专利名称：一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统与方法
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负荷的调度实现电力系统最优化控制的方法。
背景技术：
现有的电网中包括两种发电模式一种是单独由热电联产机组发电出力提供电能，另一种是单独由凝汽式火电机组发电出力提供电能。这两种发电机组各自独立运行。其中热电联产机组为终端用户供应电能的同时提供采暖热能。而凝汽式火电机组只能提供给终端用户电能，热能则需要靠另外的热能厂来供应。
背压式热电联产机组运行的物理状态为减少发热，必须线性减少发电。针对一定的电网总负荷，在满足一定的采暖负荷的情况下，热电联产机组该出力是多少才是节能的呢？
公告号为CN1259834C的中国发明专利揭示了一种双源供暖空调系统及利用该系统采暖供热/供冷的方法。该专利解决了将热电联产生产的电能与采暖热能充分利用的问题。
公告号为CN100580327C的中国发明专利揭示了一种热电联产供能方法及系统。 该专利将居民采暖用户划分为空调器热泵采暖和散热器供暖用户，由热电联产机组单独向上述采暖用户分别提供电能和采暖热能供其冬季采暖需要，以提高能源利用。
由此可见，上述两件专利都只是解决了单独如何有效利用热电联产机组产出的电能和热能的问题。而并未解决与纯凝汽式火电机组配合情况下如何控制热电联产机组应该承担的采暖和发电出力为多少才能够节能的问题。
背压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，没有根据背压式热电联产机组与采暖用户之间的距离，合理对背压式热电联产机组和燃煤纯凝汽式火电机组进行联合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热电联合调度系统及其调度方法，使得该系统根据背压式热电联产机组与采暖用户之间的距离，合理对背压式热电联产机组和燃煤纯凝汽式火电机组进行联合调度，以满足终端用户的采暖供热量和非采暖用电量的需求，并减少总能耗达到节能目的。
为了实现上述目的，本发明一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统采用如下技术方案
一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统，包括
用于产出电力和采暖热水的背压式热电联产机组；
用于产出电能的燃煤纯凝汽式火电机组；
通过电力电缆与所述背压式热电联产机组和燃煤纯凝汽式火电机组并联的空调器热泵，所述空调器热泵由所述背压式热电联产机组和燃煤纯凝汽式火电机组产生的电能驱动而产生采暖热能；
控制空调器热泵的空调器热泵遥控开关；
采集用户非采暖用电的电表；
通过供热管道与所述背压式热电联产机组相连接的热水式采暖散热器，所述背压式热电联产机组生产的热水流入所述热水式采暖散热器中产生采暖热能；
热水式采暖散热器热水消耗计量表，用于检测所述热水式采暖散热器热水消耗的数据；
控制热水式采暖散热器的热水式采暖散热器流水阀门遥控开关；
第一远程集中控制器，采集背压式热电联产机组的供暖出力热水流量，发电出力电量；并将采集的背压式热电联产机组的供暖出力热水流量，发电出力电量传送给综合调度控制装置；
第二远程集中控制器，其记载热水式采暖散热器与背压式热电联产机组之间的管道距离信息；第二远程集中控制器采集热水式采暖散热器热水消耗计量表检测的热水消耗数据，采集用户的非采暖用电，然后将管道距离信息、用户的非采暖用电、热水消耗数据传送给综合调度控制装置；
第三远程集中控制器，采集燃煤纯凝汽式火电机组的发电出力电量；并将采集的燃煤纯凝汽式火电机组的发电出力电量传送给综合调度控制装置；
综合调度控制装置，由背压式热电联产机组的供暖出力热水流量、背压式热电联产机组的发电出力电量、燃煤纯凝汽式火电机组的发电出力电量、用户的热水式采暖散热器的管道距离信息、用户的非采暖用电数据和用户的热水消耗数据，生成调度控制信号；
第一远程集中控制器接收综合调度控制装置所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号控制背压式热电联产机组的燃煤热电联产机组控制执行装置动作；
第二远程集中控制器接收综合调度控制装置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、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关执行动作；
第三远程集中控制器接收综合调度控制装置所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号控制燃煤纯凝汽式火电机组的燃煤纯凝汽式火电机组控制执行装置动作。
综合调度控制装置分别用于计算得到背压式热电联产机组在每个时刻的供暖出力热水流量和发电出力电量的调度控制信号；计算得到燃煤纯凝汽式火电机组在每个时刻的发电出力电量的调度控制信号；计算得到终端用户处的空调器热泵在每个时刻的采暖电力消耗量的调度控制信号；计算得到终端用户处在每个时刻的热水式采暖散热器消耗采暖热水数量的调度控制信号；
所述热水式采暖散热器流水阀门遥控开关，通过第二远程集中控制器以遥控方式与所述综合调度控制装置耦合；
空调器热泵遥控开关，通过第二远程集中控制器以遥控方式与所述综合调度控制装置耦合；
背压式热电联产机组控制执行装置，通过第一远程集中控制器以遥控方式与所述综合调度控制装置耦合；所述背压式热电联产机组控制执行装置根据获得的调度控制信号，控制与其连接的阀门动作。
所述综合调度控制装置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、背压式热电联产机组的供暖出力热水流量、背压式热电联产机组的发电出力电量和燃煤纯凝汽式火电机组的发电出力电量的第一数据接收单元；将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元；对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元；生成调度控制信号的调度控制信号计算单元；将所述调度控制信号进行编码的信号编码器；及将编码后的调度控制信号传递给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的发送单元。
所述背压式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背压式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背压式热电联产机组的阀门动作。
所述燃煤纯凝汽式火电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纯凝汽式火电机组调度控制指令，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纯凝汽式火电机组的燃煤进料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，并驱动云计算计算服务系统计算，以获得调度控制信号；综合调度控制装置通过电力光纤接收云计算计算服务系统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、第三远程集中控制器。
所述第二远程集中控制器包括非采暖电表脉冲计数器、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，及相互连接的控制信号接收解码器和控制信号遥控发射器；
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，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；
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，用于检测热水式采暖散热器热水消耗计量表的采暖流量数据，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与背压式热电联产机组之间的管道距离信息传送至综合调度控制装置；
控制信号接收解码器，接收综合调度控制装置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、热水式采暖散热器流水阀门遥控开关执行动作。
所述第二远程集中控制器还用于采集用户输入的热惯性时间数据，并将该数据传送给综合调度控制装置。
一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统的调度方法包括以下步骤
本发明热电联合调度系统的调度方法包括以下步骤
1)、测量10
1.1)、测量供给侧
第一远程集中控制器采集0 TX ΔΤ时间段背压式热电联产机组的发电出力 Pchp(t)和热出力HCHP(t)；采样周期为Δ T ;T为采集的次数，T为自然数；
第三远程集中控制器采集0 TX ΔΤ时间段燃煤纯凝汽式火电机组的发电出力电量 P。 (t)；
1. 2)、测量用户侧i = 0 N，N为用户个数；每个用户均具有空调器热泵和热水式采暖散热器；
1.2. 1)、第二远程集中控制器采集N个用户距热源背压式热电联产机组(A)的管道距离Si ；
1. 2. 2)、第二远程集中控制器采集0 TX Δ T时间段N个用户非采暖耗电量 Pi (t)，采样频率为ΔΤ；
1. 2. 3)、第二远程集中控制器采集0 TX Δ T时间段N个用户的热水式采暖散热器的耗热量Hi (t)，采样频率为Δ T ；
1. 2. 4)、第二远程集中控制器采集N个用户的空调器热泵装机容量if ；
1. 2. 5)、第二远程集中控制器采集N个用户输入的热惯性时间Ti ；
2)、计算
2. 1)、综合调度控制装置(115)计算所有用户各时段总的用电量N
Psum(t) = YjPiQ)-,i=0
2.2)、根据步骤2. 1)中计算出的各时段总用电量P_(t)，利用统计分析方法，预测未来一段时间段的电力负荷？1(^(0 ；根据步骤1)采集的背压式热电联产机组(A)的热出力HCHP(t)，预测未来一段时间的背压式热电联产机组㈧的热出力HCHP(t)；^ + T
2.3)、用户分组计算每个用户到热源的等效距离:*_ ν 做取整运算，使1 AT，、=[<]，将相同的Si的用户分为同一组，Si = 1，总计为L组，L为自然数；ν为热水在管道中的流速；
2. 4)、对步骤2. 3)中分得的L个组，分别求出各组所有用户的总采暖负荷Hltjad(I) 和热泵容量Pehp⑴；
Hload(I) =Σ Hi (t, 1) (t, 1)为第1组用户i在t时刻的采暖负荷；
Pehp(I) = Σ^ehp(Z) ；€εηρ(/)为第 1 组用户 i 的热泵容量；
3)、控制计算
3.1)、目标函数:
目标函数总能耗f为
/=Zchp ^chpp+/CON+/coT⑴
fCHP为热电联产功率能耗，单位为MWH ；/品7为热电联产爬坡能耗，单位为MWH ；fC0N 为纯凝汽火电机组功率能耗，单位为MWH ；Zc=为纯凝汽火电机组爬坡能耗，单位为MWH ；
其中
a)、热电联产机组功率能耗
权利要求
1.一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统，其特征在于，包括 用于产出电力和采暖热水的背压式热电联产机组(A)；用于产出电能的燃煤纯凝汽式火电机组(B)；通过电力电缆(11 与所述背压式热电联产机组(A)和燃煤纯凝汽式火电机组(B)并联的空调器热泵(108)，所述空调器热泵(108)由所述背压式热电联产机组(A)和燃煤纯凝汽式火电机组(B)产生的电能驱动而产生采暖热能；控制空调器热泵(108)的空调器热泵遥控开关(117)； 采集用户非采暖用电的电表；通过供热管道(114)与所述背压式热电联产机组(A)相连接的热水式采暖散热器 (110)，所述背压式热电联产机组(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；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；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)，采集背压式热电联产机组(A)的供暖出力热水流量，发电出力电量；并将采集的背压式热电联产机组(A)的供暖出力热水流量，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)，其记载热水式采暖散热器(110)与背压式热电联产机组 (A)之间的管道距离信息；第二远程集中控制器(112 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，采集用户的非采暖用电，然后将管道距离信息、用户的非采暖用电、热水消耗数据传送给综合调度控制装置(115)；第三远程集中控制器(1123)，采集燃煤纯凝汽式火电机组(B)的发电出力电量；并将采集的燃煤纯凝汽式火电机组(B)的发电出力电量传送给综合调度控制装置(115)；综合调度控制装置(115)，由背压式热电联产机组(A)的供暖出力热水流量、背压式热电联产机组㈧的发电出力电量、燃煤纯凝汽式火电机组⑶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，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(11 所发出的调度控制信号， 并用该调度控制信号控制背压式热电联产机组(A)的背压式热电联产机组控制执行装置 (118)动作；第二远程集中控制器(112 接收综合调度控制装置(11 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)执行动作；第三远程集中控制器(112 接收综合调度控制装置(11 所发出的调度控制信号，并用该调度控制信号控制燃煤纯凝汽式火电机组(B)的燃煤纯凝汽式火电机组控制执行装置(119)动作。
2.根据权利要求1所述的一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统，其特征在于，综合调度控制装置(11 分别用于计算得到背压式热电联产机组(A)在每个时刻的供暖出力热水流量和发电出力电量的调度控制信号；计算得到燃煤纯凝汽式火电机组(B)在每个时刻的发电出力电量的调度控制信号；计算得到终端用户处的空调器热泵(108)在每个时刻的采暖电力消耗量的调度控制信号；计算得到终端用户处在每个时刻的热水式采暖散热器(110)消耗采暖热水数量的调度控制信号；所述热水式采暖散热器流水阀门遥控开关(116)，通过第二远程集中控制器(1122)以遥控方式与所述综合调度控制装置(11 耦合；空调器热泵遥控开关(117)，通过第二远程集中控制器(112 以遥控方式与所述综合调度控制装置(11 耦合；背压式热电联产机组控制执行装置(118)，通过第一远程集中控制器(1121)以遥控方式与所述综合调度控制装置(11 耦合；所述背压式热电联产机组控制执行装置(118)根据获得的调度控制信号，控制与其连接的阀门动作。
3.根据权利要求1所述的一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统，其特征在于，所述综合调度控制装置(11 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、背压式热电联产机组(A)的供暖出力热水流量、背压式热电联产机组(A)的发电出力电量和燃煤纯凝汽式火电机组(B)的发电出力电量的第一数据接收单元O01)； 将接收到的所有数据进行解码的数据解码器单元O02)； 对解码后的所有数据进行存储的数据存储器单元O03)； 生成调度控制信号的调度控制信号计算单元O04)； 将所述调度控制信号进行编码的信号编码器O05)；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)、第三远程集中控制器(1123)的发送单元(206)。
4.根据权利要求1所述的一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统，其特征在于，所述背压式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背压式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背压式热电联产机组的阀门动作。
5.根据权利要求1所述的一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统，其特征在于，所述燃煤纯凝汽式火电机组控制执行装置(119)包括调度控制信号收发编码存储器 002)、驱动电路(40 及机械齿轮控制装置004)，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纯凝汽式火电机组调度控制指令，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纯凝汽式火电机组的燃煤进料阀门动作及发电蒸汽流量阀门动作。
6.根据权利要求1所述的一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统，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，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(11 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、第三远程集中控制器。
7.根据权利要求1所述的一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统，其特征在于，所述第二远程集中控制器包括非采暖电表脉冲计数器、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，及相互连接的控制信号接收解码器和控制信号遥控发射器；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，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)与背压式热电联产机组(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(11 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。
8.根据权利要求1所述的一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统，其特征在于，所述第二远程集中控制器(1122)还用于采集用户输入的热惯性时间数据，并将该数据传送给综合调度控制装置(115)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统的调度方法，其特征在于，包括以下步骤1)、测量:.1.1)、测量供给侧第一远程集中控制器(1121)采集0 TX Δ T时间段背压式热电联产机组(A)的发电出力PCHP(t)和热出力HCHP(t)；采样周期为ΔΤ;Τ为采集的次数，T为自然数；第三远程集中控制器(112 采集0 TX Δ T时间段燃煤纯凝汽式火电机组(B)的发电出力电量Pcw (t)；.1. 2)、测量用户侧i = 0 N，N为用户个数；每个用户均具有空调器热泵(108)和热水式采暖散热器(110)；.1.2. 1)、第二远程集中控制器(112 采集N个用户距热源背压式热电联产机组(A)的管道距离Si ；.1. 2. 2)、第二远程集中控制器(1122)采集0 TX Δ T时间段N个用户非采暖耗电量 Pi (t)，采样频率为ΔΤ；.1. 2. 3)、第二远程集中控制器(1122)采集0 TX Δ T时间段N个用户的热水式采暖散热器(110)的耗热量Hi (t)，采样频率为ΔΤ;.1.2. 4)、第二远程集中控制器(1122)采集N个用户的空调器热泵(108)装机容量if ；.1.2. 5)、第二远程集中控制器(1122)采集N个用户输入的热惯性时间Ti ；.2)、计算.2.1)、综合调度控制装置(115)计算所有用户各时段总的用电量
全文摘要
本发明提供一种背压式热电联产与纯凝汽火电联合调度系统与方法，包括热电联产机组、纯凝汽式火电机组、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二远程集中控制器、通过第一～三远程集中控制器控制所述热电联产机组、纯凝汽式火电机组、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原本独立运行的凝气式火电机组和热电联产机组进行联合调度，有效的减少热电联产机组与纯凝气式火电机组的总能源消耗，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F01D21/00GK102510097SQ20111032394
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
发明者吴锴, 杨玉龙, 龙虹毓 申请人:西安交通大学