际值与目标值的偏差，实时调整三通调节阀m2的开度，使实际供热量瞬时值，达到目标瞬时热量值。

49、本发明与现有技术相比的有益效果为：

50、本发明提供了一种基于多能互补系统的模块化热力站供热调控方法，包括：基础数据录入、数据采集至边缘控制器，定周期计算用户需热量，确定未来1小时预测供热量；将实际供热量与热力站预测供热量进行对比，若实际供热量不小于热力站预测供热量，自动调整三通阀门按预测供热量供热，并启动热库储热；若实际供热量小于热力站预测供热量，则继续执行下一步；构建多能互补系统热力站运行成本目标函数，求解未来1小时空气源热泵补热、相变热库补热运行方式，使多能互补系统系统的运行成本最小；判断空气源热泵是否运行，若运行，则重新执行本步骤；若未运行，则继续执行下一步；判断热力站热负荷是否满足需求，若满足，则重新执行本步骤；若未满足，则启动空气源热泵，通过cop计算公式，计算空气源热泵运行的热负荷；调整相应三通阀门，按需补充用户侧热量，多余热量补充至相变热库。本发明能综合考虑电价、热价、热泵系统能效等因素影响，实现多能源互补系统运行成本最小化，还可以解决现有的模块化热力站无法解决电厂深度调峰阶段供热不足的实际问题。